Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Геолого-геофизическая характеристика Монголо-Байкальского региона 9
1.1. Геолого-структурная позиция юга Байкальского региона и Монголии 10
1.2. Глубинное строение земной коры и литосферы по геофизическим данным 17
1.3. Землетрясения Монголии и сопредельных территорий 27
1.4. Рекуррентные интервалы и вероятность сильных землетрясений Монголии...35
Выводы 40
Глава II. Структура сейсмичности Монголии 44
II. 1. Анализ исходных материалов и методы исследования сейсмичности 46
II.2. Пространственная структура сейсмичности Монголии 56
II.3. Энергетическая структура сейсмичности Монголии 67
II.4. Временная структура сейсмичности Монголии 81
II.5. Корреляции годовых чисел землетрясений МБР 91
Выводы 101
Глава III. Детальное исследование сейсмичности активных зон Монголии и прилегающих районов 106
III. 1. Параметры и характеристики активных в кайнозое основных разломов Монголии 108
III.2. Сейсмичность активных зон землетрясений Монголии 113
III.3. Прихубсугульская зона землетрясений 118
III.4. Северо-Хангайская зона землетрясений 124
III.5. Западно-Монгольская зона землетрясений 132
III.6. Южно-Монгольская зона землетрясений 142
III.7. Центрально-Монгольская зона землетрясений 147
Выводы 152
Глава IV. Динамика сейсмического процесса в очаговых зонах сильных землетрясений Монголо-Байкальского региона 153
IV. 1. Динамика сейсмического процесса Байкало-Хубсугульской зоны 156
IV.2. Релаксационные процессы в очагах сильных землетрясений МБР 161
Выводы 176
Заключение 178
Литература 185
- Глубинное строение земной коры и литосферы по геофизическим данным
- Пространственная структура сейсмичности Монголии
- Сейсмичность активных зон землетрясений Монголии
- Релаксационные процессы в очагах сильных землетрясений МБР
Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертация направлена на разработку новых подходов и дальнейшее развитие известных способов исследования пространственно-энергетической структуры и динамики сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы Монголо-Байкальского региона (МБР). Задачи диссертации определены фундаментальными проблемами современной геодинамики МБР и актуальностью обеспечения сейсмической безопасности на территории Монголии.
Значительная часть Монголии расположена в высокосейсмичных областях Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) и подвержена частым и сильным землетрясениям. Только в XX веке здесь произошло более 60 землетрясений с магнитудой М>5.5 (интенсивностью от 7 до 11-12 баллов). Среди них десятки землетрясений вызвали крупные нарушения земной поверхности, а сейсмические катастрофы с магнитудой М>8 (Болнайское, 1905, Фуюньское, 1931 и Гоби-Алтайское, 1957 годов) сопровождались сейсмотектоническими деформациями протяженностью до нескольких сотен километров. Поэтому изучение сейсмичности Монголии и сопредельных территорий относится к фундаментальной научной проблеме современной геодинамики ЦАСП и имеет важное прикладное значение. Современные представления о сейсмичности как сложном явлении деформирования иерархически построенной структурно-неоднородной неустойчивой дискретной геофизической среды в феноменологической модели стационарного сейсмического процесса (Садовский и др., 1987) формируют понятие о стохастическом характере распределений напряжений и деформаций в литосфере (International..., 2002). В рамках этих фундаментальных представлений поставлена задача изучения и описания сейсмичности на четырех уровнях ее пространственной организации методами статистического анализа параметров толчков в представительном диапазоне энергетических классов землетрясений. Предполагается, что выявленные на этих уровнях закономерности пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности дадут возможность уточнения оценки и моделирования сейсмического процесса для решения основных проблем обеспечения сейсмической безопасности исследуемых территорий и понимания фундаментальных закономерностей геодинамической эволюции МБР.
Цель исследований. Развитие и применение методов статистического анализа пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности для установления основных параметров и закономерностей сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы. Выявление и идентификация геолого-геофизических структур и геодинамических явлений в литосфере региона, влияние которых нашло отражение в пространственно-временных вариациях сейсмичности, для развития феноменологической модели стационарного сейсмического процесса и уточнения представлений о современной геодинамике МБР.
Основные задачи исследований:
развить методы статистического анализа изучения пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы МБР и разработать способы геофизической и геодинамической интерпретации результатов, полученных по данным о землетрясениях Монголии;
установить критерии и параметры пространственно-временных и энергетических вариаций сейсмичности на четырех иерархических уровнях литосферы МБР с целью развития феноменологической модели стационарного сейсмического процесса для решения проблем сейсмической безопасности и уточнения представлений о современной геодинамике региона.
