ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 1, с. 98-110
УДК 550.34,551.24
ГРАВИТАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ЗЕМНОЙ КОРЫ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРИЗНАК ОЦЕНКИ
СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА)
© 2013 г. А. Р. Жданович
Институт сейсмологии МОН РК, г. Алматы, Казахстан Поступила в редакцию 10.01.2012 г.
Дана оценка потенциальной гравитационной энергии земной коры юго-восточного Казахстана относительно подкорового уровня. Показана зависимость изменений гравитационного потенциала от геолого-геофизического строения неотектонических структур. Выявлены корреляционные связи сейсмических параметров с потенциальной гравитационной энергией и границами, разделяющими слои земной коры.
Ключевые слова: потенциальная гравитационная энергия, земная кора, сейсмичность.
БО1: 10.7868/80002333713010171
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что типизация земной коры по степени сейсмической опасности базируется на изучении ее глубинного строения [Курскеев, 2004] и может проводиться на основании различных критериев разными методами (традиционными, формальными) [Рейснер, 1980]. Критериями выступают геологические, геофизические и сейсмологические данные, комплексный или независимый анализ которых с целью выделение тектонических блоков земной коры с различной сейсмической активностью — основная задача сейсмотектоники [Геологический ..., 1955]. На наш взгляд, среди критериев оценки сейсмической опасности территорий основное внимание должно уделяться тем критериям, которые имеют отношение к генезису и энергетике сейсмических процессов. В казахстанском сейсмологическом институте под научным руководством академика А.К. Курскеева разрабатывается методология, в основу которой положено понятие об энергонасыщенности и тектонизированности структурно-вещественных неоднородностей тектоносферы, т. е. остаточной энергии, накопленной в породах за предшествующие геологические эпохи, особенно в новейший этап тектогенеза [Курскеев и др., 2005]. Основными составляющими энергонасыщенности являются тепловая энергия, потенциальная гравитационная энергия и потенциальная энергия упругого деформирования тектонических блоков. Ввиду сложности оценки любого из перечисленных энергетических компонентов, ограничимся в
данной работе оценкой потенциальной гравитационной энергии.
Для проверки предположения о генетической связи параметров сейсмичности с составляющими энергонасыщенности, в частности с потенциальной гравитационной энергией, желательно исследовать регион, который включает районы, как с высокой, так и со слабой сейсмической активностью. В качестве объекта исследований рассмотрим регион юго-восточного Казахстана, расположенный между меридианами 66° и 80° в.д. и широтами 41° и 46° с.ш. (рис. 1). На рис. 1 представлена карта неотектонического строения региона, составленная по данным [Николаев, 1962; Равнины ..., 1975; Винник, Лукк, 1975; Ярмухаме-дов и др., 1979; Геологическая ..., 1980; Чедия, 1986; Курскеев, Тимуш, 1987; ; Геологическая ..., 1996; Тапалов, 2000; Диденко-Кислицына, 2001; Жданович, 2005; Сейсмическая ..., 2006], схема общего сейсмического районирования Казахстана 2000 г. [Сейсмическое ..., 2000], показаны очаги сильнейших землетрясений по табл. 1. Из рис. 1 видно, что северная и западная части региона, приуроченные к платформенной области (Казахский щит, Туранская плита), слабо сейсмичны. Районы крайнего юга и востока региона, расположенные в пределах альпийских эпиплат-форменных орогенов Северного Тянь-Шаня и Джунгарии, — наиболее сейсмоопасны: здесь происходили и возможны в будущем землетрясения с интенсивностью 8—9 баллов и более [Курскеев, 2004]. Очаги сильных землетрясений юго-
