ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 6, с. 54-61
УДК 550.348.436(571)
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОЙ ПОЗИЦИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
ОТНОСИТЕЛЬНО ЭЛЕМЕНТОВ ГЛУБИННОЙ РАЗРЫВНОЙ ТЕКТОНИКИ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НА ПРИМАГАДАНСКОМ
ШЕЛЬФЕ ОХОТСКОГО МОРЯ
© 2009 г. Ю. Я. Ващилов1, Л. Ю. Калинина2
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт ДВО РАН, Магадан, 685000 2Северо-Восточный государственный университет, Магадан, 685000 Поступила в редакцию 22.01.2009 г.
Представлены результаты количественного анализа связи землетрясений с тектонической раздробленностью земной коры на основании корреляционного анализа плотности и меры дискордантности разломов с показателями сейсмической активности (удельным количеством и удельной энергией землетрясений) для Примагаданского участка шельфа Охотского моря. На основании этих материалов выявлены принципиальные различия в структурном положении эпицентров землетрясений на суше и на море. В пределах Примагаданского шельфа Охотского моря наиболее вероятны землетрясения энергетического класса К > 12 на участках с пониженными значениями плотности (0.04 < т < 0.06 км1) и меры дискордантности разломов (2 < ||,0|| < 4), выделенных по гравиметрическим данным. Одной из причин подобной структурно-геодинамической особенности в пространственном положении эпицентров землетрясений, по мнению авторов, является термоизостазия - остывание литосферы и астеносферы при выделении тепла в окружающее Землю пространство (тепло поступало в верхние этажи Земли из мантии на мезокайнозойском этапе ее развития) и проседании вследствие этого океанического дна. Опускание дна океанов и воздымание материков приводят к возникновению ротационных тангенциальных сил, влияющих, на накопление напряжений в Тихоокеанском сейсмическом поясе. Годовой расход энергии ротационных сил и землетрясений имеют величину одного порядка 1018 Дж/г.
ВВЕДЕНИЕ
В [5] проведена количественная оценка связи землетрясений с тектонической раздробленностью земной коры на суше Северо-Востока России путем совместного анализа плотности и меры дискордантности разломов с показателями сейсмической активности (удельным количеством землетрясений и удельной энергией землетрясений).
Полученные результаты позволили выделить особенности пространственного распределения землетрясений на суше Охотско-Ленского сейсмического района: максимальный уровень сейсмической активности соответствует участкам со средними значениями меры дискордантности разломов, выделенных по гравиметрическим данным, и зонам повышенных горизонтальных градиентов изодис-кордант. Максимальная вероятность возникновения землетрясений энергетического класса К > 12 здесь соответствует средним значениям плотности разломов, выходящих на поверхность.
Подобное исследование было также проведено для территории, ранее никогда не изучавшейся количественными сейсмогеологическими методами. Таким районом является Примагаданский участок шельфа Охотского моря, где планируются и ведутся интенсивные поиски нефти и газа. Исследование
корреляционных связей землетрясений с разрывными структурами и узлами их пересечения проводилось, как и для юго-восточного фланга Охотско-Ленского сейсмического района, на основании расчетов следующих характеристик:
1. Для выявления связи землетрясений с разломами использовалась плотность (удельная длина) разломов - величина, характеризующая распределение интенсивности тектонической раздробленности земной коры по площади. На возможность применения плотности разломов для определения раздробленности земной коры указывают в своих работах Б.М. Богачкин и др., B.C. Имаев и др., В.Н. Смирнов и другие исследователи [8, 9, 13].
Значение плотности (удельной длины) разломов определялось по формуле:
m
т = JI(1)
i = 1
где Ii - длина разлома; m - общее число разломов в квадрате палетки; S - площадь квадрата палетки, для которого вычисляется значение плотности разломов.
2. Для исследования пространственной связи землетрясений с разрывами и узлами их пересече-
ния использовалась введенная Ю.Я. Ващиловым мера дискордантности разломов [2, 3]. Мера дис-кордантности - это величина, характеризующая степень раздробленности поверхностей различных объектов разнонаправленными разломами, трещинами. Мера дискордантности может быть ненормированной М, и нормированной по площади ||М||. Значение меры дискордантности определяется суммой модулей попарных векторных произведений прямолинейных отрезков разломов:
т т - г
М = XX ^ х 1 + к ] =
г = 1 к = 1
т т - г
= XX^ + к 81п ((
(2)
г = 1 к=1
т т - г
м = 1ХХЙ х 1+к ] =
: 1 к =1
т т - г
= 5 XX+к81п (с
(3)
г = 1 к = 1
где 1г - вектор-разлом, т - общее число разломов, (а+к - аг) - угол между направлениями простираний разломов, 5 - площадь, для которой вычисляется М и ||М||.
3. Определение количественных корреляционных связей землетрясений с разломами и узлами их пересечения проводилось на основании введенных авторами показателей сейсмической активности -удельного количества землетрясений 5N и удельной энергии землетрясений 5Е.
