УДК 550.343.4
ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ В АЗЕРБАЙДЖАНЕ ПО GPS-ДАННЫМ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА СЕЙСМИЧНОСТЬ И ГРЯЗЕВОЙ ВУЛКАНИЗМ
© 2014 г. Ф. А. Кадиров, И. С. Гулиев, А. А. Фейзуллаев, Р. Т. Сафаров, С. К. Маммадов,
Г. Р. Бабаев, Т. M. Рашидов
Институт геологии, Национальная академия наук Азербайджана, г. Баку E-mail: kadirovf@gmail.com Поступила в редакцию 04.04.2013 г.
Исследованы деформации земной коры территории Азербайджана по результатам GPS-измерений на основе метода Шена [Shen et al., 1996]. Для оценки скорости деформации использовалось поле векторов скоростей территорий Азербайджана, Ирана, Грузии и Армении, полученных по данным GPS-измерений за период 1998—2012 годы. Установлено, что сжатия наблюдаются вдоль Большого Кавказа, в Гобустане, Куринской впадине, Нахчыванской АР и приграничных районах Ирана. Оси сжатия/сокращения земной коры в регионе Большого Кавказа имеют Ю-СВ направление. Максимальное значение скорости деформации (порядка 200 х 10-9 в год) наблюдается в зоне развития грязевого вулканизма в районе пункта SHIK (Шыхлар), где наблюдается резкое изменение направлений осей сжатия (ЮЗ-СВ). В деформационном поле выявлены также зоны, где скорости деформации очень низкие, порядка 5 х 10-9 в год. К таким зонам относятся Прикаспийско-Губинский район и северный Гобустан, характеризующийся широким развитием грязевого вулканизма. Зоны растяжения наблюдаются на Малом Кавказе: в Гедабекском (GEDA), Шушинском (SHOU) районах и в зоне, расположенной между пунктами DAMO и PIRM (Иран), где величина скорости деформации достигает значений до 100 х 10-9 в год. Сделан вывод, что доминирующим фактором, вызывающим извержение грязевых вулканов, является интенсивность протекающих в недрах процессов газообразования; горизонтальные же деформационные процессы играют роль триггера. Наблюдается корреляция зоны эпицентров сильных землетрясений с градиентной зоной поля скорости деформации земной коры.
Ключевые слова: сейсмичность, GPS-мониторинг, напряженное состояние, грязевой вулкан DOI: 10.7868/S0002333714060027
ВВЕДЕНИЕ
Территория Азербайджана располагается в зоне активного столкновения (коллизии) двух плит, Африканской и Евразийской [McKenzie, 1972; Sengor et al., 1985; Philip et al., 1989]. Реконструкция тектоники плит указывает на то, что коллизия Аравийской плиты с Евразийской продолжается 10—30 млн лет, вплоть до современного этапа [Robertson, 2000; Allen et al., 2004]. Скорость движения Аравийской плиты на север относительно Евразии с начала их столкновения более или менее постоянна и равна приблизительно 20 мм/год [McQuarrie et al., 2003; Reilinger et al., 2006а].
Согласно этим реконструкциям, Аравийская плита продвинулась от своего первоначального места на 200—600 км, к месту, где прежде находилась континентальная евразийская литосфера.
Это продолжающееся "вторжение" Аравийской плиты в Евразию обуславливает сокращение литосферы по Главному Кавказскому надвигу (ГКН), простирающемуся в направлении В-З, и горизонтальное смещение литосферы [McKenzie, 1972; Sengor et al., 1985; Jackson, 1992; Шевченко и др., 1999; Гулиев и др., 2002; Reilinger et al., 20066; Kadirov et al., 2008; 2012]. Эти региональные тектонические про-
цессы, являясь причиной деформации земной коры, вызывают землетрясения, которые исторически зарегистрированы по всей территории Кавказа.
Настоящая работа посвящена исследованию скорости деформаций земной коры территории Азербайджана по данным GPS-наблюдений и ее связь с сейсмичностью и грязевым вулканизмом.
РЕЗУЛЬТАТЫ GPS-НАБЛЮДЕНИЙ
GPS-сеть Азербайджана создана Институтом геологии Национальной Академии наук Азербайджана в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом. Сеть была создана в период 1998—2012 гг., в большинстве пунктов измерения проведены по 3—6 раз [Reilinger et al., 2006б; Kadirov et al., 2008; 2012]. Геометрия сети и местоположение пунктов измерений определялись, исходя из неотектонической структуры региона так, чтобы в максимально возможной степени охарактеризовать относительные смещения отдельных элементов этой структуры и общую деформацию земной коры. В настоящее время на территории Азербайджана функционируют 22 GPS-пункта периодических наблюдений и
99
7*
44° E
45 ° E
46 ° E
47 ° E 48 ° E
49 ° E
50 ° E
42° N
41° N
40° N
39° N
38° N
51 ° E
42° N
41° N
40° N
39° N
38° N
44° E 45° E 46° E 47° E 48° E 49° E 50° E 51 ° E
Рис. 1. Карта GPS-скоростей исследуемой территории. Данные о скоростях пунктов, находящихся вне территории Азербайджана, взяты из работ [Nilforoushan et al., 2003; Masson et al., 2006; Reilinger et al., 2006].
3 постоянно действующих станций CGPS (Баку, Шеки и Нефтчала).
