CC BY
55
------ф
^-------
-------------------------------- © С.В. Трофименко, 2006
УДК 551.24 (571.56)
С.В. Трофименко
ОЦЕНКА ЭНЕРГИИ ВОЗМОЖНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ОЛЕКМО-СТАНОВОЙ ЗОНЫ
Для прогнозирования степени сейсмической опасности катастрофических землетрясений представляет несомненный интерес оценка потенциально возможной энергии землетрясения для данной области, его магнитуды и интенсивности, а также, радиуса действия (влияния) землетрясения на геофизические параметры. Существует несколько способов проведения таких оценок: по изостатическим аномалиям силы тяжести [1], по величине сейсмических пятен и закону повторяемости землетрясений [2].
В основе современных линейных теоретических моделей подготовки землетрясения лежат представления о землетрясении, как о заключительной стадии длительного процесса разгрузки среды. Наиболее разработанными моделями, допускающими бухтообразное изменение геофизических полей яв-
ляется модель лавино-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ), дилатантно-диффузионная (ДД) и консолидационная модели [3].
По характеру изменения наклонов в период Южно -Якутского землетрясения можно заключить, что сейсмический процесс развивался по промежуточной модели (рис. 1), очень близкой к модели внутреннего разрушения, однако допускающей миграцию флюидов как в области подготовки очага землетрясения (ослабленной зоны), так и за его пределами. Миграция флюидов, как общего возмущающего фактора, приведет к изменению физических свойств горных пород: плотности, электропроводности, магнитной восприимчивости. Это создаст необходимые условия для появления аномалий в геофизических полях различной природы (рис. 2, 3). Достаточность этих условий будет следовать из количественных оценок возможностей модельного фактора, влиять на формирование аномальных полей, при этом, расчетную модель будем соотносить с параметрами Тас - Юряхского землетрясения, одного из крупнейших сейсмических событий в Сибири (М = 7, К = 17, Л = 9), произошедших на территории Южной Якутии.
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
1
-350
100
1 Г 1
Г .1 1 и г -х . _ Л
У у
120
140
160
180
230
220
240
Рис. 1. Неприливные наклоны в канале СЮ компоненты. Горизонтальная ось - дни от начала 1989 г.
10 15 20 25 30 5 10 15 20 1989 г.
Рис. 2. Изменение напряженности ЭМИ и СДВ полей в период сильных землетрясений апреле - мае 1989 г.
Стрелками отмечены моменты главного события 20 апреля 1989 г. и его сильных афтершоков 25 и 28 апреля, а также 7 и 17 мая. Фигурные скобки указывают на возмущения ЭМИ, зафиксированные перед этими событиями.
Критическая деформация, при которой происходит разрушение пород, равна е0 = 10-4. Деформация на границе очага землетрясения не может превышать эту величину. Фактически, возмущения в процессе деформации составляют часть этой величины, и на практике считается е0 = 10-5-10-4. В упругом полупространстве возмущение деформации е(Р) из-
Рис. 3. Ступенчатое изменение суточного хода СДВ поля в момент землетрясения 20.04.89., 23 ч. по Гринвичу
меняется в дальней зоне по закону: 8(К = 80(К0/К)3, где К -средний размер источника, К - расстояние от центра неоднородности (очага) до пункта наблюдения;
Используя параметры Южно-Якутского землетрясения (М,И) из работы [4] М = 6,5, И = 33 км; параметры переходной зоны от Алданского щита к зоне Становика, горизонтальные размеры которой возьмем по внутренней области максимальных градиентов количества землетрясений АхЬ = (25г40)х350 км2, а также, макросейсмические параметры для Южной Якутии, которые составляют следующие величины [5]: скорость поперечных волн - 3.6 км/с, скорость продольных волн - 6.3 км/с, плотность - 2.75 г/см3, уравнение макро-сейсмического поля Л = 1.5М - 4.5*!дА + 5.1, где А - эпицен-тральное расстояние, рассчитывая модуль упругости среды по уравнению Ку = pVs2(Vp2/Vs2 - 4/3), оценим полную энергию, занесенную в объеме неоднородности: Е = 1/2Ку *8(К)2 ‘V, V = S*H, Н=60 км. Подставляя в Е численные значения величин Ку, 8(К и V, получим: Е = /*5*1010*60*32*350*(10-5+10-4)2 = 1017 -г- 2*1017 Дж. Магнитуду оценим по формуле Гутенберга - Рихтера МТ= (К-4,8)/1,5 = 7г 8,1, верхняя граница которой на единицу выше магнитуды Тас-Юряхского землетрясения. Для землетрясения с такой магнитудой радиус зо-
ны проявления предвестников будет равен: К = К*К0=1003М-08 = 5*(20г44) км. Полученная величина радиуса проявления предвестников К=5*К0 = 100 г220 км имеет тот же порядок, что и размеры переходной зоны. Максимальная сотрясае-мость (интенсивность) в эпицентре, рассчитанная по уравнению микросейсмического поля [5] I = Ь*М - й*!дИ+е, получается равной: I = 1,5*(7 г 8,1) - 3,2*!д(^) + 2,7 = (8 г10), что фактически на один балл выше, чем для эпицентрального поля Тас-Юряхского землетрясения.