Фактический материал, методы исследования и аппаратура. Основой диссертации являются параметры почти 63300 землетрясений, зарегистрированных с 1964 по 2000 гг. в пределах Монголии (<^=42-53 с.ш., /t=87-120 в.д.) и юга Байкальского региона (<^=48-53 с.ш., Д=96—113 в.д.). Сейсмичность юга Байкальского региона и Монголии исследована по совместным материалам Байкальского филиала (БФ) ГС СО РАН и сети сейсмических станций Монголии (ССМ). В соответствии с поставленными проблемами в диссертации применен
широкий спектр подходов при развитии методов и алгоритмов формализованного определения, статистической обработки, анализа и интерпретации пространственно-временных и энергетических закономерностей сейсмичности на четырех различных иерархических уровнях литосферы Монголии, идентификации происходящих в ней геодинамических процессов и пространственных геологических структур. Достоверность полученных в диссертации основных результатов и выводов подтверждается высокой представительностью используемых данных, применением статистических методов обработки, верификацией по натурным и хорошо проверяемым материалам сейсмологических и геофизических наблюдений.
Основные результаты и научные положения работы, выносимые на защиту.
1. Примененный комплекс методов определений, алгоритмов и программ
статистической обработки параметров землетрясений позволяет изучить пространственно-
временную и энергетическую структуру сейсмичности на четырех иерархических уровнях
литосферы Монголии.
Критерии и параметры пространственно-временных вариаций сейсмичности в литосфере МБР характеризуют сложную структурную неоднородность и динамическую неустойчивость среды на различных иерархических уровнях литосферы. Структура сейсмичности Монголии корреспондируется с сейсмичностью БРЗ, и в ней отражаются перестройки напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ.
Основные вариации сейсмичности обусловлены последействием сильнейших землетрясений и перестройками напряженно-деформированного состояния среды, а моменты усиления неустойчивости верифицированы в резкой активизации сейсмического процесса на всех изучаемых уровнях иерархии литосферы Монголии.
Научная новизна. Впервые на представительном фактическом материале выполнен статистический анализ пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы Монголии. Проведенный диссертантом ретроспективный анализ формализованных статистических параметров сейсмичности показал, что перестройки напряженно-деформированного состояния литосферы МБР приводят к кратковременной упорядоченности энергетики и синхронизации динамики сейсмичности, обусловленной переходом структурно-неоднородной иерархической среды через неустойчивость к метастабильному состоянию.
Детальный пространственно-временной и энергетический анализ сейсмичности на четырех иерархических уровнях литосферы Монголии показал, что основные вариации сейсмичности обусловлены последействием сильнейших землетрясений и перестройками напряженно-деформированного состояния среды, а моменты усиления неустойчивости верифицируются в резкой активизации сейсмического процесса на всех исследуемых уровнях пространственной организации литосферы Монголии. Кинематика и динамика афтершоков Бусиингольского землетрясения 1991 года корреспондируется с характером перестроек напряженно-деформированного состояния среды в очаговой зоне. Релаксационные процессы в очагах некоторых катастрофических землетрясений Монголии продолжаются в настоящее время.
Усиление неустойчивости напряженно-деформированного состояния литосферы МБР отражается в активизации сейсмического процесса. Это развивает феноменологическую модель стационарного сейсмического процесса, отражая особую роль и существенное влияние перестроек напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ на сейсмичность МБР. Наблюдаемая на исследуемых пространственных уровнях сейсмогенеза стадийность и системность процесса является одним из атрибутов механизма возвращения иерархической системы разломов-блоков в метастабильное состояние после геодинамических перестроек и сильных землетрясений.
Практическая значимость работы. Диссертантом разработаны и реализованы алгоритмы обработки и формализации исходных данных, направленные на статистический анализ пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех различных иерархических уровнях литосферы региона. Развиты методики и алгоритмы,
ориентированные на изучение геодинамических процессов и выделение пространственных структур в литосфере МБР. Регионализация Монголии по активным зонам землетрясений, в совокупности с другими геолого-геофизическими методами, дает возможность более надежно и обоснованно подойти к дифференциации зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ) и сейсмическому районированию территории.
Заложены основы компьютерной информационной технологии обработки сейсмической информации на различных пространственно-временных масштабах, включающие в себя автоматизацию процесса, обеспечение решения задач определения текущих и прогнозных оценок и компьютерную визуализацию сейсмичности по данным очаговой и структурной сейсмологии для оперативного решения проблем обеспечения сейсмической безопасности на территории Монголии.
Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертанта отражены в 38 публикациях. По теме диссертации опубликовано более 20 работ, в том числе 3 монографии. При подготовке баз данных сейсмологической информации и работе с ними (с конца 1960-х годов) диссертантом самостоятельно реализованы алгоритмы и программы расчета параметров сейсмичности, которые нашли широкое применение при составлении форматированных каталогов и бюллетеней землетрясений Монголии. Электронные базы данных геолого-геофизической информации, собранные диссертантом, используются для поиска корреляции с сейсмичностью региона.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на региональных тематических совещаниях в Иркутске (2001; 2002; 2004; 2007; 2009; Улан-Удэ, 2003) и международных научных форумах различного ранга (Улан-Батор, 2001; 2007; Улан-Удэ, 2005).
Объем и структура диссертации. Общий объем работы (197 стр.) составляют четыре главы, введение и заключение (всего 150 стр.), 61 рисунок (на 48 стр.), 13 таблиц (на 9 стр.) и список литературы (190 наименований на 13 стр.).
Глубинное строение земной коры и литосферы по геофизическим данным
Основная роль в изучении глубинного строения земной коры и литосферы принадлежит геофизическим методам. Долгое время (практически до конца 1960-х годов) территория Монголии оставалась весьма слабо изученной геофизическими методами. Вместе с тем изучение строения земной коры и литосферы представляется чрезвычайно важным для понимания происходящих в них геодинамических (в том числе нео- и сейсмотектонических) процессов и установления общих геолого-геофизических критериев сейсмичности. С начала 1970-х годов в Прибайкалье, Забайкалье и Монголии выполнялись и продолжают выполняться комплексные геофизические исследования, объединяющие гравиметрию, магнитометрию, геотермию, электрометрию, сейсмологию. В течение ряда лет строение и состояние земной коры и литосферы южной части Восточной Сибири и Монголии изучалось комплексом геофизических методов (Рогожина, 1968; Зорин, 1971; Зорин и др., 1982; Новоселова, 1973; Очерки..., 1977; Турутанов, Зорин, 1978; Кожевников, 1987; Попов и др., 1995; Мордвинова и др., 1995 и др.). Определены основные черты глубинного строения Монголо-Сибирского региона (картирование толщины земной коры и толщины литосферы) с целью выяснения природы неотектонических движений и связанной с ними сейсмичности. В российской части Монголо-Сибирской горной страны и на сопредельной Сибирской платформе получен сравнительно большой объем ГСЗ (Недра..., 1981).
Земная кора территории Монголии, судя по тектоническим формам, запечатленным в геологической структуре и современном рельефе, испытывала в процессе своей эволюции разнообразные по типу, направленности, интенсивности и контрастности тектонические движения. Последние по мере консолидации коры сопровождались сейсмическими явлениями, которые, вероятно, так же как и в настоящее время, были тем более значительными, чем интенсивнее и контрастнее происходили движения земной коры. Полагают (Землетрясения..., 1985), что характер тектонических движений и их "сейсмической составляющей", обусловленный вполне определенным динамическим полем, неоднократно изменялся как во времени, так и в пространстве. Для изучения связей между тектоникой и сейсмичностью важным итогом домезозойской геологической истории Монголии считают формирование консолидированной коры материкового типа и сложной сети разрывных нарушений. Среди таких разрывов первостепенное значение имеют наиболее древние, заложенные в начальные стадии геосинклинального развития, протяженные и мощные глубинные тектонические швы, представляющие границы складчатых поясов и структурно-формационных зон внутри их: Главный Монгольский линеамент, Северо-Монгольская и Баян-Хонгорская системы разломов, Кобданский, Гоби-Тяньшаньский и другие разломы. На территории Монголии каледонская складчатая система отделяется от герцинской Главным монгольским линеаментом. На севере в районе Хубсугулья имеются выходы альпийской складчатой структуры, что объясняет единство происхождения структуры с Прибайкальем. В кайонозое вся горная страна активизирована унаследованным движением от палеозоя и коллизией Индостанской плиты с Евразией. Начало этих деформации и горообразования (около 40 млн. лет назад) согласуется с данными палеомагнетизма. Как следствие этих движений, верхняя часть астеносферы вовлечена в гравитационную конвекцию, что в свою очередь, вызвало повышенное нагревание и разуплотнение вещества мантии. Движение, вызванное этим мантийным процессом, в литературе названо диапризмом и, естественно, имеет исключительно вертикальную направленность. Наличие диапризма под континентальной частью Азии объясняется существованием Байкальской рифтовой системы и подтверждается результатами сейсмической томографии Монголо-Байкальского региона. Сведения о рельефе раздела Мохоровичича по отдельным частям Монголо-Сибирской горной страны, полученные ранее различными методами (Очерки..., 