УДК 550.341
КУЛТУКСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 2008 г. С М№ = 6.3 НА ЮГЕ БАЙКАЛА: ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВИЗАЦИИ
© 2012 г. В. И. Мельникова1, Н. А. Гилева2, С. С. Арефьев3, В. В. Быкова3, О. К. Масальский2
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск 2Байкальский филиал Геофизической службы СО РАН, г. Иркутск 3Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 26.05.2011 г.
В статье представлены результаты исследования материалов стационарных и полевых наблюдений, проведенных в эпицентральной зоне Култукского землетрясения 27 августа 2008 г. с Mw = 6.3, локализованного в Южном Байкале. Сейсмическая активизация в количестве 1790 афтершоков с Кр > 4 (Mw > 0.9) затронула часть генерального разлома, ограничивающего юго-западный берег озера, и более мелкие внутривпадинные структуры. Путем кластерного анализа установлено, что главный толчок располагается на периферии облака сосредоточенной компоненты сейсмичности, а в поле афтершоков выделяются три основных кластера, отражающих сложный характер вспарывания в очаге землетрясения. Благодаря высокой точности определения гипоцентров афтершоков (ERZ < 1.2 км) выявлен локальный характер сейсмогенерирующих зон. На основе методов картирования параметров сейсмического режима определено, что в центральной части очаговой области выделяются зоны пониженной дробности, при этом вся периферия за исключением юго-восточного направления (здесь расположен эпицентр главного толчка) имеет высокое значение дробности, что также свидетельствует о сложном характере вспарывания в очаге. В целом, рассмотренная афтершоковая последовательность показала активизацию пассивного в течение более 100 лет юго-западного борта Южного Байкала и показала деструктивные особенности земной коры.
Ключевые слова: сейсмическая активизация, кластеризация афтершоков, гипоцентры землетрясений, скоростной разрез земной коры, сейсмический режим.
ВВЕДЕНИЕ
Култукское землетрясение с Мж = 6.3, произошедшее 27 августа 2008 г. в районе юго-западного замыкания озера Байкал (рис. 1), стало весьма заметным и важным событием в сейсмической жизни Южного Прибайкалья. В поселках Утулик, Култук и в г. Слюдянка, расположенных на расстояниях А = 8 — 27 км от эпицентра, оно ощущалось с интенсивностью 7—8 баллов по шкале М8К-64 [Медведев и др., 1965]. Землетрясение вызвало испуг и панику у населения; в близлежащих населенных пунктах отмечались серьезные повреждения отдельных зданий. Сейсмогравита-ционные эффекты привели к многочисленным осыпям и камнепадам на крутых естественных и искусственных склонах [Радзиминович Я.Б. и др., 2009]. Наиболее сильные сотрясения распространялись преимущественно в западном и северо-западном направлениях; к востоку от эпицентра сейсмические колебания достаточно быстро затухали.
За более чем полувековой период инструментальных наблюдений не только в Южной котловине Байкала, но в целом во всей акватории озе-
ра, кроме указанного события было зарегистрировано всего два землетрясения с М > 6.0: Среднебайкальское 1959 г. М = 6.8 [Новый каталог..., 1977] и Южнобайкальское Мж = 6.0 [Радзиминович Н.А. и др., 2006] (рис. 1). Детальная информация о землетрясениях подобной силы, очевидно, является чрезвычайно важной как для понимания природы таких событий, так и для выявления вероятной частоты их появления.
Итоги оперативного обследования Култукского землетрясения приведены в нескольких публикациях [Арефьев и др., 2008; Радзиминович Я.Б. и др., 2009; Мельникова и др., 2009 и т.д.], поэтому целью данной работы является анализ уникальных материалов, полученных в результате сейсмологических наблюдений за афтершоковым процессом. Эти наблюдения удалось осуществить с помощью сети временных цифровых коротко-периодных сейсмических станций, организованной ИФЗ РАН совместно с БФ ГС СО РАН в первые дни после землетрясения. В течение двух месяцев в результате совместной работы стационарных и временных сейсмических станций было зарегистрировано около двух тысяч афтершоков с Кр > 4.
104°Е 105°Е 106°Е 107°Е
Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений (М > 3.0) Южного и Центрального Байкала за период 1959—2010 гг.
53°N
52°N
M
О 3.0- 3.5
J 3.6- 4.4
J 4.5- 5.2
J 5.3- 5.9
* 5.9- 6.4
* 6.5- -7.0 -
/
СИБИРСКАЯ ПЛАТФОРМА
29.08.1959 M = 6.8
Иркутск
¿J
Культук
Слюдянка'Зг
v " Г* '' <>
j
Jj лаМа
Дабан
СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ГЛУБИНОЕ СТРОЕНИЕ ЮЖНОБАЙКАЛЬСКОЙ ВПАДИНЫ
Озеро Байкал занимает центральный сегмент Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) и отличается высокой степенью геолого-геофизической изученности [Флоренсов, 1968; Ламакин, 1968; Зорин, 1971; Hutchinson et al., 1992; Крылов и др., 1993; Логачев, 2003; Мац и др., 2001 и многие др.].
В структурно-тектоническом плане котловина Байкала делится на две равнозначные впадины — Южную, считавшуюся наиболее древним звеном БРЗ, и Северную; границей между ними служит косая перемычка, проходящая через остров Оль-хон и подводный Академический хребет [Логачев, 2003]. По морфологическим и батиметрическим данным озерная ванна разделена подводными поднятиями в районе дельты р. Селенги и Академического хребта на три отдельные котловины: Южную, Центральную и Северную (рис. 2а) [Ламакин, 1968; Мац и др., 2001]. Южный и Центральный бассейны по стратиграфии и разрывным нарушениям имеют близкий возраст и сходную историю развития, в то время как Се-
верный характеризуется более простой стратиграфией и структурой [Хатчинсон и др., 1993].
