Введение к работе
Диссертационная работа «Деформационные параметры земной коры Байкальской рифтовой зоны по сейсмологическим данным» посвящена изучению общих, региональных и локальных характеристик сейсмотектонических деформаций земной коры Монголо-Байкальского сейсмического пояса по данным о механизмах очагов землетрясений широкого энергетического диапазона (К>6, М=\ 0-7 6)
Актуальность исследований
В ряду различных геолого-геофизических задач решение вопросов, связанных с изучением напряженно-деформированного состояния земной коры и верхней мантии, имеет первостепенное значение Установление типов геодинамических режимов разнообразных тектонических провинций - важный этап в процессе познания природы тектонических движений вообще и современных в частности Результаты геофизических, геодезических и тектонофизических методов определений полей напряжений и деформаций, существенно дополненные сейсмологическими данными, представляют собой практическую основу для различных геодинамических построений [Гзовский, 1973, Николаев, 1978, Шерман, Днепровский, 1989, Белоусов, Мухамедиев, 1990, Гущенко и др, 2000, Имаев и др, 2000, Осокина, 2002, Трифонов и др, 2002, Calais et al, 2003 и др ]
Работы трех последних десятилетий демонстрируют значительный прогресс и перспективы в познании фундаментальных закономерностей сейсмического процесса в сейсмоактивных регионах Главным образом это касается развития теории очага тектонического землетрясения и реконструкции напряженно-деформированного состояния земной коры и верхней мантии [Костров, 1975, Ризниченко, 1977, 1985, Dziewonski et al, 1983, Аки, Ричарде, 1983, Касахара, 1985, Юнга, 1990, 1996, Zoback, 1992, Lukk et al , 1995, Соболев, 1999, Арефьев, 2003, Ребецкий, 2002,2007 и др ]
Не является исключением и Байкальская рифтовая зона (БРЗ), где интенсивность, контрастность и дифференцированность современных тектонических движений отражаются в высокой сейсмической активности региона Изучению параметров сейсмичности и механизмов очагов землетрясений БРЗ уделяется большое внимание как российскими, так и зарубежными сейсмологами В многочисленных публикациях подведены итоги определенных этапов сейсмологических исследований рифтовой зоны и обозначены их приоритетные направления [Мишарина, 1972, 1978, Мишарина, Мельникова и др , 1983, Doser, 1991, Солоненко, , Мельникова и др , 1993, Petit et al, 1996, Мельникова, Радзиминович, 1998, Devershere et al, 2001, Delouis, , Melmkova et al, 2002, Emmerson et al, 2006, Мельникова и др, 2007]
В последние годы по данным о механизмах очагов землетрясений различных магнитуд в регионе проводится оценка среднестатистических характеристик напряженно-деформированного состояния земной коры путем расчета как тензора напряжений [Леви и др, 1996, Delvaux et al, 1997, Парфеевец и др, 2002], так и тензора сейсмотектонических деформаций [Солоненко и др , 1996, Юнга, 1996, Melmkova et al, 2004, Мельникова и др, 2005, Мельникова, Радзиминович, 2004, 2005, 2007] Известно, что на большей части рассматриваемой территории доминирует горизонтальное северо-западное растяжение (деформация удлинения), теряющее свое влияние на субширотных сегментах БРЗ, где происходит его взаимодействие с северо-восточным горизонтальным сжатием (деформация укорочения) Однако в настоящее время нерешенными остаются задачи, связанные с выявлением локальных и региональных характеристик сейсмотектонических деформаций (СТД), с оценкой средних скоростей СТД в земной коре различных участков рифтовой зоны, с изучением пространственно-временной устойчивости деформационных парамет-
ров среды и др
Постоянно пополняемая база сейсмологических данных, на основе которой анализируются общие и частные проявления деформационных процессов в БРЗ, требует непрерывного научного анализа Полученные материалы способствуют оценке достоверности предшествующих и созданию новых более реалистичных моделей генезиса и эволюции Байкальского рифта, приближают к пониманию физических процессов, происходящих в очагах землетрясений Перспективность и актуальность таких исследований в рифтовой зоне обусловлены наличием представительного каталога механизмов очагов землетрясений с М>\ 0 (более 3300 индивидуальных и групповых решений) и использованием тектонофизически обоснованного метода реконструкции сейсмотектонических деформаций [Юнга, 1990, 1996]
Цель работы
Изучение пространственно-временных характеристик сейсмотектонического деформирования земной коры Байкальской рифтовой зоны и сопредельной территории по данным о механизмах очагов землетрясений (М=1 0-7 6)
Задачи исследования
-
Анализ механизмов очагов слабых (К<10, М<3 0), средних (\(><К<\Ъ, 3 0<М<5 4) и относительно сильных (М>5 5) землетрясений Байкальской рифтовой зоны с целью определения степени их подобия
-
Расчет параметров сейсмотектонических деформаций земной коры различных сегментов БРЗ и выявление их локальных особенностей на основе систематизированной информации об индивидуальных и групповых решениях фокальных механизмов более 3300 землетрясений широкого энергетического диапазона
