ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 3, с. 92-102
УДК 550.348.436
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ИЕРАРХИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭПИЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ЧУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 2003 г.
© 2014 г. Е. В. Лескова1,2, А. А. Еманов1,2
1Алтае-Саянский филиал Геофизической службы СО РАН, г. Новосибирск 2Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, г. Новосибирск
E-mail: katya@gs.nsc.ru, alex@gs.nsc.ru Поступила в редакцию 20.05.2013 г.
Исследуется напряженное состояние земной коры в области Чуйского землетрясения 2003 г. (Горный Алтай) по данным многолетних эпицентральных наблюдений с плотными сетями временных станций — по 545 сейсмическим событиям в большом диапазоне энергий, при высокой точности определения параметров землетрясений. Выявлено два иерархических уровня поля напряжений и изучены их пространственная структура и временные изменения. Показано, что поле напряжений на субрегиональном уровне, определенное по сильным землетрясениям, преимущественно стабильное вдоль исследуемой области — фиксируется режим горизонтального сдвига с субмеридиональной ориентацией главных осей сжатия. Локальное поле напряжений, рассчитанное по слабым событиям, закономерно изменяется в соответствии с блоковой структурой и меняется с глубиной и во времени.
DOI: 10.7868/S0002333714030053
ВВЕДЕНИЕ
Афтершоковые последовательности, вызванные сильными землетрясениями, позволяют значительно быстрее, чем при фоновой сейсмичности, накопить информацию о физическом состоянии участков земной коры.
27 сентября 2003 г. в 11 ч 33 мин по иТС (18 ч 33 мин местного времени) произошло сильнейшее землетрясение на территории Алтае-Саян-ской горной области за полувековой период региональных инструментальных сейсмологических наблюдений. Его магнитуда составила Мз = 7.3, энергетический класс К = 17. Землетрясение произошло в юго-восточной части Горного Алтая в Северо-Чуйском хребте и получило название "Чуйское землетрясение".
Последовавшая после Чуйского землетрясения 2003 г. активизация уникальна по своей длительности — спустя десять лет в эпицентральной области все еще регистрируется повышенное число сейсмических событий разной энергии. В течение этих десяти лет в Чуйско-Курайской зоне организуются сейсмические наблюдения на плотных временных сетях станций [Еманов, 2007; 2010]. Столь продолжительные наблюдения позволили накопить достаточно информации для мониторинга как афтершокового процесса, так и напряженного состояния очаговой области.
Данная статья нацелена на изучение свойств иерархии напряженного состояния земной коры
в условиях сейсмической активизации, при этом относительно работы [Лескова, Еманов, 2013] здесь упор сделан на мониторинг напряженного состояния во времени и на изучение его изменений с глубиной.
Иерархические свойства поля тектонических напряжений, проявляющиеся в том, что для одной и той же территории по крупным тектоническим нарушениям восстанавливается один тип напряженного состояния, а по более мелким другой, впервые были отмечены в работе [Муди, Хилл, 1960]. Иерархия полей напряжения неоднократно подтверждалась натурными исследованиями, главным образом, геологическими методами, во многих работах ученых [Гзовский, 1975; Гущенко, 1975; 1979; Николаев, 1978; и др.].
Теоретическая модель среды с иерархически организованным полем тектонических напряжений обоснована в работе Д.Н. Осокиной [Осоки-на, 1987], в которой показано, что причиной возникновения иерархии служит наличие в объеме различных неоднородностей и отвечающих им локальных полей, а условием ее обнаружения является использование разных масштабов осреднения.
Исследование особенностей напряженного состояния земной коры в афтершоковой области Чуйского землетрясения выполнялось с использованием метода катакластического анализа (МКА) Ю.Л. Ребецкого [Ребецкий, 1999; 2001; 2007], который позволяет быстро и качественно
рассчитывать поля тектонических напряжений при условии корректного анализа исходного сейсмологического материала и формирования выборок землетрясений для осреднения.
В наших предыдущих исследованиях [Лескова, Еманов, 2011; 2013] в результате применения МКА к данным о механизмах очагов землетрясений, зарегистрированных в эпицентральной зоне Чуй-ского землетрясения 2003 г. в период 2003—2009 гг., были выделены два иерархических уровня поля напряжений: субрегиональный, рассчитанный по землетрясениям с 5.4 > Ms > 3.8, и локальный — 3.8 > Ms > 1.0. Причем субрегиональное поле напряжений проявляет устойчивость геодинамического режима по всей исследуемой зоне (горизонтальный сдвиг), в то время как локальное поле характеризуется изменениями режима и других параметров напряженного состояния в соответствии с локальными неоднородностями [Лескова, Еманов, 2011; 2013].
В данной статье выполнены исследования на существенно большем объеме данных. Реконструкция поля тектонических напряжений выполнена на основе механизмов очагов землетрясений, зарегистрированных в Чуйско-Курайской зоне в 2003—2012 гг., для двух уровней (субрегионального и локального). Диапазон исходного сейсмологического материала и его высокое качество позволили решить задачу мониторинга напряженного состояния локального уровня с глубиной и во времени.
ПОЛЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
РЕГИОНАЛЬНОГО, СУБРЕГИОНАЛЬНОГО И ЛОКАЛЬНОГО УРОВНЕЙ
Основу каталога механизмов очагов [Лескова, Еманов, 2006] для исследования составили 545 землетрясений с 7.3 > Ms > —0.9, произошедших в Чуйско-Курайской зоне в 2003—2012 гг., с точностью положения гипоцентров до сотен метров — первых километров. Фокальные механизмы рассчитаны с привлечением данных, зарегистрированных станциями Алтае-Саянской региональной сети, Алтайского сейсмологического полигона и, главным образом, эпицентральных наблюдений, проводимых в Чуйско-Курайской зоне ежегодно с 2003 г. [Еманов и др., 2007; 2010]. Для расчета механизмов очагов сильных землетрясений (Ms > 4) дополнительно использовались данные волновых форм Байкальской региональной сети и глобальных сейсмических сетей IRIS [http://www.iris.edu], таких как IU (GSN — IRIS/USGS), II (GSN - IRIS/IDA), а также сетей Казахстана (НЯЦ РК) (KZ), Киргизии (НС РАН) (KN) и Китая (IC IRIS/China). В каталог фокальных механизмов вошли только те события, для которых имеется однозначное решение плоскости разрыва, а максимальная ошибка определения по-
ложения нодальных плоскостей не превышает 15° по любому из параметров.
На рис. 1 представлены рассчитанные механизмы очагов землетрясений с Мз > 4.5 за период 2003—2012 гг. Как видно из рисунка, основным типом реализованного в очагах механизма с учетом геологической обстановки исследуемой области является правый сдвиг, характерный для главного толчка и большинства сильных афтершоков. Исключение составляют взбросовый и поддвиго-вый механизмы в области, близкой к эпицентру главного толчка, и взбросовый — на границе Ку-райской впадины и Чаган-Узунского блока.
На рис. 2 приведена гистограмма распределения землетрясений, для которых рассчитаны механизмы очагов, в зависимости от магнитуды. Каталог механизмов очагов представлен двумя энергетическими диапазонами: Мз < 2.5 и Мз > 2.5. Диапазон слабых энергий представляют фокальные механизмы, рассчитанные по данным временных сетей станций в эпицентральной области; сильных — по данным регистрации станций региональной сети и Алтайского сейсмологического полигона, а когда это возможно, с привлечением станций мировых сетей и временных эпи-центральных наблюдений.
Согласно критерию вхождения землетрясения в начальную выборку, используемого в методе ка-такластического анализа [Ребецкий, 1999; 2001, 2007], диапазон значений радиуса упругой разгрузки для используемого каталога составляет от сотен метров (минимальная магнитуда Мз = —0.9) до первых сотен километров (магнитуда главного толчка Мз = 7.3). В этот диапазон, согласно текто-нофизической классификации, разработанной Д.Н. Осокиной и Ю.Л. Ребецким и представленной в работе [Ребецкий, 2009], вмещается несколько масштабных уровней: от сублокального до регионального.
Исследования по выделению локальных полей напряжений предварялись реконструкцией параметров тензоров тектонических напряжений на региональном уровне для этого района. Для этой цели были использованы данные о механизмах очагов главного толчка (Мз = 7.3) и 8 последующих землетрясений с Мз > 5.0 за период 2003—2012 гг. В табл. 1 представлены полученные параметры, определяющие ориентацию главных осей (азимут простирания и угол погружения) и вид эллипсоида (коэффициент Лоде-Надаи) для тензора напряжений цст. Ось максимального девиаторного сжатия ст3 ориентирована близгоризонтально с направлением погружения на север. Ось максимального девиаторного растяжения ст1 также близгоризон-тальная с ориентацией в широтном направлении. Ось промежуточного главного напряжения ст2 близвертикальна. Такая закономерность в распределении параметров главных осей отражается
ЙИЙ^ЙЙI
Эпицентры землетрясений (М8):
6 О 5 -4 3
Рис. 1. Эпицентры афтершоков и механизмы очагов сильных землетрясений (Мз > 4.5) в Чуйско-Курайской зоне за период 2003—2012 гг. Разломы по [Новиков и др., 2008].
25 -
0 ....... ...................... ................11 ......1 .....1........I I......I.......1 I П"^ I
-1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Магнитуда М.з
Рис. 2. Распределение землетрясений, для которых рассчитан механизм очага, по магнитуде.
Параметры тензора напряжений в Чуйско-Курайской зоне на региональном уровне, град
ст1 ст2 ст3 Иа
Азимут Погружение Азимут Погружение Азимут Погружение
90 6 225 82 360 6 0.2
в типе напряженного состояния (геодинамическом режиме) — горизонтальный сдвиг. Значение коэффициента Лоде-Надаи цст = 0.2, что соответствует виду тензора напряжений — сдвиг в сочетании с одноосным сжатием.
При расчетах методом катакластического анализа также определяются параметры тензора сейсмотектонических деформаций. В данном случае тензоры соосны, то есть имеют одинаковые значения параметров.
Реконструированное напряженное состояние на региональном уровне согласуется с известными
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.