ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2009, № 11, с. 8-21
УДК 551.24.03+550.34
ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЗОНЫ: ОПЫТ РАЗРАБОТКИ НА ПРИМЕРЕ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ СИСТЕМЫ
© 2009 г. С. И. Шерман
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск Поступила в редакцию 10.12.2008 г.
Показано, что известные различные модели очагов землетрясений объясняют происхождение того или иного сейсмического события, но не отражают общую геодинамическую ситуацию в сейсмической зоне и не могут быть использованы для понимания закономерностей сейсмического процесса в целом и его прогноза. На основе хорошо изученной разломной тектоники и сейсмичности Байкальской рифтовой системы предложена тектонофизическая модель сейсмической зоны. Концептуальной основой тектонофизической модели сейсмической зоны является: разломно-блоковая среда хрупкой части литосферы, достаточно частая активизация разноранговых разломов в реальном времени, инициированная деформационными волнами различной длины и скорости, сейсмические события последовательно происходящие преимущественно по одному из направлений конкретных активизированных разломов. Сейсмический процесс в той или иной части зоны может быть стимулирован наличием флюидов, наведенной сейсмичностью или другими факторами. Разрабатываемая тектонофизическая модель сейсмического процесса открывает возможности использования современных геоинформационных систем для расчетов за заданный интервал времени последовательной закономерности активизаций разрывов, а в границах областей их динамического влияния - последовательности возникновения отдельных очагов. Модель и принципиально возможные расчеты на ее основе приближают нас к средне- и краткосрочному прогнозу землетрясений.
РЛС8: 91.30.Vc; 91.45.-c
ВВЕДЕНИЕ
Преобладающее большинство публикаций и разработок, посвященных физическим основам прогнозирования землетрясений, посвящено формированию их очагов как индивидуальных событий. В этом направлении хорошо разработана физика очага, предложен целый ряд моделей нарушения прочности сплошной среды литосферы или динамической устойчивости ее блоковой структуры [Костров, 1975; Мячкин, 1978; Садовский и др., 1980; Родкин, 2001; Scholz, 2002; Finna, 2003; и мн. др.]. Исходя из процессов, предваряющих разрушение или нарушение метастабильного состояния блоковой среды литосферы, глубоко изучены предвестни-ковые процессы и признаки грядущих сейсмических событий [Соболев,1993; Соболев, Пономарев, 2003; Зубков, 2002; и мн. др.]. Предложены методы ком-плексирования различных типов предвестников, определения их ретроспективных статистических и других характеристик для разработки алгоритма и создания карты ожидаемых землетрясений [Завьялов, 2006], а также конструктивные подходы к созданию теории подготовки тектонического землетрясения [Добровольский, 1991; Meissner, Kern, 2008]. Много внимания при общем анализе сейсмического процесса уделено временны м циклам землетрясений [Маламуд, Николаевский, 1989; Ружич,
1997; Гамбурцев, 1992; Jonsdottir et al., 2006] Анализы пространственно-временной группировки очагов землетрясений с учетом их взаимодействия, рассмотренные на классических примерах Камчатского региона, дали основание для разработки физики волнового сейсмического процесса [Викулин, 2003]. Рассмотрены геолого-структурные позиции очаговых зон сильных землетрясений в ряде регионов мира [Рогожин и др., 2002; 2008; Kim et al., 2007]. Исследования последних лет, базирующиеся на широком использовании компьютерной техники и специальных программных обеспечений, разрешающие работать с тысячными базовыми данными, дали толчок к широким обобщениям и реконструкциям пространственно-временных вариаций сейсмичности Земли [German, 2006; Console et al., 2006; Соболев, 2002; Ребецкий, 2007; Чипизубов, 2008; и мн. др.]. При синтезе сейсмического процесса и его прогнозе очень часто исследователи опираются на статистический анализ пространственно-временного расположения эпицентров и крупных очаговых зон. Тем не менее, принципиальная модель сейсмической зоны до сего дня глубоко не разработана. Одна из причин - относительно суженная, хотя и во многом фундаментальная, но только "односторонняя" физическая база, используемая для анализа сейсмических данных.
ОБЩАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ БАЗА МОДЕЛЕЙ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
В наиболее распространенных моделях по подготовке землетрясений или постфактум доминирует схема разрушения твердого, хрупкого, упруго-хрупкого или вязкоупругого тела с различными вариантами образования трещин, а при их исходном наличии - разрастания трещин, их слияния или подвижки по исходному генерализованному разрыву. По сути землетрясение - локальное проявление нарушения состояния ограниченного объема исходной среды. Естественно, оно готовится продолжительное время, стимулируется серией различных факторов, среди которых превалирующими являются накопление и разрядка напряжений. И.П. Добровольским [1991] была предложена консолидационная модель подготовки тектонического землетрясения. Ее существенное отличие от моделей "механического" разрушения среды заключалось в том, что при длительной подготовке землетрясения в недрах будущего очага происходят физико-химические процессы, которые изменяют свойства горных пород. Эти изменения локализуются в небольших объемах, создавая неоднородности, "зацепы" с теми или иными размерами, определяющими энергию будущего землетрясения. В конце концов речь все же идет о подготовке и условиях реализации одного события, в основе которого, так или иначе, лежит разрушение если не целостной, то блоковой среды, даже, и это справедливо, с различными реологическими свойствами. В этом плане очень существенен и важен вывод С.В. Гольдина и соавторов [2001] о том, что методологическим недостатком современных моделей, относимых к физике очага землетрясений, является их нацеленность на локализованную зону - место будущего землетрясения. "Представляется, - пишут авторы [2001, с. 1490], - физика очага должна со временем уступить место физике достаточно крупных очаговых зон". В статье нет толкования понятия "крупные очаговые зоны". Несложно представить, возвращаясь к контексту статьи, что имеются в виду площади или объемы, в которых зафиксированы несколько локальных очагов, объединяемых в пространственно-временную зону. Ею может быть определенная часть сейсмической зоны или, обобщая, вся она в целом.
Хорошо известную миграцию сейсмического процесса нельзя объяснить ни одной из разработанных моделей очагов землетрясений. В цели разработчиков очаговых зон землетрясений и не входили задачи исследовать пространственно-временную взаимосвязь последовательных сейсмических событий в единой сейсмической зоне. Однако, последнее особенно важно и для понимания сейсмического процесса в целом, и для его прогноза. В уже цитированной работе С.В. Гольдина и коллег [2001], замеченную П.Г. Дядьковым и др. [Дядьков и др.,1999]
миграцию сейсмического процесса в Байкальской рифтовой системе (БРС) впервые связывают с реологическими свойствами среды - низкой эффективной вязкостью земной коры центральной части БРС по сравнению с ее флангами. По этой причине фиксируется запаздывание начала сейсмической активизации в центральной части БРС по отношению к флангам: "в среде с низкой эффективной вязкостью возможность накопления упругой энергии, необходимой для генерации сильных землетрясений, возникает только при интенсивных внешних нагружени-ях, связанных с относительно быстрыми перераспределениями напряжений и с повышением скорости деформирования на региональном уровне" [с. 1489]. Представление о ведущей роли реологических свойств среды в сейсмическом процессе, с чем, безусловно, надо согласиться, можно использовать и для объяснения отмеченной периодичности в пространственной миграции сейсмических событий и их связи с иерархическим рангом разрывов. Изложенное близко совпадает с исследованиями Ю.В. Ризни-ченко [1985, с. 278], предложившим для общего понимания процессов сейсмичности называть "сейсмическим течением горных масс ту часть тектонических деформационных движений - тектонического течения - земной коры и верхней мантии в больших пространственно-временны х областях, которая обязана совокупности происходящих здесь землетрясений". М.А. Садовский, Л.Г. Болхови-тинов, В.Ф. Писаренко [1980] обратили внимание на необходимость рассматривать значительные площади сейсмической разломно-блоковой среды для оценки закономерностей сейсмического процесса. Они указали на мультимодальность блоковой тектоники земного шара и связанные с ней некоторые закономерности сейсмического процесса.
Кратко изложенные представления о физике очага землетрясения свидетельствуют о хорошей фундаментальной проработке этого вопроса и наличии целой группы моделей, описывающих процесс подготовки и реализации сейсмического акта. Ни в одной из цитированных и других работах никогда не ставилась под сомнение определяющая роль раз-ломной тектоники в контролировании как отдельных сейсмических событий, так и процесса в целом. Однако, и существенного внимания не только к раз-ломной тектонике, но и вообще к характеристике неотектонической обстановки и активизации разрывных и других структур, контролирующих сейсмические события, в современных сейсмологических исследованиях не уделяется. Это, на наш взгляд, является основной причиной слабой разработки весьма необходимых сегодня моделей для сейсмических зон как целостных неотектонических формирований.
Разработка комплексной тектонофизической модели сейсмического процесса затруднена отсутствием детально изученного переходного звена между современной активизацией разломов и сей-
смичностью. Не взирая на основополагающие модели очагов землетрясений, отталкивающиеся от концепции "очаг-трещина", при переходе на анализ сейсмического процесса исследователи, в основном, продолжают опираться на статистический анализ пространственно-временной локализации очагов землетрясений. При этом опускаются из внимания кинематические, синергетические и другие процессы в зонах активных разломов, контролирующих сейсмические события.
Сейсмический процесс - суть комплекс сей
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.