-
Изучение зависимости сценариев развития очаговых зон сильных (М>6 0) землетрясений БРЗ от геолого-структурных факторов и общих характеристик сейсмотектонического деформирования земной коры
-
Рассмотрение геодинамической позиции БРЗ в поле сейсмотектонических деформаций земной коры и верхней мантии Центральной и Восточной Азии Фактический материал и методы исследования
Базовым материалом для исследований явились сейсмограммы стационарных и временных аналоговых и цифровых сейсмических станций Прибайкалья и сопредельных территорий, региональные и международные каталоги и бюллетени землетрясений, механизмы очагов землетрясений с М=\ 0-7 6, определенные автором (и в соавторстве) индивидуальным и групповым способами, данные международных сейсмологических центров (ISC,HRVD,NEICHflp)
В процессе работы использовались стандартная методика определений фокальных механизмов по первым вступлениям Р-волн [Введенская, Балакина, 1960], программы расчета фокальных механизмов [Reasenberg, Openheimer, 1985, Юнга, 1990], программа инверсии поля напряжений [Gephart, Forsyth, 1984], программы расчета сейсмотектонических деформаций [Ризниченко, 1985, Юнга, 1979, 1990] и программы определений глубин гипоцентров «Регион» [Голенецкий, 1988], «Hypoinverse» [Klein, 1978], «Hypoelkpse» [Lahr, 1999] и «Hypocenter» [Lienert, 1994] Защищаемые положения 1 Механизмы очагов землетрясений разного энергетического уровня обнаруживают высокую степень подобия, отражающую структурное и динамическое единство геофизической среды различных участков БРЗ
Скорости сейсмотектонической деформации в земной коре БРЗ за 50 лет инструментальных наблюдений имеют наибольшие значения вдоль горизонтальной сдвиговой компоненты среднего тензора деформаций (Еху) На флангах рифта они, примерно, на два порядка выше (10"9-10"8 год"1), чем во впадине оз Байкал (Ю-11-Ю-10 год1)
На флангах БРЗ выделены зоны переходных деформационных режимов (от горизонтального удлинения к укорочению), где возможны кратковременные вариации напряженно-деформированного состояния земной коры Формирование очагов сильных землетрясений {М>6 0) и тип их фокальных механизмов предопределены геодинамической позицией главных структурных элементов БРЗ и связаны с генеральными направлениями долговременных сейсмотектонических деформаций Локальный уровень разрядки напряжений (фор-шок-афтершоковая деятельность) отражает сложную деструкцию земной коры в очаговой области, где, как правило, имеют место пересечения или сочленения разрывов различных простираний
Научная новизна Выявлена и строго обоснована высокая степень подобия фокальных механизмов землетрясений БРЗ различного энергетического диапазона Впервые на базе представительного каталога фокальных механизмов землетрясений с М>1 0 (более 3300 индивидуальных и групповых решений) детально изучены параметры сейсмотектонических деформаций земной коры БРЗ за последние 50 лет Установлено, что субгоризонтальные сегменты рифтовой зоны деформируются с большей скоростью, чем центральный (примерно, на два порядка), при этом наибольшие скорости СТД отмечаются вдоль горизонтальной сдвиговой компоненты среднего тензора деформаций (Е^)
Впервые по сейсмологическим данным на количественной основе определены зоны переходных деформационных режимов (от укороченения к удлинению земной поверхности) Установлены кратковременные вариации напряженно-деформированного состояния земной коры на флангах рифта Расчет параметров сейсмотектонических деформаций, проведенный для обширного района Центральной и Восточной Азии, показал, что влияние коллизионных процессов на Байкальскую рифтовую зону распространяется до ее юго-западного фланга
Изучены сценарии развития очаговых зон сильных (М2.6 0) землетрясений БРЗ и особенности локализации их гипоцентров Установлено, что фокальные механизмы сильных сейсмических событий отражают долговременный характер сейсмотектонических деформаций земной коры Определено, что в большинстве случаев разрядка напряжений в очаговых областях сильных толчков происходила по пересекающимся разрывам северо-западного и северо-восточного или субширотного простирания
На базе наблюдений 30 временных цифровых сейсмических станций, установленных в юго-западной части БРЗ в рамках международного телесейсмического эксперимента, получены уверенные оценки глубин очагов землетрясений (15-22 км, 6h=±2 км), произошедших в котловине Южного Байкала в 1992 г Предварительные результаты проведенных здесь томографических исследований показали, что на этих глубинах наблюдаются контрасты скоростей прямых сейсмиче-
ских волн Ръ и Sp и, соответственно, в указанной области возможна наибольшая концентрация тектонических напряжений Известно, что через шесть лет здесь сформировался очаг сильнейшего за инструментальный период наблюдений Южнобайкальского землетрясения 1999 г cA
-