Таблица 1. Сильнейшие землетрясения Северного Тянь-Шаня и Джунгарии по данным СОМЭ и дополнительным источникам
№ пп Год Месяц День Широта Долгота Ms K H Название Дополнительный источник
1 -250 1 0 42.70 77.50 6.5 15.5 20 Чигучинское [Новый..., 1977; The Seismic..., 1994a]
2 500 1 0 42.70 76.50 6.5 15.5 20 Больше-Кеминское »
3 1475 1 0 42.60 75.20 6.2 15.1 15 Болосагунское »
4 1770 1 0 42.80 74.10 5.8 14.5 15 Беловодское »
5 1807 1 0 43.10 76.90 6.5 15.5 20 Алматинское »
6 1865 3 22 42.70 73.20 6.2 15.1 15 Меркенское »
7 1868 4 3 41.20 69.60 6.4 15.4 18 Ташкентское »
8 1868 8 29 42.70 75.90 6.2 15.1 20 »
9 1885 8 2 42.70 74.10 6.7 15.8 15 Беловодское »
10 1886 11 29 41.40 69.50 6.6 15.6 26 Ташкентское »
11 1887 6 8 43.10 76.80 7.1 16.4 20 Верненское »
12 1888 11 29 44.90 75.10 5.9 14.6 30 »
13 1889 7 11 43.20 78.70 8.1 17.9 40 Чиликское »
14 1890 2 25 43.00 78.00 6.2 15.1 40 афтершок Чиликского »
15 1896 1 15 41.50 70.90 6.4 15.4 23 Пскемско-Чаткальское »
16 1911 1 3 42.90 76.90 8 17.8 25 Кеминское »
17 1915 12 17 42.00 79.20 6.5 15.5 40 Кокшаальское »
18 1916 2 28 43.00 77.20 5.8 14.5 25 афтершок Кеминского »
19 1927 8 12 41.00 71.60 5.8 14.5 14 Наманганское »
20 1929 6 3 43.00 67.00 6.5 15.5 51 Чиилийское »
21 1938 6 20 42.70 75.80 6.8 16.0 21 Кемино-Чуйское »
22 1942 1 18 41.10 71.60 5.9 14.6 21 Яртепинское »
23 1959 10 24 41.67 70.00 5.8 14.5 16 Бричмуллинское »
24 1970 6 5 42.47 78.80 6.6 15.6 20 Сарыкамышское [Новый., 1977; The Seismic., 1994a; The earthquake.]
25 1978 3 24 42.87 78.58 6.8 16.0 15 Жаланаш -Тюпское [The Seismic., 1994a]
26 1982 12 31 42.80 77.42 5.8 14.5 24 [The Seismic., 1994a; The earthquake.]
27 1990 11 12 42.93 77.93 5.9 14.6 18 Байсорунское [The Seismic., 1994a]
28 1992 8 19 42.07 73.63 7.5 17.0 25
29 1993 12 30 44.82 78.77 6.2 15.0 20 Текелийское
восточного Казахстана приурочены к Тянь-Шань-Байкальскому сейсмопоясу и локализуются в земной коре [Курскеев, 1990]. Поэтому потенциальную гравитационную энергию достаточно оценить в пределах земной коры и подстилающей верхней мантии.
В завершающей части данной статьи рассмотрим связи потенциальной гравитационной энергии и высотных отметок структурно-тектонических поверхностей (СТП), разделяющих слои земной коры различной плотности, с сейсмическими параметрами для суждения об их инфор-
мативности при выделении зон ВОЗ [Сейсмическое ., 1980] или сейсмогенных зон [Губин, 1983].
ИСХОДНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ УНИФИКАЦИЯ
В связи с тем, что на рассматриваемой территории произошли самые разрушительные землетрясения в пределах Казахстана и ведется интенсивное хозяйственное освоение, для оценки сейсмической опасности создана система государственного сейсмологического мониторинга, основную базу которого составляет Алматинский прогностический полигон (АПП). Границы АПП условно определены долготами 75°-80° в.д. и широтами 42°-45° с.ш. [Ли, 2010]. Исходные сейсмические данные для проведения настоящего исследования получены на станциях АПП и любезно предоставлены ГУ "СОМЭ" МОН РК (Государственное учреждение "Сейсмологическая опытно-методическая экспедиция" Министерства образования и науки Республики Казахстан). Каталог СОМЭ дополнен данными из опубликованных атласов и каталогов [Новый ., 1977; The Seismic ., 1994a; 1994b] и общемирового каталога землетрясений национального информационного центра США, размещенного в Интернете [The earthquake.]. Сводка сильнейших землетрясений (Ms > 5.8) Северного Тянь-Шаня и Джунгарии приведена в табл. 1.
