ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2012, № 5, с. 26-36
УДК 550.344
ОСОБЕННОСТИ ПОЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ В ОЧАГОВЫХ ЗОНАХ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ГАРМСКОГО РАЙОНА
© 2012 г. О. И. Аптикаева
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 30.11.2010 г.
Исследованы временные вариации поля поглощения поперечных волн в земной коре и верхней мантии нескольких очаговых областей сильных землетрясений Гармского района за период с 1980 по 1991 г. на основе анализа детальной структуры огибающих коды записей местных землетрясений. Показано, что флюиды играют существенную роль в формировании очаговых зон сильных землетрясений Гармского района. Обсуждается вопрос о влиянии неравномерности вращения Земли на динамику глубинного флюидного режима и сейсмичность.
Ключевые слова: кода-волны, добротность, пространственно-временные вариации, поле поглощения.
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы корреляции сейсмической активности с особенностями строения земной коры и верхней мантии, а также с геофизическими параметрами, отражающими степень их флюидона-сыщенности, привлекают внимание многих ученых. Исследования в этом направлении важны как в теоретическом, так и в практическом плане, например, для уточнения карт сейсмического районирования [Винник и др., 2006]. В ряду прочих для решения такого рода задач может быть использован метод короткопериодной коды [Аптикаева, Копничев, 1991]. На основе анализа пространственных вариаций характеристик коды местных землетрясений для ряда сейсмически активных районов выявлена связь положения очаговых зон сильных землетрясений с особенностями строения поля поглощения поперечных волн. Оказалось, что сильнейшие землетрясения, как правило, происходят в зонах максимального контраста поглощения ¿-волн в коре и верхней мантии [Аптикаева, Копничев, 1992; Аптикаева и др., 1996; Копничев, Михайлова, 2000; Копничев, Соколова, 2003].
Помимо пространственных вариаций характеристик коды с помощью этого метода изучались также и временные их вариации, что позволило получить информацию о динамике поля поглощения в сейсмоактивных районах, в том числе и в очаговых зонах сильнейших землетрясений Средней Азии. В работе [Копничев, Соколова, 2003] для изучения временных вариаций поля поглощения в очаговых зонах 11 сильных землетрясений Тянь-Шаня с магнитудами 6.4—8.3 привлекалась короткопериодная кода афтершоков, а также кода слабых землетрясений, произошедших через
большие интервалы времени (до 280 лет) после главных событий. Основные результаты сводятся к тому, что с течением времени после сильных событий поглощение на глубинах 50—220 км закономерно уменьшается, увеличиваясь при этом в нижней коре. Обнаруженные эффекты наблюдаются в течение первых десятков лет в очаговых зонах землетрясений с магнитудами более 6.5 и объясняются авторами подъемом мантийных флюидов в земную кору по крупным разломным зонам.
В данной работе на примере сейсмоактивного Гармского района рассматриваются события иного пространственно-временного масштаба — анализируются временные вариации поля поглощения поперечных волн в очаговых (а также смежных с ними) зонах более слабых (К ~ 13) землетрясений в процессе их подготовки и реализации.
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ И МАТЕРИАЛЫ
В течение более чем двух десятков лет мы изучаем пространственно-временные неоднородности поля поглощения в сейсмически активных районах. В основе этих работ лежат экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что кода местных землетрясений на частоте ~1 Гц, в основном, сформирована поперечными волнами, отраженными от многочисленных слабых субгоризонтальных границ в земной коре и верхней мантии, и что определяющее влияние на формирование сейсмического волнового поля оказывает структура поля поглощения [Аптикаева, Копничев, 1992].
Согласно этой модели на достаточно больших временах кода-волны пересекают низы коры и верхи мантии сравнительно круто и несут инфор-
мацию о строении среды в области между эпицентром и станцией. Существование в этой области зон повышенного или пониженного поглощения поперечных волн отражается на характеристиках коды, приводя соответственно к заметному увеличению или уменьшению скорости ее затухания. Таким образом, участки крутого и пологого наклона огибающих коды связаны с проникновением лучей в области соответственно повышенного и пониженного поглощения в земной коре и верхней мантии и могут быть описаны выражением типа:
А(,) ~ехр й)/'• где А(0 — амплитуда коды в окрестностях времени V, О- — эффективная добротность; Т — период колебаний. Глубины (к) кровли или подошвы слоев сильного и слабого поглощения оцениваются в предположении, что кода сформирована однократно отраженными волнами, по временам (?(), соответствующим перегибам огибающих коды, связанным с увеличением или уменьшением их наклона. Времена I 1 отсчитываются от начала излучения в очаге.
Методика построения трехмерной структуры поля поглощения поперечных волн с использованием короткопериодной коды описана, например, в [Аптикаева, Копничев, 1991; 1992] и др. В первом приближении на огибающих коды землетрясений выделяются две крупные морфологические детали — пологий участок в ее начальной части, соответствующий области слабого поглощения в верхней части литосферы и крутой участок, соответствующий расположенному ниже слою сильного поглощения. Значения добротности, соответствующие каждому из слоев, и глубина кровли слоя сильного поглощения используются при построении трехмерной структуры поля поглощения.
