ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 4, с. 111-119
УДК 550.343.4
СЕЙСМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЮЖНОГО СКЛОНА БОЛЬШОГО КАВКАЗА ПО ФРАКТАЛЬНЫМ ОСОБЕННОСТЯМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, НАПРЯЖЕННОМУ СОСТОЯНИЮ И ПО ДАННЫМ GPS СКОРОСТЕЙ
© 2013 г. Ф. А. Кадиров, А. Г. Кадыров, Г. Р. Бабаев, С. Т. Агаева, С. К. Мамедов,
Н. Р. Гарагезова, Р. Т. Сафаров
Институт Геологии Национальной Академии Наук Азербайджана Поступила в редакцию 10.05.2012 г.
На основе комплексного анализа данных GPS скоростей, сейсмичности, фрактальных размерностей пространственного распределения эпицентров землетрясений, механизмов очагов землетрясений и напряженного состояния земной коры южного склона Большого Кавказа были выделены четыре сейсмические зоны: Балакен-Загатальская, Шеки-Габалинская, Шамахы-Исмаиллинская и Абшеронская. Предложенная методика может быть использована в качестве критерия при сейсмотектоническом районировании и могут оказать помощь при оценке сейсмической опасности в зонах коллизии.
Ключевые слова: сейсмичность, GPS скорости, напряженное состояние, Азербайджан, Большой Кавказ, фрактальные характеристики, сейсмотектоническое районирование.
DOI: 10.7868/S0002333713040042
ВВЕДЕНИЕ
Территория Азербайджана располагается в зоне активного столкновения (коллизии) двух континентов, Африканского и Евразийского [McKenzie, 1972; Зоненшайн и др., 1979; 1990; Sengor etal., 1985; Philip et al., 1989; 1990]. Реконструкция тектоники плит указывает на то, что первичная коллизия Аравийской плиты с Евразийской продолжается в интервале времени 10—30 миллион лет вплоть до современного этапа [Robertson, 2000; Allen et al., 2004] и значение скорости движения Аравийской плиты на север относительно Евразии с тех пор как началось столкновение остается более или менее постоянным и приблизительно равно 20 мм/год [McQuarrie et al., 2003; Reilinger et al., 2006]. Согласно этим реконструкциям, Аравия продвинулась от своего первоначального местоположения на 200—600 км к месту, где прежде находилась континентальная евразийская литосфера. Это продолжающееся "вторжение" Аравии в Евразию обуславливает сокращение поверхности земной коры вдоль надвига, простирающегося в направлении В—З. Горизонтальное смещение литосферы из зоны столкновения плит происходит по правостороннему сдвиговому разлому [McKenzie, 1972; Sengor et al., 1985; Jackson, 1992; Reilinger et al., 2006; Kadirov etal., 2008]. Эти региональные тектонические процессы вызывают землетрясения, которые ис-
торически зарегистрированы по всей территории Кавказа.
Южный склон Большого Кавказа является наиболее подвижным и сейсмоактивным регионом, где скорости движений доходят до 5 мм/год. Для большинства сильных землетрясений региона характерна небольшая глубина (10—15 км), что сказывается на эффекте их проявления на поверхности Земли. Наиболее сильные землетрясения на южном склоне Большого Кавказа происходили за исторический период (до 1903 г.) в районе Шамахы-Исмаиллы (1192, 1667, 1669, 1828, 1859, 1868, 1872 и 1902 гг.) [Абих, 1862; Землетрясения ... 1962—1991 гг.; Мушкетов и др., 1893; Кулиев и др., 1968; Кондорская и др., 1977; Никонов, 1982; Султанова, 1986; Агамирзоев, 1987; Никонов, 1989; Гасанов, 2003].
До настоящего времени выявление сейсмотектонических зон было проведено на основе пространственного плотностного распределения эпицентров землетрясений [Кулиев и др., 1968] без применения комплексного анализа сейсмо-геодинамических параметров.
Более детально сейсмотектоническое районирование зон территории южного склона Большого Кавказа исследовано Р.А. Агамирзоевым [Агамирзоев, 1987]. В этой работе было проведено районирование сейсмотектонических зон территории южного склона Большого Кавказа на осно-
ве анализа инструментальных и макросейсмиче-ских исследований, выявивших большое количество слабых и неглубокофокусных толчков, пространственного положения узлов сочленения макросейсмических полей и количественной оценки сейсмической активности. Им были выделены следующие четыре сейсмоактивных зон: Закатальская, Огузская (Варташенская), Шама-хинская (сюда входит Исмаиллинская подзона) и Абшеронская.
В данной статье проводится комплексный анализ GPS скоростей, сейсмичности, фрактальной размерности землетрясений, напряженного состояния земной коры с целью сейсмотектонического районирования южного склона Большого Кавказа, которая отражает геодинамическую активность земной коры.
GPS-СЕТЬ АЗЕРБАЙДЖАНА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
На рис. 1 демонстрируется карта скоростей GPS пунктов в пределах территории Азербайджана в контексте с отобранными GPS скоростями для сопредельных территорий [Reilinger и др., 2006; Kadirov et al., 2008]. Скорости GPS пунктов показаны относительно Евроазиатской системы координат. Ошибка определения скорости варьирует в основном в пределе менее 0.6 мм/год и позволяет довольно точно оценить конвергенцию плит поперек Кавказской горной системы (т.е. ошибка составляет 5% от полной скорости конвергенции). Скоростное поле GPS наблюдений довольно четко отражает движение северо-севе-ро-восточного (ССВ) направления на территории Азербайджана и в прилегающих регионах Малого Кавказа относительно Евразии.
