ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 3, с. 71-80
УДК 550.341
РАСПОЗНАВАНИЕ МЕСТ ВОЗМОЖНОГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ М > 6.0 В ГОРНЫХ ПОЯСАХ СРЕДИЗЕМНОМОРЬЯ
© 2009 г. А. И. Горшков, А. А. Соловьев
Учреждение Российской академии наук Международный институт теории прогноза землетрясений
и математической геофизики РАН, Москва, 117997 Поступила в редакцию 21.05.2008 г.
Цель работы - распознать высокосейсмичные (В) пересечения морфоструктурных линеаментов в пределах горных поясов Средиземноморья - Альпах, Апеннинах, Балканидах, Динаридах и Карпатах. Местоположение пересечений линеаментов - границ блоков земной коры - определено методом морфоструктурного районирования. Установлена связь эпицентров землетрясений с М > 6.0 с пересечениями линеаментов. С помощью алгоритма распознавания образов КОРА-3 отдельно для каждой горной страны решена задача распознавания В-пересечений, в которых возможно возникновение землетрясений с М > 6.0. Большинство распознанных В-пересечений расположено на лине-аментах высших рангов, разделяющих наиболее крупные блоки земной коры. Для В-пересечений характерны контрастность новейших движений и повышенная раздробленность земной коры. Результаты работы свидетельствуют о высоком сейсмическом потенциале изученных областей: распознано значительное количество В-пересечений, в которых сильные землетрясения до настоящего времени не зарегистрированы.
ВВЕДЕНИЕ
Рассматриваются молодые горные системы Средиземноморья (Альпы, Апеннины, Балканиды, Динариды и Карпаты), которые характеризуются высоким уровнем сейсмичности. На сегодняшний день в этих регионах зарегистрировано 105 коровых землетрясений с М > 6.0, при этом у девяти событий по данным каталогов землетрясений [16, 23, 26, 28, 30] магнитуда превышает 7.
Цель работы - распознать места, в которых возможно возникновение коровых землетрясений с М > 6.0, и определить характерные геолого-геоморфологические и геофизические признаки этих мест. Использованная методология базируется [6, 7, 11] на представлении о связи сильных землетрясений с морфоструктурными узлами, которые формируются в местах сочленения морфоструктурных блоков. Связь эпицентров сильных землетрясений с местами пересечения морфоструктурных линеаментов (узлами) подтверждена в ходе многолетнего изучения сейсмоактивных регионов мира [1-11, 18-22].
Методология включает два этапа. Вначале методом морфоструктурного районирования выявляются объекты распознавания - места пересечений морфоструктурных линеаментов. На втором этапе с помощью алгоритмов распознавания образов определяются те пересечения, в которых возможны сильные землетрясения.
Морфоструктурные границы горных поясов Средиземноморья, в пределах которых были рас-
познаны высокосейсмичные пересечения линеаментов, представлены на рис. 1.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Метод морфоструктурного районирования.
Морфоструктурное районирование (MCP) ориентировано на определение иерархического блокового строения земной коры путем целенаправленного анализа рельефа земной поверхности по топографическим картам и космическим снимкам, с учетом геологических и тектонических данных [12, 21].
На схемах MCP выделяются три иерархических уровня блоков и их границ. Блоки характеризуются близкими значениями информативных признаков рельефа (уровень высот, ориентация линейных форм рельефа). Границы блоков проводятся там, где резко и существенно меняется значение хотя бы одного признака. Блокам и их границам присваивается третий, низший в иерархии, ранг. Блоки объединяются в мегаблоки, если значения информативных признаков от одного блока к другому изменяются согласно установленной последовательности; границы мегаблоков проводятся там, где последовательность нарушается. Мегаблокам и их границам присваивается второй ранг. Самая крупная единица районирования - горная страна - территория единого облика рельефа (например, нагорье) и одного типа процесса горообразования (например, эпиплат-форменного). Горной стране и ее границам присваивается первый ранг.
50
481
46/
44
42
40
38 I
36,
Варна фия' Ba4attö^
Рис. 1. Изученные горные пояса Средиземноморья и землетрясения с М > 6.0. Жирными линиями показаны границы изученных горных стран - морфоструктурные линеаменты первого ранга: сплошные линии - продольные линеамен-ты, прерывистые - поперечные. Кружками показаны эпицентры землетрясений с М > 6.0. СМ - северная часть Сербо-Македонского массива.
Различается два типа морфоструктурных лине-аментов: продольные и поперечные. Продольные линеаменты близпараллельны осям и подножиям хребтов, простиранию продольных долин и межгорных котловин; они обычно включают зоны хорошо изученных глубинных разломов. Поперечные линеаменты пересекают крупные элементы рельефа косо или под прямым углом; проходят по местам резких и существенных изменений значений информативных признаков рельефа. Зоны поперечных линеаментов включают вытянутые в едином направлении отрезки разломов и тектонические уступы.