Вышеприведенные оценки справедливы для однородного включения, т.е. без реологии нижнего полупространства. Наличие систем разломов (основных и подчиненных) может значительно усилить эффекты в одних направлениях и ослабить по другим, а то, что разломы (в особенности узлы разломов) контролируют сейсмический процесс показано в работе [6]. Не на много отличаются оценки потенциальной сейсмичности Южной Якутии, рассчитанные по формулам из работы [2]: М = 7.5г7.8.
Из вышеприведенных оценок следует:
- возможная запасенная энергия упругих деформаций на 12-50 % может превышать высвободившуюся энергию при самом крупном произошедшем в Южной Якутии Тас-Юряхском землетрясении;
- если вся запасенная энергия трансформируется в единовременное сейсмическое событие, то внутри выделенной области может произойти землетрясение с параметрами: К = 17 г17.3, М = 7 г 8.1, Л = 10.
- радиус влияния предвестников сравним с протяженностью регионального Южно - Якутского разлома, что означает, что данный разлом может быть общим возмущающим геофизические параметры фактором.
На представленных графиках изменения напряженности ЭМИ и СДВ полей в период главного толчка землетрясения и его афтершоков перед событиями с К > 14 наблюдается увеличение амплитуды сигнала от 40 до 100 мВ при фоновом уровне 10-20 мВ. Отчетливо проявляется группирование всплесков интенсивности ЭМИ перед сейсмическими событиями. Перед главным толчком возмущения начались за 7 дней и закончились за 4 дня. Перед сильными афтершоками 29.04.89, 7.05.89, 17.05.89 эти аномалии прекращались за
более короткий интервал времени до события - 1-2 дня, причем интенсивность возмущений и их длительность в группе не зависела от магнитуды землетрясения. Следует также отметить, что в случае афтершока 24 апреля 1989 г. подобного эффекта либо не наблюдалось, либо эффект от него был перекрыт предвестниками афтершока 29.04.89 с К = 15.