Собраны данные о расположении СТП, разделяющих слои земной коры, и на их базе составле-
ны электронные карты тектонического рельефа, подошвы осадочного чехла, подошвы вулкано-генно-осадочного палеозойского комплекса, подошвы сиалического докембрийского комплекса, подошвы гранулито-гнейсового слоя, подошвы базальтового слоя, поверхности Мохо.
Для составления карты тектонического рельефа использовались листы топографической основы масштаба 1 : 1000000. При построении произведено сглаживание рельефа и удаление экзогенных врезов по методике Г.Ф. Уфимцева [Уфимцев, 1984]. Кроме того, в ячейках, попадающих на водораздельные участки, значения тектонического рельефа усреднены, чтобы гравитационный потенциал соответствующих колонн земной коры не был завышенным. Отметки сглаженного тектонического рельефа варьируют в пределах от 92 до 4717 абс. м. Его максимумы близки к высочайшим вершинам на западе (4484 абс. м, г. Манас, Таласский хр.) и в центре района (4973 абс. м, пик Талгар, Заилийский хр.).
Карта кровли консолидированного фундамента получена синтезом карт тектонического рельефа и подошвы осадочного мезо-кайнозойского чехла. Данные о расположении подошвы чехла взяты с геологических карт Казахстана [Геологическая ..., 1996] и Киргизской ССР [Геологическая ..., 1980] и из многочисленных схем, приводимых в публикациях по отдельным районам. Подошва осадочного чехла проведена по кровле палеозоя. В районах выхода фундамента на поверхность ис-
Рис. 1. Неотектоническое районирование и сейсмичность юго-восточного Казахстана и прилегающих территорий. Неотектоническое районирование (Жданович А.Р.): 1-5 - эпиплатформенная область, подобласть интенсивного альпийского орогенеза (орогены Тянь-Шаня и Джунгарии): 1 — сводово-глыбовые поднятия (оси крупнейших хребтов: 1 — хр. Бол. Каратау, 2 — хр. Актау, 3 — хр. Улькен-Бурылтау, 4 — хр. Боралдайтау, 5 — хр. Каржантау, 6 — хр. Угамский, 7 — хр. Майдантальский, 8 — хр. Пскемский, 9 — хр. Чандалашский, 10 — хр. Таласский, 11 — хр. Сусамыртау, 12 — хр. Киргизский, 13 — хр. Терскей Алатау, 14 — хр. Сарыджаз, 15 — хр. Кетмень, 16 — хр. Кунгей Алатау, 17 — хр. Заилийский Алатау, 18 — хр. Жетыжол, 19 — хр. Киндыктас, 20 — хр. Айтау, 21 — хр. Хантау, 22 — хр. Джамбул, 23 — хр. Токсанбай, 24 — хр. Джунгарский Алатау), 2 — плоскогорья и нагорные плато, 3 — предгорные ступени и адыры, 4 — межгорные впадины (1 — Байкадамский грабен, 2 — Бийлюкольская впадина, 3 — Таласский прогиб, 4 — Сусамырская впадина, 5 — Джумголинская впадина, 6 — Кочкоркаинская впадина, 7 — Предкиргизский прогиб, 8 — Иссык-Кульская грабен-синклиналь, 9 — Сарыджазская впадина, 10 — Текесская (Нарынкольская) грабен-синклиналь, 11 — Восточно-Кегенская впадина, 12 — Каркаринская (Западно-Кегенская) впадина, 13 — Жаланашская впадина, 14 — Сюгатинская впадина, 15 — Панфиловская (Восточно-Илийская, Джаркентская) грабен-синклиналь, 16 — Зап
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.