УДК 528.2,550.341
ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ДЕФОРМОГРАФИЧЕСКИХ И GPS-НАБЛЮДЕНИЙ ДЛЯ ВНУТРИПЛИТНЫХ ОБЛАСТЕЙ
© 2014 г. В. Ю. Тимофеев
ФГБУНИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск E-mail: timofeevvy@ipgg.sbras.ru Поступила в редакцию 05.08.2013 г.
Измерения современных деформаций Азии в области активных сейсмических процессов, протянувшейся от Северного Тянь-Шаня, через Алтай, Саяны до Байкала, проводится уже несколько десятилетий методами деформографии и наклонометрии. Эти работы в последние десятилетия дополнены сетевыми измерениями методами космической геодезии. Изучение современных смещений и деформаций земной коры необходимы для решения различных задач в широком пространственном и временном спектре от исследования современного деформирования тектонических плит, процессов современной сейсмичности до оценки техногенных нагрузок на геологическую среду. Измерения деформаций проводятся различными методами на малых и больших базах, на поверхности и на различных глубинах. Экспериментальные результаты дают возможность рассмотреть величину скорости деформаций на различных частотах и провести сравнение с уровнем сейсмической активности региона. В сейсмоактивной зоне, расположенной южнее Сибирских платформ, в последние десятилетия случилось несколько сильных (магнитудой от 6.3 до 7.5) землетрясений, в эпоху которых удалось зафиксировать состояние полей деформаций и смещений. Поля смещений при землетрясениях магнитудой более 8 зарегистрированы методами космической геодезии южнее, в Китае. Исключение косейсмических эффектов позволяет оценить величину тектонической составляющей смещений и деформаций.
DOI: 10.7868/S000233371406009X
ВВЕДЕНИЕ
После десятилетий исследований по континентальной тектонике до сих пор не удалось прийти к единому мнению по поводу вида деформаций континентов и сил порождающих эти деформации. Для Азии имеются две противоположные модели: модель жестких литосферных блоков с локализацией смещений и напряжений в зонах разломов и модель с деформированием всего региона и передачей напряжений в вязкую литосферу. Для выбора определенной модели необходимо иметь количественные данные о смещениях и деформациях литосферы. Предыдущие попытки были основаны на использовании разнородных интерполированных данных, полученных геодезией и методами четвертичной геологии в разломных зонах [Armijo, 1989; Peltzer et al., 1989; Allen et al., 1991; England, Molnar, 1997]. Современное поле скоростей смещений получено при относительно однородном распределении станций космической геодезии. В результате обнаружено, что: (1) для большей части Азии типичен незначительный уровень деформаций (<3 х 10-9/год), при этом современные движения хорошо описы-
ваются вращениями отдельных блоков или микроплит, а (2) в высокогорных областях встречаются районы со значительной деформацией [Calais et al., 2006]. Действительно, результаты наблюдений и модели активно деформирующихся континентов, например, Азии, приводят к двум противоположным толкованиям. С одной стороны, континентальная литосфера деформируется как мозаика жестких литосферных блоков, скользящих по разломам, охватывающим всю толщину литосферы. Согласно этой модели, деформация вызвана силами на границе Индо-Евразийской коллизии [Peltzer, Tappointer, 1988; Peltzer, Saucier, 1996]. С другой стороны, деформация происходит везде, и континенты можно рассматривать как постоянно деформирующуюся вязкую среду, при этом разломы играют незначительную роль. С этой точки зрения к деформациям приводят силы плавучести, вызванные утолщением коры и ее растеканием, и все это также вызвано Индо-Евразийской коллизией [England, Housman, 1986; Housman, England, 1993].
Конвергенция между Индией и Евразией достигает 40 мм/год по GPS-данным [Paul et al., 2001; Sella et al., 2002; Calais et al., 2006]. Профиль
скоростей от границы плит до центральной части Азии показывает, что в азимуте ССВ скорость в северном направлении постоянно сокращается. Около 20 мм/год сокращения происходят за счет Гималаев [Bendick et al., 1997], а оставшиеся 17 мм/год распределены от Тибета до Сибирских платформ, в основном в области Тянь-Шаня (17 мм/год на западе, уменьшаясь в восточном направлении до величин менее 10 мм/год). Затухание отражено на профиле скоростей от пункта Лхаса до пункта Новосибирск через Горный Алтай (рис. 1).
Описывая поле горизонтальных скоростей в терминах недеформирующихся микроплит, исходя из плотности GPS-пунктов, выделяют 6 блоков: Северный Китай (или Амурская плита) [Zon-enshain, Savostin, 1981], Южный Китай, Сюнда (Sunda) [Chamot-Rooke, Le Pichon, 1999], Тарим-ская плита, плита Кайдам (Qaidam) и центральный Тибет [Molnar, Gipson, 1996; Qi Wang et al., 2001; Kreemer et al., 2003; Jin et al., 2007]. Современные процессы на границах блоков — это накопление межсейсмических или постсейсмических деформаций — следует рассмотреть особо. Район центральной Азии, являясь границей зоны активных процессов и северных платформ, обычно рассматривается как деформируемая зона.
Задачи нашего исследования включали: анализ многолетней скорости деформации, полученной разными методами для внутриплитных областей центральной Азии; выделение тектонической части и аномальных полей перед землетрясениями, оценка косейсмических эффектов в деформациях и смещениях, моделирование дислокаций при сильных землетрясениях.
ДЕФОРМИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ
Измерения современных деформаций во внут-риплитной области, протянувшейся от Северного Тянь-Шаня, через Алтай, Саяны до Байкала, проводится уже несколько десятилетий методами де-формографии и наклонометрии. Во второй половине прошлого века активно проводились измерения с помощью деформографов и наклономеров в зоне Памира — Тянь-Шаня в Таджикистане (Гарм-ский полигон — Гарм, Чусал, Чиль-Дора, Руноу) и в Казахстане (Алма-Атинский полигон — Талгар, Тургень, Медео, Курты). Зарегистрированы скорости деформирования от 10-8 до 10-5/год. Геодезические измерения в области долины реки Сурхоб, где картируется сочленение Памира и Тянь-Шаня, показали, что горизонтальные скорости сжатия здесь достигают 15 мм/год. Измерения в Киргизии в штольне обсерватории Ала-Арча (Северный Тянь-Шань) начаты в конце 1985 года. Высокоточные измерения различных видов деформаций и наклонов в Байкальском регионе на-
чаты на сейсмостанции Талая в середине 80-х годов прошлого столетия. Эти работы в последние десятилетия дополнены сетевыми измерениями методом космической геодезии. Экспериментальные результаты дают возможность рассмотреть величину деформаций на различных частотах и провести сравнение с уровнем сейсмической активности региона. Эти вопросы стоят перед исследователями со времени появления аппаратуры для измерения линейных и сдвиговых деформаций [Benioff, 1935], а вопрос о парадоксе больших скоростей современных движений земной коры поставлен еще Магницким В.А. [Магницкий, 1985; Гусева, 1986; Кукол, 1987; Колмогоров, Колмогорова, 2002]. Изучение скоростей деформаций по GPS-данным можно проводить на различных базах, при этом ошибка задается точностью определения координат — это 0.5—1.0 мм. Исходя из конфигурации существующей международной IGS-сети центральной Азии, был исследован регион, простирающийся от Джунгарии (URUM, в районе г. Урумчи, Китай) на юге до Сибирских платформ (NVSK, г. Новосибирск, KSTU, г. Красноярск) на севере и от Тянь-Шаня (POL2, полигон в окрестностях г. Бишкек, Киргизия) на западе, и до Байкала и центральной Монголии (IRKT, г. Иркутск; ULAB, г. Улан-Батор) на востоке. Система была дополнена данными региональных станций: USTK, п. Усть-Кан, западная часть Горного Алтая, CHAD, г. Чадан западная часть Тувы и MISH, Западные Саяны, р. Мишиха. Продолжительность наблюдений на IGS-станциях достигает 10 лет и более, на региональных до 8 лет. Скорости относительного смещения на линиях сети достигали 10 мм в год, протяженность линий от трехсот до тысячи километров. Положение пунктов сети центральной Азии (рис. 1), полученные величины скорости деформации и ориентации главных осей приведены в табл. 1. Ошибку определения можно оценить в 5—10%. Анализ результатов показывает, что на западе и на востоке изучаемой территории выделены зоны сдвиговой деформации. Область, включающая Горный Алтай — это зона стесненной деформаций, а далее на восток, область Саяны-Тува — это зона одноосной деформации. Скорости деформирования в высокосейсмичной области центра Азии не превышают единиц 10-9/год на базах в тысячу километров и более. Относительно небольшая величина скорости деформирования, видимо, свидетельствует о том, что области активных современных процессов с землетрясениями магнитудой 6—7 по размерам не превышают сотен километров, а землетрясения с магнитудой 8 и более в рассматриваемый период в центральной Азии не зарегистрированы. Южная часть территории, ограниченная станциями Урумчи (Джунгария, Китай), Усть-
(а)
Рис. 1. Изменение скорости смещения на север (2000—2003 гг.) по меридиональному профилю Лхаса (29.657° N 91.104° Е)—Урумчи (43.808° N. 87.601° Е)-Горный Алтай (50.0° N. 88.5° Е и севернее)-Новосибирск (54.841° N. 83.235° Е). Скорость в мм/год. Ошибка от 0.5 до 1.3 мм.
Таблица 1. Координаты пунктов и скорости деформации для центральной Азии (с момента открытия пункта до 2011 года, т.е. 10 и более наблюдений)
Код пункта Широта (в градусах) Долгота (в градусах) Треугольник Растяжение 10-9 в год Сжатие 10-9/год Азимут оси сжатия
POL2 42.680 74.694 POL2-NVSK-RUM 5.1 -7.0 N50°E
NVSK 54.841 83.235
URUM 43.808 87.601
KSTU 55.993 92.794 NVSK-KSTU-URUM -0.5 -7.4 N9°E
IRKT 52.219 104.316 KSTU-IRKT-URUM 1.2 -7.3 N22°E
ULAB 47.865 107.052 IRKT-ULAB-URUM 4.1 -5.2 N66°E
CHAD 51.334 91.198 USTK-CHAD-URUM 7.1 -10.1 N8.5°E
MISH 52.443 90.033 USTK-MISH-URUM 8.4 -10.6 N9.2°E
USTK 50.939 84.769 USTK-ULAB-URUM 2.9 -14.3 N38°E
USTK-IRKT-ULAB 2.6 0.8 N38°E
Кан (западная часть Горного Алтая), Чадан (Западная Тува) и Мишиха (Западный Саян), включает зону Чуйского землетрясения (27.09.2003, М = 7.3, 50.0° N, 87.9° E
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.