Морфоструктурные узлы формируются в местах пересечения или сочленения активных тектонических зон, которые маркируются морфострук-турными линеаментами. В местах таких сочленений происходят дифференцированные подвижки и смещения мелких блоков. Механизм усиления раздробленности узлов за счет формирования в них новых разрывов разработан в [18]. Зоны линеаментов в узлах теряют линейность, разбиваются на отрезки разных простираний. Территории узлов обычно по-
нижены относительно блоков и характеризуются мозаичными сочетаниями горных пород, контрастными типами рельефа и ландшафтов. В данной работе MCP проведено по картографическим материалам. В качестве узлов мы рассматриваем 25-километровые окрестности точек пересечения осей линеаментов.
Рассматриваемый сегмент Средиземноморского орогенного пояса представлен системой дугообразных в плане горных поясов, сформировавшихся в результате длительного деформирования этой части Альпийского пояса, которая до начавшихся в меловое время орогенических деформаций имела линейные в плане очертания [27]. Дугообразная конфигурация орогенов возникла в результате взаимных перемещений микроплит в зоне коллизионного столкновения Африканской и Евразийской плит, которое по сей день обуславливает геодинамику Средиземноморья [17]. Современный облик горные пояса приобрели на завершающей стадии альпийского орогенного этапа в миоцен -плейстоцене [14].
24
28
50
48
46
44
42
40
38-
361
Рис. 2. Результаты распознавания мест возможного возникновения землетрясений с М > 6.0 в горных поясах Средиземноморья. Линиями показаны морфоструктурные линеаменты. Жирные линии - линеаменты первого ранга, средние - второго ранга, тонкие - третьего ранга. Сплошные линии - продольные линеаменты, прерывистые - поперечные. Черными кружками показаны эпицентры землетрясений с М > 6.0. Кругами радиусом 25 км обведены пересечения линеаментов, распознанные как высокосейсмичные для М > 6.0.
Схема MCP, отражающая современную иерархическую структуру орогенных поясов Средиземноморья представлена на рис. 2.
Сопоставление схемы MCP с сильной сейсмичностью (рис. 2) показывает, что абсолютное большинство коровых землетрясений с М > 6.0, известных в изучаемом регионе [16, 23, 26, 28, 30], расположены в 25-километровой окрестности пересечений линеаментов (табл. 1). Каждое пересечение рассматривается как отдельный морфоструктурный узел, формально определяемый как окружность радиусом 25 км с центром в точке пересечения линеаментов. Выбранный радиус соответствует эмпирическим наблюдениям о размерах очагов землетрясений с М = 6.0. По данным Ю.В. Ризниченко [13], очаг землетрясения с M = 6.0 имеет длину около 23 км при ширине около 10 км. В изучаемом регионе, в частности, в Апеннинах и Динаридах отмечено
девять землетрясений (в основном исторических) с магнитудой в районе 7. Магнитуды большинства землетрясений, использованных для обучения алгоритма распознавания, имеют значения 6.0^6.5. Поэтому мы и определили размер узлов как 25-километровую окрестность точек пересечения линеаментов.
Распознавание мест возможных землетрясений. Определение мест возможных землетрясений рассматривается в работе как задача распознавания образов. Сильные землетрясения зарегистрированы лишь в некоторых пересечениях линеаментов. Возникает задача разделить все пересечения линеаментов данного региона на два класса:
В - высокосейсмичные узлы, где могут возникать сильные землетрясения с магнитудой М > М0, где М0 - пороговая магнитуда, выбранная для рассматриваемого региона;
Таблица 1. Расстояния от эпицентров землетрясений с М > 6.0 до ближайшего пересечения
Горная страна (число событий с М > 6.0) Число событий в различных интервалах расстояния до ближайшего пересечения (км)
0-10 11-20 21-25 26-30 >30
Альпы (16) 9 6 1
Апеннины (24) 9 12 1 2
Балканиды (3) 3
Динариды (46) 18 18 4 4 2
Калабрия (8) 4 4
Карпаты (5) 4 1
Сицилия (3) 1 2
Всего в регионе (105) 48 43 6 6 2
Н - низкосейсмичные узлы, в которых возможны землетрясения только с магнитудой М < М0.
Задача решается с помощью методов распознавания образов. Нами был использован обучающийся алгоритм распознавания КОРА-3 [6, 9]. Обучение алгоритма производится по двум выборкам В0 и Н0. Выборку В0 составляют пересечения, в которых уже известны землетрясения с магнитудой М > М0. Обычно при составлении этой выборки учитываются землетрясения за период после 1900 г., значение магнитуды и координаты эпицентра которых инструментально определены с достаточной точностью. В Н0 включаются пересечения, в которых в историческое время землетрясения с магнитудой М > М0 не наблюдались. При этом в обучение - выборки В0 и Н0 - не включаются пересечения, с которыми связаны исторические и/или палеоземлетрясения, а также события с маг-нитудами М0 - 5 < М < М0, где 0 < 5 < 0.5. Эти объекты не участвуют в процессе обучения и выработке решающего правила, но классифицируются в ходе распознавания. Результат их распознавания служит одновременно и контролем достоверности классификации узлов региона, поскольку естественно предположить, что большинство из них долж
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.