Результаты, полученные в работе, используются при построении разномасштабных карт сейсмического районирования, для определения потенциально опасных в сейсмическом отношении зон строительства промышленных и гражданских объектов, в том числе экологически опасных производств в Прибайкалье и Забайкалье
-
Обобщение данных о механизмах очагов разномасштабных землетрясений, оценка параметров сейсмотектонического деформирования земной коры и детальное изучение пространственно-временных вариаций напряженно-деформированного состояния среды позволяют, в совокупности с методами геолого-геофизического мониторинга, уточнить современный режим геодинамического развития земной коры региона
-
Полученные результаты имеют важное значение при фундаментальных исследованиях эволюции литосферы Байкальского рифта и изучении физических процессов в очагах землетрясений
Личный вклад автора
С целью сбора сейсмологической информации автор принимал непосредственное участие в научных экспедициях на территории России (при исследованиях трассы БАМ) и Монголии Результатом этих работ явилось определение автором большого количества фокальных механизмов землетрясений Северомуйского района (около 2000 групповых решений) и юго-западного фланга БРЗ (около 500 групповых решений) Кроме того, автор принимал участие в систематизации каталогов землетрясений Монголии и формировании базы данных по индивидуальным определениям фокальных механизмов более 300 событий Полученные материалы использовались им для расчета параметров сейсмотектонических деформаций в сейсмоактивных объемах земной коры Байкальской рифтовой зоны и Монголии К настоящему времени под руководством и при участии автора создан непрерывный каталог фокальных механизмов землетрясений Монголо-Байкальского региона, содержащий в общей сложности (включая групповые определения) более 3300 решений для событий с М>1 0 Систематизация имеющихся материалов позволила автору выполнить детальный анализ напряженно-деформированного состояния земной коры БРЗ, определить зоны различных деформационных режимов
В обязанности автора входит ежегодный обзор сейсмичности Прибайкалья и Забайкалья, а также дополнение каталога фокальных механизмов региона новыми определениями Эти данные регулярно передаются в Международный сейсмологический центр (ISC Monthly Bulletin) и публикуются в ежегодных сборниках «Землетрясения Северной Евразии »
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на региональных и всероссийских совещаниях (Иркутск, 1989, 1990, 1995, 1997, 1999, 2000, 2002-2007, Екатеринбург, 1998, 2007, Новосибирск, 1996,1999, 2000, 2003, 2005, Южно-Сахалинск, 1991, 2007, Не-рюнгри, 2005, Ялта, 2007), на тектонических совещаниях (Москва, 2002, 2005), на международных совещаниях, симпозиумах и конференциях (San Francisco, USA, 1995, La Grande-Motte, France, 1995, Nice, France, 2000, Tehran, Iran, 2000, Thailand, 2006, Ulaanbaatar, Mongolia, 2007)
Публикации По теме диссертации автором и с его участием опубликовано 120
работ, в том числе 6 коллективных монографий и 17 статей в журналах по Перечню ВАК
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 350 наименований Полный объем диссертации составляет 190 страниц, включая 95 рисунков, 5 таблиц и 4 приложения
Благодарности. Работа посвящается памяти моих учителей и коллег-сейсмологов Л А Мишариной, А В Солоненко, Н С Боровик, В М Кочеткова Автор глубоко признателен доктору г -м наук, профессору В С Имаеву за постоянную поддержку и помощь в работе За внимательное отношение к своей научной деятельности и полезные советы автор благодарит сотрудников Института земной коры СО РАН, докторов г -м наук В Г Беличенко, К Г Леви, С И Шермана, В В Ружича, А В Чипизубова, В И Джурика, П И Дорогокупца, а также кандидатов г -м наук Л П Имаеву, Р А Куру-шина, Р П Дорофееву, В А Санькова, Я Б Радзиминовича и кандидата ф -м наук В В Мордвинову За доброжелательное отношение к работе, моральную поддержку и ценные советы автор благодарен члену-корреспонденту РАН Е В Склярову и академику Ф А Летникову
Особую признательность хочется выразить сотрудникам Института физики Земли РАН доктору г -м наук, профессору Е А Рогожину, докторам ф -м наук С С Арефьеву, Р Э Татевосян и кандидату ф -м наук Ж Я Аптекман Их внимание, консультации и конструктивные замечания оказали автору неоценимую помощь в работе над диссертацией Автор искренне благодарен доктору ф -м наук С Л Юнге за внимательное и доброжелательное отношение к работе, критические замечания и полезные советы За поддержку и научные консультации автор благодарит доктора ф -м наук Ю Л Ребецкого и кандидата ф -м наук А И Лутикова За замечания и обсуждение работы автор благодарен кандидату ф -м наук Л М Балакиной
Выражаю признательность коллегам по работе, с которыми провожу многие исследования Н А Гилевой (БФ ГС СО РАН), кандидату г -м наук Н А Радзиминович, Н В Татомир Автор также благодарен директору БФ ГС СО РАН О К Масальскому за предоставленные сейсмологические материалы (сейсмограммы, бюллетени и каталоги)
