ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 433, № 1, с. 97-101
= ГЕОФИЗИКА
УДК 550.34.042 + 551.243
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЪЕМНОГО СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В ЛИТОСФЕРЕ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ © 2010 г. А. В. Ключевский, В. М. Демьянович
Представлено академиком Г.С. Голицыным 27.01.2010 г. Поступило 30.12.2009 г.
Исследование сейсмотектонических смещений в литосфере Байкальской рифтовой зоны (БРЗ), выполненное по данным о динамических параметрах очагов землетрясений с энергетическим классом КР > 7 за 1968—1994 гг., позволило установить основные закономерности объемного течения горных пород в регионе. Основной вклад в суммарные смещения вносят многочисленные слабые землетрясения, а максимальные перемещения геологического материала происходят в зонах продолжительных афтершоковых и роевых серий толчков. Полученные 3Э-образы объемного сейсмотектонического течения в литосфере БРЗ указывают на хорошее соответствие отрицательных вертикальных перемещений горных пород рифтовым впадинам, а положительные движения совпадают с межвпадинными горными перемычками.
Сейсмотектоническое течение горных пород происходит из-за смещений в очагах землетрясений и является частью общего тектонического перемещения геологического материала, характеризующего эволюцию литосферы Земли. Обширный список работ по лабораторным наблюдениям за разрушениями образцов горных пород, а также методам реконструкции главных осей тензоров тектонических напряжений и деформаций по совокупностям сколовых трещин приведен в монографии [1]. В регионах, где землетрясения имеют различные фокальные механизмы в одном объеме среды, сейсмотектоническое смещение рассматривается как суперпозиция соответствующих компонент, а деформации литосферы представляются в виде среднего тензора сейсмотектонических деформаций [2]. Остаточные деформации, возникающие в результате сейсмических событий различных масштабов, являясь атрибутом и свойством дискретной нарушенной среды, отличаются от упругопластических дефор-
маций континуума и требуют своих способов определения и описания. Возникающие при этом сложности обусловлены тем, что классические законы деформирования упругой сплошной среды отличаются от законов сейсмотектонического течения неоднородной дискретной блоковой массы, где остаточные деформации и основные перемещения горных пород происходят локально на границах блоков, формируя поток блоков литосферы различных размеров. Проблема изучения объемного сейсмотектонического течения геологических масс в литосфере БРЗ по данным очаговой сейсмологии упирается в задачу идентификации сейсмотектонических перемещений горных пород через динамические параметры очагов землетрясений.
При определении динамических параметров очагов землетрясений использованы данные об амплитудах и периодах максимальных смещений в объемных поперечных волнах около 90 тысяч толчков, зарегистрированных в Байкальском регионе за 1968—1994 гг. В расчетах применены формулы трещинной модели Д. Бруна [3], при которой дислокация происходит в результате мгновенного приложения тангенциального импульса к внутренней стороне разрыва. Параметры сейсмических источников вычислены по формулам
М =
4пргУ Ф0
Я =
2.342 п/о '
М
(1)
(2)
Институт земной коры
Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
В = —0, (3)
где М0 — сейсмический момент, дн • см, Я — радиус дислокации, км, Б — смещение по разрыву, мм, р = 2.7 г/см3 — плотность среды, V = 3.58 км/с — скорость распространения объемных поперечных волн, г — гипоцентральное расстояние, км, ¥0ф = = 0.6 — среднее значение направленности излучения из очага, ц = 3 • 1011 дн/см2 — модуль сдвига, S — площадь разрыва, км2, Ф0 и /0 — уровень ам-
Рис. 1. Графики распределения по КР суммарных смещений в очагах землетрясений Байкальского региона (1) и трех районов: 2 — юго-западный фланг, 3 — центральная часть, 4 — северо-восточный фланг.
плитудного спектра Фурье и частота "угловой точки" [4, 5].
Высокая представительность используемых материалов (почти 95% из числа зарегистрированных в регионе толчков имеют определения динамических параметров) дает возможность оценить вклад толчков разных энергетических классов КР в величину суммарных смещений. На рис. 1 представлены графики распределения по КР суммарных смещений в очагах землетрясений Байкальского региона и трех районов (юго-западный фланг, центральная часть и северо-восточный фланг БРЗ [6]), на которых видно, что основной вклад в сейсмотектонические перемещения среды В (в этой оценке суммируются модули смещений без учета направленности вектора смещения) вносят многочисленные слабые толчки, причем с понижением энергетического класса суммарное смещение растет по степенному закону. Наблюдаемое на графиках понижение уровня суммарных смещений В в очагах землетрясений с КР = 7 обусловлено неполной регистрацией толчков такого энергетического класса в регионе. На рис. 1 видно, что графики и тренды суммарных смещений в очагах землетрясений Байкальского региона и трех районов имеют обратную степенную зависимость от энергетического класса. Если вслед за [7, 8] принять, что такие пространственно-энергетические скейлинговые соотношения сохраняются при дальнейшем уменьшении КР, то в Байкальском регионе основной вклад в суммарные сейсмотектонические смещения горных пород вносится многочисленными слабыми и микротолчками.