На рис. 3. представлены два графика усредненных значений в канале СДВР за 21 апреля 1989 и 1990гг. Как можно видеть, за пол часа до основного события произошел резкий сброс амплитуды сигнала практически до нуля (на 15 мВ). По сути, это может означать, что перед сейсмическим событием открывается проводящая зона в окрестности влияния Ханий-ского разлома. Сопоставим эти изменения с изменением неприливных наклонов в пункте наблюдения штольне Укдуска. (рис. 1). Изменение знака наклонов в ^ компоненте произошло после землетрясения, два афтершока с К = 13 - 15 приурочены к области максимальных значений наклонов амплитудой около 80-100 мс. Следует заметить, что за весь период наблюдений положительный градиент остаточных наклонов наблюдался только в период Южно Якутского землетрясения, а также, то, что после землетрясения и его главных афтершоков среднее значение наклона в ^ компоненте изменилось на - 20-50 мс. Геофизическая интерпретация полученных результатов может быть следующей: до основного события правый борт разлома охвачен положительной аномалией наклона. С учетом места наблюдения это означает вертикальный подъем правого борта разлома. После землетрясения наблюдается отрицательный наклон с последующим увеличением до максимального значения и уменьшением до нового фонового значения. Перед афтершоками наблюдается увеличение угла наклона с возвратом на нормальный уровень. С начала марта увеличение составило а = +100мс, после события - 250мс и остаточная деформация -50 мс. Учитывая, что расстояние 1_ до условной середины Ханийского разлома от пункта регистрации около 1 км, получим величины смещений И по разлому по формуле И = ЦЧд(а) соответственно 0,48 см, 1.2см и 0,24см. Можно предположить, что в процессе тектонических деформаций под воздействием сейсмического события с энергией К = !дЕ = 16.5 {Дж} произо-
шел сброс по разлому. В период максимальных наклонов происходит подток флюидов в область дилатансии, увеличивается проводимость верхних слоев земной коры. В свою очередь, флюидонасыщенность приводит к резкому снижению сил трения, сдерживающих сейсмический процесс. Энергия деформации трансформируется в сейсмическое событие.
Что мы получили: суммарная энергия £Е|, которая выделилась во всех видах геофизических процессов за один год не превысила 70 % от возможной запасенной энергии упругих деформаций. При различных соотношениях времени релаксации напряжения (Тр) и времени накопления энергии упругих деформаций (Тн) эти 30 % запасенной энергии могут высвобождаться как до, так и после основного события (землетрясения), что регистрируется геофизическими методами. Аномалии суточного хода напряженности СДВ поля могут служить оперативным предвестником землетрясения при наличии полной информации по деформационному методу. Увеличение амплитуды сигналов электромагнитной природы их группирование выступает в роли краткосрочного предвестника землетрясения с погрешностью определения времени события ± 2 суток без указания на характер самого землетрясения.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Цубои Т. Гравитационное поле Земли. - М.: Мир, 1982, - С. 286.
2. Садовский М.А, Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. - М.: Наука. - 1991. - 96 с.
3. Добровольский И.П. Механика подготовки тектонического землетрясения. - М.: ИФЗ АН СССР, 1984. - 189 с.
4. Козьмин Б.М., Голенецкий С.И., Николаев В.В., Трофименко и др. Южно-Якутское землетрясение 20 апреля 1989 года.- Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1992. - 45 с.
5. Козьмин Б.М. Сейсмические пояса Якутии и механизмы очагов их землетрясений. - М.: Наука, 1984. - 125 с
6. Имаев В.С. Тектонические критерии сейсмичности Южной Якутии. - М.: Наука, 1986. - 127 с.
Коротко об авторах
Трофименко С.В. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТИ (Ф) ГОУ ВПО ЯГУ
----------------------------- © А.С. Статива, С.В. Трофименко,
2006
УДК 551.24 (571.56)
А.С. Статива, С.В. Трофименко
МЕТОДИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИСТЕМ РАЗЛОМОВ АЛДАНСКОГО ЩИТА
Основные положения методики и технологии выделения и трассирования систем разломов. В процессе изучения систем докембрийских разломов Алданского щита с использованием геолого-геофизических данных использовалась методика и технология, разработанные при изучении разломно-блоковой тектоники Украинского и Балтийского щитов [1-4]. В качестве рабочей гипотезы этой методики принята ротационная гипотеза структурообразования в земной коре [4], на которой основывается методика и технология изучения разломов земной коры Алданского щита [5, 6]. Как и всякая гипотеза (теория), она основана на ряде постулатов (аксиом). Главные принципы ротационной гипотезы структу-рообразования следующие:
1. Источником энергии тектонических активизаций Земли являются силы взаимодействия планеты с окружающими ее физическими полями: гравитационным, магнитным, электрическим или электромагнитным.
2. Планетарные закономерности структурообразова-ния, наблюдаемые в земной коре, определяются законами деформации (реакцией на внешние силы) мантии или, по крайней мере, ее верхней части мощностью не менее 900 км.
3. В начальный этап тектонической истории Земли ее оболочки являются гомогенными, а с течением времени они последовательно усложняются нарушениями.