В данной работе под Южнобайкальской впадиной (или Южным Байкалом) будет подразумеваться та часть котловины оз. Байкал, которая ограничена с северо-востока Селенгинской перемычкой. Эта впадина, в свою очередь, состоит из более мелких депрессий — Култукской и Миши-хинской, границей между которыми служит Ангарский разлом, представляющий собой на кайнозойском этапе развития правосторонний сдви-го-взброс. Комплекс геолого-геофизических признаков свидетельствует о том, что история тектонического развития этих депрессий различна [Леви и др., 1995]. В обеих депрессиях толщина кайнозойских отложений постепенно увеличивается к осевым частям, а максимальные мощности осадочного слоя наблюдаются вблизи их северозападных бортов (рис. 2б) [Hutchinson et al., 1992].
Использование метода сейсмической томографии на преломленных волнах позволило выявить особенности строения земной коры по профилю, проходящему вдоль Южной котловины озера. Было установлено изменение глубины кровли кристаллического фундамента с граничной ско-
Рис. 2. (а) — Схема батиметрии Байкальской впадины (котловины: ЮБ — Южная, ЦБ — Центральная, СБ — Северная) [http://www.lin.irk.ru/intas/]; (б) — схема мощности осадочных отложений (в км) и основных разломов по [Hutchinson et al., 1992]; (в) — схема теплового потока (мВт/м2) по [Голубев, 2007].
ростью Р-волн 5.9—6.2 км/с от 8 до 14 км и наличие между поверхностью фундамента и подошвой кайнозойских осадков докайнозойских осадочных пород со скоростью Р-волн 4.6—5.5 км/с [Крылов и др., 1995]. Во всем осадочном комплексе с помощью сейсмического лучевого моделирования [Суворов, Мишенькина, 2005] обнаружены слои со значительными перепадами скоростей по вертикали и горизонтали. В фундаменте, представленном различными кристаллическими образованиями, присутствуют разнонаправленные разрывные нарушения, в том числе вертикальные сбросовые разрывы и пологие надвиги [Зорин и др., 2002]. По данным глубинного сейсмического зондирования на глубинах 12—17 км распространен сейсмический волновод с дефицитом скоростей Р-волн на 0.2—0.4 км/с [Ми-шенькин и др., 1999]. Примерно в этом же диапазоне глубин наблюдаются пониженные значения прочности и энергоемкости горных пород [Крылов, Дучков, 1996], а также другие аномалии физико-механических свойств среды. С сейсмическим волноводом связано и большинство происходящих землетрясений, в том числе и относительно сильных [КабиттоуйсЬ е! а1., 2005].
Известно, что глубинное строение под Байкалом характеризуется наличием выступа аномальной мантии, поднимающейся к границе Мохо вертикально на северо-западе и выполаживаю-щейся к юго-востоку. Мощность слоя верхней мантии с аномально низкими скоростями сейсмических волн (УР = 7.7—7.8 км/с) составляет около 20 км [Крылов и др., 1993]. Несмотря на некоторые противоречия в оценке глубины Мохо под Южным Байкалом, встречавшиеся в публикациях, утонение коры, к примеру, в центре Кул-тукской депрессии до 34—36 км и ее утолщение до 40 км на юго-западном борту подтверждается разными исследователями [Logatchev, Zorin, 1987; 8иуогоу е! а1., 2002; Яковлев и др., 2007; Мордвинова, Артемьев, 2010].
Отдельные авторы считают, что скоростную структуру коры на юге Байкала можно представить в виде набора линз небольшой кривизны, при этом низкоскоростные слои ориентированы субгоризонтально или наклонно [Мордвинова, Артемьев, 2010]. Линзовидная слоистость отражает структурную и вещественную неоднородность земной коры, а сложная конфигурация аномалий под ней может свидетельствовать о
- 53^
52^
- 51^
100°Е
102°Е
104°Е
106°Е
108°Е
Рис. 3. Топография и разломы Южного Прибайкалья. Разломы (цифры в кружках): 1 — Приморский, 2 — Дельтовый, 3 — Обручевский, 4 — Черского, 5 — Хамбинский, 6 — Краевой, 7 — Главный Саянский, 8 — Тункинский, 9 — Байкало-Мондинский, 10 — Хубсугульский; кинематические типы разломов (1): а — взбросы, надвиги; б — сбросы, сбросо-сдви-ги; в — сдвиги со взбросовой компонентой; г — сдвиги. Депрессии Южнобайкальской впадины: К — Култукская, М — Мишихинская. При составлении схемы использовались опубликованные материалы: [Карта активных разломов..., 1986; Сейсмическое районирование., 1977; Леви и др., 1995].
мелкомасштабной конвекции в верхах мантии. Эта точка зрения находит свое подтверждение в геотермическом режиме земных недр под Южнобайкальской впадиной, где по данным В.А. Голубе-ва [2007] вдоль ее юго-западного борта отмечается максимум тепловой аномалии (рис. 2в).
Развитие Южнобайкальской впадины контролируется зонами крупных активизированных в кайнозое разломов: Главного Саянского (ГС), Тункинского, Обручевского, Приморского, Черск
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.