Для выявления областей максимального сейсмотектонического течения геологической среды
в литосфере БРЗ и визуального сопоставления объемного и площадного распределений суммарных сейсмотектонических перемещений горных пород (суммируются модули смещений), созданных толчками с КР > 7 в площадках 50 х 50 км2 при числе толчков в площадке N > 5, на рис. 2 дано 3О-представление поверхности суммарных смещений и ее проекция-карта на горизонтальную плоскость. На рис. 2 имеются две области максимальных сейсмотектонических перемещений геологических масс — на северо-востоке в районе Ан-гараканского роя землетрясений (В » 12000 мм) и на юго-западе в Бусийнгольской афтершоковой серии толчков (В » 11000 мм). Наблюдаются также несколько менее значительных максимумов (В » 8000 мм) в центральной части БРЗ, на севере Баргузинской и на юге Чарской впадин. В целом на рис. 2 выделяется область суммарных сейсмотектонических смещений, ограниченная изолинией В = 250 мм, протянувшаяся с юго-запада на северо-восток региона и корреспондируемая с территорией БРЗ. На рис. 2 (вверху справа) приведены графики годовых суммарных сейсмотектонических смещений среды в Байкальском регионе и трех районах при землетрясениях с КР > 7. Видно, что наиболее значительные изменения графиков скорости сейсмотектонического течения геологических масс происходят в результате продолжительных групп толчков (Ангараканский рой, 1981 г., Бусийнгольская афтершоковая серия, 1991-1992 гг.).
Для анализа и оценки соотношения пространственного распределения сейсмотектонических перемещений среды используются характеристики суммарных смещений, формируемых толчками с разным типом подвижки в очаге: сбросами (суммарное смещение ВК, вектор смещения направлен вниз), сдвигами (В8, вектор смещения направлен по горизонтали) и взбросами (ВЯ, вектор смещения направлен вверх). Разделение землетрясений по типу подвижки в очаге выполнено в соответствии с градацией уровня сейсмического момента толчков [9, 10]. С целью сопоставления уровней сейсмотектонических смещений разной ориентировки на рис. 3 дано 3Б-представление поверхностей сейсмотектонических перемещений среды, формируемых раздельно толчками-сбросами (К), сдвигами (8) и взбросами (Я) с КР > 7. На рис. 3 видно, что на территории БРЗ преобладают вертикальные перемещения горных пород вниз, формируемые толчками-сбросами. Существенно меньше горизонтальные перемещения среды, происходящие при толчках-сдвигах, а вертикальные перемещения горных пород вверх, создаваемые толчками-взбросами, сопоставимы с уровнем горизонтальных движений. Для сопоставления уровней смещений на рис. 3 представлены проекции на широтную вертикальную пл оскость 3 О - поверхностей сейсмотектониче -
D, мм
12000Д 10000 Д
8000 Д
6000Д 4000 А
2000 А 0-1
60|° 58°
48°96°
13000 10000 7500 6000 5000 4000 3000 2000 1000 500 250
Рис. 2. 3В-представление поверхности суммарных сейсмотектонических смещений горных пород и ее проекция на горизонтальную плоскость для землетрясений с Кр > 7. На врезке — графики годовых суммарных смещений среды в Байкальском регионе и трех районах при землетрясениях с Кр > 7.
ских перемещений среды, совмещенные в пары: сбросы-сдвиги (N/S), сбросы-взбросы (N/R) и сдвиги-взбросы (S/R). Сопоставление уровней указывает на преобладание (по максимумам в 1.3—1.5 раза) на территории Байкальского региона вертикальных смещений горных пород вниз над перемещениями среды вверх и в горизонтальном направлении. Кроме того, на проекциях хорошо видно, что в одних объемах литосферы БРЗ сейсмотектонические смещения среды осуществляются сбросами, сдвигами и взбросами, т.е. сейсмотектоническое течение геологических масс в литосфере региона имеет турбулентный характер.
Чтобы верифицировать связь морфологии земной поверхности БРЗ с глубинными перемещениями блоков литосферы при землетрясениях,
на рис. 4 дано 3Э-представление поверхности результирующих сейсмотектонических вертикальных смещений горных пород, формируемых разностью смещений при толчках-сбросах и -взбросах с Кр > 7 в площадках 50 х 50 км2 при числе толчков в площадке N> 5. Видно, что на территории БРЗ землетрясениями формируется система отрицательных морфологических понижений, соответствующая расположению рифтовых впадин. Вместе с тем на рис. 4 выделяются отдельные участки, имеющие положительный знак результирующего смещения, что свидетельствует о преобладании толчков-взбросов над сбросами в этих участках. Эти участки, как правило, соответствуют межвпадинным горным перемычкам, разделяющим рифтовые впадины, — на рис. 4 положи-
D, мм 6000 л 5000 Д 4000 Д 3000 Д
2000 Д 1000 Д
D, мм
D, мм
4000 3000 2000 1000 0
0
2000 4000
Рис. 3. 3В-представление поверхностей суммарных сейсмоте
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.