Значения данных величин определялись по формулам:
N
8N =|: 8 Е =5 X Е,
(4)
г=1
где N, Ег - число и энергия землетрясений, эпицентры которых расположены в пределах участков с определенными значениями плотности или меры дискордантности разломов, 5 - площадь данных участков.
Результаты исследования представлены в следующем разделе.
Дискордантность, плотность разломов и сейсмичность Примагаданского участка шельфа Охотского моря. Сейсмическая активность района рассматривалась на основании построенной схемы пространственного распределения эпицентров землетрясений. При этом рассматривались землетрясения энергетического класса К > 8.5, зарегистрированные с 1963 по 2002 гг.
Были составлены схемы изолиний плотности и изодискордант разломов, выделенных по гравиметрическим данным (рис. 1, 2). Для построения схемы разломов по гравиметрическим данным на шельфе так же, как и на суше, использовались карты аномалий силы тяжести в редукции Буге. Выделение разломов по гравиметрическим и другим геофизическим данным практически является единственным методом изучения разрывной тектоника дна шельфа морей. Обнаружение сети разломов геолого-геоморфологическими методами под толщей воды невозможно или в значительной степени затруднено.
Схемы изолиний плотности и меры дискордантности разломов строились аналогично подобным схемам юго-восточного фланга Охотско-Ленского сейсмического района [5]. Величина плотности разломов рассчитывалась по формуле (1) в центре окна со стороной 25 км, нормированной меры дискордантности ||М|| разломов - по формуле (3) в центре скользящего окна 50 х 50 км с шагом 25. Значения плотности разломов для исследуемого участка лежат в диапазоне 0 < т < 0.18 (км-1), меры дискордантности - 0 < ||М|| < 13. Для дальнейшего количественного анализа были построены диаграммы зависимостей показателей сейсмической активности 5N (км-1) и 8Е (Дж/км2) от значений плотности и меры дискордантности разломов (рис. 3).
Анализ построенных распределений позволяет сделать вывод, что максимальное удельное количество землетрясений на шельфе приходится на участки с максимальными значениями плотности разломов, в то время как удельная энергия землетрясений имеет максимальное значение на участках, ограниченных изолиниями 4-6 (рис. 3а и 36). Таким образом, максимальное число землетрясений К > 8.5 приурочено к участкам, с максимальной раздробленностью земной коры, в то время как землетрясения К > 12 тяготеют к участкам с минимальной тектонической раздробленностью (рис. 3а врезка).
Анализируя рис. 3, можно также отметить, что максимальное удельное количество землетрясений для моря приходится на участки со средними значениями меры дискордантности разломов (рис. 3е), в то время как максимальное значение удельной энергии землетрясений (рис. 3г) и максимальное удельное количество землетрясений энергетического класса К > 12 (рис. 3е врезка) имеют максимальное значение на участках, ограниченных изо-дискордантами 2-4.
Таким образом, комплексный анализ связи землетрясений с разломами и узлами их пересечения показал принципиальные отличия в пространственном распределении землетрясений на суше и на море. Максимальное удельное количество землетрясений энергетического класса К > 12, а, следова-
56 60
58
Т50
152
50
100 км
О
154 22 4
13156
16 14 12 10 8 6 4 2
0
Рис. 1. Схема изолиний плотности разломов, выделенных по гравиметрическим данным, и пространственного распределения эпицентров землетрясений Примагаданского участка шельфа Охотского моря. 1 - изолинии плотности разломов; 2 - расчетные значения плотности разломов; 3-4 - эпицентры землетрясений энергетического класса: 3 - 8.5 < К < 12; 4 - К >12.
Рис. 2. Схема изодискордант разломов, выделенных по гравиметрическим данным, и пространственного распределения эпицентров землетрясений Примагаданского участка шельфа Охотского моря. 1 - изодискорданты; 2 - расчетные значения меры дискордантности разломов; 3-4 - эпицентры землетрясений энергетического класса: 3 - 8.5 < К < 12, 4 - К > 12.
особенности структурной позиции землетрясении
57
N/S х 10-3 км-2 3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
| I Ml Ii_|_|_L
2-4 6-8 10-12 14-18
д
XI
a E/S х 106 Дж/км2 250
200
150
100
50
4-6 8-10 12-14 2-4 6-8 10-12 14-18 Значение плотности разломов
N/S х 10-3 км-2 7
0.2
6 5 4 3 2 1
4-6 8-10 12-14 2-4 6-8 10-12
4-6 8-10 12-14 2-4 6-8 10-12 14-18 Значение плотности разломов
е E/S х 106 Дж/км 300
250 200 150 100 50
2
Ii
14-18
4-6 8-10 12-14 2-4 6-8 10-12 14-18
Значение меры дискордантности разломов Значение меры дискордантности разломов
Рис. 3. Результаты анализа степени корреляции плотности и меры дискордантности разломов, выделенных по гравиметрическим данным, с показателями сейсмической активности Примагаданского шельфа Охотского моря. а - Зависимость удельного количества землетрясений (N/S х 10-3 км-2) от значений плотности разломов (на врезке приведена зависимость удельного количества землетрясений (N/S х 10-3 км-2) от значений плотности разломов для землетрясений энергетических классов К
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.