GPS-данные были обработаны, а ошибки оценены с использованием программного обеспечения GAMIT/GLOBK Массачусетского технологического института [Herring, 2004; King and Bock, 2004] по процедуре, описанной в работе [Reilinger et al., 2006б].
Относительно системы координат, в рамках которой проводятся GPS-измерения, необходимо отметить следующее. Первоначально обработка измерений была выполнена в Международной Системе Координат Земли 2000 (ITRF 2000) с использованием 49 станций международной геодинамической службы GNSS (IGS). Другими словами, векторы скоростей были вычислены не относительно какого-либо отдельного пункта IGS, а привязаны ко всей их совокупности, имеющей большую стабильность во времени, чем каждый индивидуальный пункт в отдельности.
Случайное блуждание помехи 1 мм/год было также учтено при расчете погрешности скорости для каждого пункта. Для облегчения интерпретации данных окончательно скорости показаны в рамке фиксированной Евразийской системы координат. В результате вычислений для каждого пункта была определена усредненная за общий
интервал наблюдений скорость покомпонентного смещения. Таким образом, исходные данные для оценки скорости деформации представляют собой поле векторов скоростей, полученных по данным GPS за интервал времени 1998—2012 годов. В таблице представлены координаты и скорости горизонтальных смещений GPS-пунктов Азербайджана и сопредельных территорий.
На рис. 1 показана карта скоростей GPS-пунк-тов для Азербайджана и сопредельных территорий (указанных в таблице), которая использована для расчета двумерных деформаций. Стрелки на рисунке показывают направление векторов скорости, а значения скоростей характеризуются длиной стрелок согласно масштабу, который приведен в нижнем правом углу карты.
Определенные минимизацией скорости GPS-пунктов показаны в рамке Евроазиатской системы координат.
Ошибка определения скорости составляет в основном меньше чем 0.6 мм/год (1 сигма) и позволяет довольно точно оценить конвергенцию поперек Кавказской горной системы (т.е. ошибка составляет 5% от полной скорости конвергенции).
Поле скорости GPS-наблюдений четко иллюстрирует движение поверхности земной коры в С-СВ направлении на территории Азербайджана и
смежных регионов Малого Кавказа относительно Евразии. Самая явно проявленная особенность скоростного поля — уменьшение скорости в пунктах наблюдений, расположенных перпендикулярно к ГКН (то есть между пунктами KURD и MEDR, и BILE и SHIK). Пункты GPS-наблюдений, расположенные вдоль ГКН, показывают уменьшение скорости в западном направлении. С-СВ движение земной поверхности интерпретируется как одна из причин накопления напряжений на этом надвиге. Кроме того, здесь имеется тенденция горизонтального движения в пределах Куринской депрессии и Малого Кавказа, где увеличивается скорость с запада на восток вдоль простирания горной цепи.
МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПО ДАННЫМ GPS-ИЗМЕРЕНИЙ
Современные движения, наблюдаемые на земной поверхности, отражают тектонические процессы внутри земной коры. Однако точность определения вертикальной компоненты скорости с помощью GPS-измерений значительно уступает точности определения горизонтальных составляющих скорости. Так как деформацию земной коры можно считать непрерывной и рассматривать как изменение формы и объема тела, то каждой точке земной коры и ее поверхности будет соответствовать относящийся к данному моменту времени тензор деформации. Следует отметить, что при анализе только горизонтальной компоненты современных движений земной поверхности возможно оценить плоскую деформацию, при котором одна из главных компонент деформаций постоянна. В данной работе для этих целей используются горизонтальные компоненты GPS-скоростей.
В настоящей работе для определения поля скорости горизонтальной деформации территории Азербайджана по данным GPS-наблюдений применялся метод Шена [Shen et al., 1996] с использованием программы [Sagiya et al., 2000].
Суть метода заключается в следующем:
компоненты горизонтальной скорости смещения
(u, v), компоненты тензора скорости деформации
(¿xx, ¿xy, eyy) и скорость вращения ю в произвольной
точке с координатами (x, y) связаны со скоростью
смещения (U, V) в точке наблюдения (X, Y) как:
( \ U =
V
1 0 Axl Ayl 0 Ayl 0 10 Ax{ Ayt -Ax{
yy ю
( \ I
Si
v Sy j
(1)
s'x = a'x exp (ax2 / 2D2),
2 2 (2) sy = <3ly exp (ay/2 D ),
где Ax,- = X — x; Ay,- = Y — y; a'x — ошибка измерений компоненты X скорости смещения; a'y — ошибка измерений компоненты Y скорости смещении; D — параметр, контролирующий вес измерения (Distance Decaying Constant, DDC);
¿xy = 2(du/ dy) + (dv/ dx).
Значение DDC зависит от сети точек наблюдений, скорости смещения и тектонических особенностей региона. Скорость дилатации в каждой точке вычисляется следующим образом:
a = ¿xx + ¿yy. (3)
При вычислении компонент скорости деформации и скорости вращения в -- й точке используются данные векторов всех соседних точек, расположенных в радиусе 2DDC от нее. В данном случае параметр D составлял около 35 км [Safarov, 2012;
Кадиров, Сафаров, 2013]. При этом s'x и s'y играют роль весовых коэффициентов при решении системы уравнений, построенной согласно (1). Чем дальше от текущей точки находится пункт GPS-измерений, тем меньшее влияние он оказывает на результат решения системы уравнений для данной точки.
АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.