Ранее по огибающим коды землетрясений, которые произошли в 1973—1989 гг., была получена трехмерная структура поля поглощения Гармско-го района: найдено положение в пространстве кровли и подошвы слоев сильного и слабого поглощения и оценена эффективная добротность в этих слоях [Аптикаева, Копничев, 1991; 1992]. Учитывая факт слабого влияния станционных особенностей на характеристики коды землетрясений Гармского района, а также малый диапазон эпицентральных расстояний, мы отнесли все рассматриваемые характеристики короткопериод-ной коды к районам эпицентров. В связи с этим погрешность привязки их в плане составила 1— 3 км. Точность оценки глубин определяется погрешностями локализации эпицентров, а также неопределенностью задания средних скоростей поперечных волн в земной коре и верхней ман-
тии, и, согласно нашим оценкам, варьирует от ±5 км в земной коре до ±8 км на глубинах порядка 170 км.
Как показывают наблюдения, анализ детальной структуры огибающих коды (мелких морфологических элементов — небольших по продолжительности интервалов сильного и слабого затухания) позволяет получить информацию о динамике поля поглощения [Копничев, Соколова, 2001; Копничев, Соколова, 2003].
В предлагаемой работе такому анализу подвергались огибающие коды более 200 слабых (7.5 < К< 9.0) местных — 1Р < 2.5 с) землетрясений, записанных аппаратурой СКМ-3 на станциях №№ 2, 3, 4 и 5 стационарной сети Гармского полигона (Таджикистан) в 1980—1991 гг. Эпицентральные расстояния землетрясений не превышали 25 км, а глубины очагов — 10 км. Кроме того, анализировался каталог КСЭ за 1955—1990 гг.
ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ОГИБАЮЩИХ
КОДЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, ЛОКАЛИЗОВАННЫХ В ОЧАГОВЫХ ЗОНАХ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ГАРМСКОГО РАЙОНА
В течение 1980—1991 гг. в пределах Гармского района произошло три сильных землетрясения с К > 13: Каудальское (Хазор-Чашминское) 26.02.1983 г. с К = 13.6, Гармское 23.02.1987 г. с К = 13.3 и Иштионское 21.12.1987 г. с К = 13.5 [Землетрясения ..., 1986; 1990].
Пространственные неоднородности поля поглощения Гармского района, представленные в виде карт глубины кровли слоя сильного поглощения кк, фрагменты которой здесь приводятся, и эффективной добротности О (в интервале глубин 20—200 км) подробно описаны в работе [Аптикаева, Копничев, 1992]. Значения эффективной добротности О- на рассматриваемой территории варьируют от 80 до 350, достигая наибольших величин на севере района [Аптикаева, Копничев, 1992]. Области, характеризующиеся минимальными значениями О- ~ 80—90 и минимальной толщиной литосферы (кк ~ 20—30 км) формируют сеть вертикальных линейных каналов, разделяющих зоны слабого поглощения, изометрической формы (блоки). Размеры блоков варьируют от нескольких десятков километров на севере до нескольких километров на юге. В дальнейшем блоки, расположенные на севере и юге района будем обозначать соответственно "С" и "Ю", блоки, к которым приурочены главные толчки, — "ГТ", а зоны сильного поглощения (или ослабленные зоны) — "ОЗ". При этом будем считать, что в пределах блоков глубина кровли слоя сильного поглощения (кк) не поднимается выше 45 км, а в преде-
Рис. 1. Пространственно-временные вариации поля поглощения в процессе подготовки и реализации землетрясения 26.02 1983 г.: (а) — схема района исследований; (б), (в) — огибающие коды соответственно форшоков и афтершоков, записанных станциями № 3; 4, 5 с 19.01.1982 по 30.09.1983 гг. Ю и С — блоки, расположенные соответственно на юге и севере района исследования; ГТ — блок, к которому приурочен главный толчок, ОЗ —ослабленные зоны; 1 — глубина кровли слоя сильного поглощения в км; 2 — сейсмические станции; 3, 4 — зоны локализации соответственно форшоков и афтершоков с к > 14 км; 5 — зоны локализации двух серий (I и II) афтершоков из блока ГТ, огибающие которых приведены на рис. 1в; 6 — изосейсты; 7 — форшоки, 8, 9 — афтершоки соответственно первой недели, 1—5 месяцев; 10 — среднемноголетние огибающие землетрясений, локализованных в соответствующих районах.
лах ослабленных зон она не опускается ниже 30—35 км.
Как показывают наблюдения, трехмерная структура поля поглощения поперечных волн в пределах блоков и ослабленных зон заметно варьируют во времени, причем характер ее вариаций в пределах этих объектов различается. Циклические вариации поля поглощения в ослабленных зонах соотносятся с длиннопериодными и сезонными вариациями скорости вращения Земли. В то же время для обнаруженных квазипериодических вариаций поля поглощения в пределах блоков более весомыми являются причины регионального плана, например, вариации напряжений, связанные с реализацией в пределах локальной об
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.