Обнаруженное уменьшение скорости в пунктах наблюдений, расположенных перпендикулярно к Главно-Кавказскому Надвигу (ГКН), т.е. между KURD (Кюрдамир) и MEDR (Медресе), а также BILE (Билясувар) и SHIK (Шихлар) (см. рис. 1) является наиболее существенной особенностью скоростного поля в регионе исследования.
Сокращения размеров земной коры поперек восточного сегмента ГКН (долгота 48°), определенные по разности скоростей между пунктами наблюдений Кюрдамир (KURD) и Сиазань (SIYE) (см. рис. 1) составляют 10 ± 1 мм/год. В западном Азербайджане сокращение размеров земной коры на Большом Кавказе происходит между ГКН и южным крылом Северо-Кавказского Надвига (СКН), расположенного вдоль северного края горной цепи в Дагестане. Данные скоростей пунктов GPS наблюдений Зурамакент (ZURA) и Дубки (DUBK) в Дагестане указывают на существование движений в северном направлении со
скоростью 4 ± 1 мм/год. Учитывая значения скоростей GPS пунктов наблюдений Малого Кавказа (8 ±1 мм/год), скорость сокращения размеров земной коры в зоне между ГКН и СКН (см. рис. 1) на 46° восточной долготы оценена в 4 ± 1 мм/год [Kadirov et al., 2008].
С целью выяснения характера GPS скоростей в сейсмических зонах Большого Кавказа, был выбран профиль, ограниченный координатами 42.2776° с.ш., 45.3255° в.д.; 39.7028° с.ш., 50.1590° в.д., параллельный ГКН, который показан черной пунктирной линией на рис. 1.
Как показывает анализ распределения скоростей по выбранному профилю средние значения скоростей горизонтальных смещений пунктов на север и на восток не постоянны, не постоянны также и процессы укорачивания поверхности земной коры в регионе исследования (рис. 2а, 2б).
Скорости пунктов SHIK (Шихлар), GURK (Гюркан) и BAKU (Баку), которые входят в Абше-ронскую сейсмоактивную зону, характеризуются почти схожими значениями скоростей смещения на север (2.17 мм/год, 2.57 мм/год и 1.92 мм/год соответственно). Здесь наблюдается заметное уменьшение северной компоненты скоростей смещения по сравнению с высокими значениями пунктов расположенных в западной части выбранного профиля (4.78—7.56 мм/год). Однако в пунктах SHIK и BAKU наблюдается увеличение скоростей горизонтальных смещений на восток со скоростью 5.20 мм/год и 3.69 мм/год соответственно (рис. 2б), что создает в свою очередь условие растяжения.
Пунктам KEBE (Габаля) и MEDR (Медресе) свойственны приблизительно равные значения смещений северных компонент со скоростью 4.83 мм/год и 4.78 мм/год (рис. 2а) соответственно, хотя по восточной компоненте наблюдается неоднородность значений в этих пунктах (рис. 2б). В GPS пункте KEBE смещение на восток практически не наблюдается, хотя в пункте MEDR скорость смещения на восток составляет 2.67 мм/год. Это заметно отражается в направлениях векторов общих скоростей GPS пунктов в KEBE и MEDR. В KEBE вектор направлен на северо-запад, тогда как в MEDR он ориентирован на северо-восток. Такая расстановка векторов создает дополнительное напряжение между этими пунктами. Этот фактор позволяет не рассматривать эти пункты с точки зрения единой сейсмоактивной зоны, а пункт MEDR исследовать в рамках отдельной Шамахы-Исмаил-линской сейсмоактивной зоны (указанная зона между расположена пунктами KEBE и MEDR).
Достоверность и корректность рассматривания пунктов SHEK (Шеки) и KEBE в составе единой сейсмоактивной зоны, в частности Шеки-Га-балинской, подтверждается почти идентичными направлениями горизонтальных смещений этих
Рис. 1. Скорости пунктов GPS Азербайджана и сопредельных территорий с 95% доверительными эллипсами уровня среднеквадратичной ошибки. Данные о скоростях пунктов, находящихся вне территории Азербайджана, взяты из работы [Reilinger et al., 2006]. Здесь также показано местоположение и ширина (в скобках) скоростного профиля вдоль Главно-Кавказского Надвига. Сокращения: СКН — Северо-Кавказский Надвиг, ГКН — Главно-Кавказский Надвиг, МКН — Малокавказский Надвиг, ЗКР — Западно-Каспийский Разлом, СКР — Северо-Каспийский Разлом.
пунктов на север при практическом отсутствии смещений на восток. При этом значение скоростей в северном направлении имеют соответственно значения 5.86 мм/год и 4.83 мм/год, что создает дополнительное растяжения в этой обла-
сти. Горизонтальное перемещение пунктов KATE (Катех) и KUDI на северо-запад подтверждается максимальным значением северной компоненты пункт KATE и KUDI со скоростями 5.31 мм/год и 7.56 мм/год соответственно, и отрицательным
мм/год (а)
8
6
4
2
0
45 46 47 48 49 50 51
8 6 4
2
0
45 46 47 48 49 50 51
Долгота
Рис. 2. Компоненты скоростей горизонтальных перемещений пунктов ОР8-наблюдений: (а) — северная компонента (К^); (б) — восточная компонента (КЕ).
значением восточной компоненты пункта KUDI со скоростью смещения —2.57 мм/год. Эти ОР8 пункты располагаются в Балакен-Загатальской сейсмоактивной зоне.
Таким образом, по распределению горизонтальных компонент ОР8 скоростей выделены четыре различные зоны.
АНАЛИЗ СЕЙСМИЧНОСТ
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.