1977; Недра..., 1981; Зорин и др., 1982; Геология..., 1984), качественно согласуются между собой в том смысле, что под горными хребтами обычно отмечается некоторое увеличение толщины коры, а под впадинами и стабильными участками — ее относительное уменьшение. Была получена корреляционная связь мощности земной коры с эффективными высотами рельефа земной поверхности, а в аномалиях силы тяжести выделены плотностные неоднородности верхней части земной коры (Зорин и др., 1985). Под Сибирской платформой толщина земной коры варьирует от 36 40 км во внутренних районах до 43 км в се краевых частях, а под Забайкальской областью умеренного горообразования изменяется от 42 до 46 км. Наибольшие изменения толщины коры отмечаются в БРЗ - на сравнительно узких участках, соответствующих рифтовым впадинам, она уменьшается до 34-40 км, а под горными хребтами Прибайкалья, являющимися фрагментами Саяно-Байкальского сводового поднятия, которое охватывает значительную часть одноименной области каледонской складчатости, граница Мохоровичича расположена на глубинах 45-55 км. Под Витимо-Селенгинской зоной среднегорья, также относящейся к Саяно Байкальской складчатой области, толщина коры оценена в 40-42 км. Кристаллическая часть коры под депрессиями утонена до 28-37 км, что на 10-16 км тоньше по сравнению с корой под примыкающими к ним горными хребтами. Столь значительное утонение коры вызвано процессами растяжения, которые начались в олигоцене (Logatchev, Zorin, 1992) и, судя по механизмам очагов землетрясений, продолжаются до настоящего времени. Самая тонкая кора (32-34 км) зафиксирована под впадиной оз. Байкал, а в среднем мощность земной коры в БРЗ изменяется от 34 до 44 км. Глубина залегания Мохо, полученная методом спектральных отношений объемных волн от удаленных событий, оценивается под краевой частью платформы в 40 12 км, под озером в 37 км, под хребтом Хамар-Дабан в 50 км (Мордвинова и др., 2000).
Пространственная структура сейсмичности Монголии
Поскольку в эпицентралыгом поле землетрясений находят отражение особенности геолого-геофизического строения региона, НДС среды и реологических свойств его недр, то в комплексе исследований сейсмичности изучению закономерностей формирования эпицентрального поля отводится существенная роль. Исследование пространственно-временных и энергетических закономерностей распределения землетрясений Монголии выполнено на основе карты эпицентров 19994 землетрясений с АГр 8 (Рис. П.2) и карты плотности эпицентров 38002 толчков с К\ 1 (Рис. П.З), зарегистрированных за время инструментальных наблюдений с 1964 по 1999 гг. Такой объем сейсмологической информации дает возможность анализа сейсмичности на базе инструментальных данных, без особого акцента на исторические (до 1964 г.) землетрясения. Детальное описание поверхностных деформаций, пространственно-временных и магнитудных распределений большинства исторических и в значительной мере уникальных сейсмических событий выполнены в известных работах В.П. Солоненко, С.Д. Хилько, В.М. Кочеткова, П. Молнара, И. Балжинняма и др. (Солоненко и др., 1960; Гоби-Алтайское ..., 1963; Землетрясения..., 1985; Кочетков и др., 1993; Baljinnyam et al., 1993; Молнар и др., 1995; Kurushin et al., 1997; Молнар и др., 1998). О степени соответствия эпицентров исторических и современных землетрясений можно судить по картам, на которых видно, что распределение эпицентров сильных сейсмических событий прошлого достаточно хорошо согласуется с эпицентральным полем и плотностью эпицентров толчков последних десятилетий XX века (Рис. П.2, П.З), что хорошо вписывается в рамки модели стационарного сейсмического процесса и самоподобии эпицентрального поля. Эпицентры исторических землетрясений, как правило, в пределах погрешностей определения координат соответствуют зонам повышенной плотности эпицентров, а основные черты их пространственного распределения сводятся к следующему: 1. Субширотная и субмередиональная зоны эпицентров на севере Монголии; 2. Субширотная зона эпицентров, протягивающаяся южнее 50-ой параллели; 3. Зона северо-западного простирания на юго-западе -, год
Монголии. Вместе с тем, эпицентры нескольких исторических землетрясений находятся за пределами изолиний п=4 карты плотности эпицентров. В целом карта эпицентров (Рис. II.2) достаточно близко соответствует эпицентральному полю землетрясений, анализируемому в работе (Землетрясения..., 1985). Существенное увеличение числа слабых землетрясений не изменило характера распределения эпицентров, которое, как и прежде, достаточно четко отражает пространственную неоднородность и блоковую структуру сейсмичности Монголии. Анализ эпицептрального поля показывает, что основная сейсмическая деятельность развивается в центральной и западной Монголии, однако границу, разделяющую территории с высокой и низкой сейсмичностью по "критическому" 105-ому меридиану (Землетрясения..., 1985; Solonenko, 1988) следует перенести на восток к 108-му градусу. Восточнее этой долготы эпицентральное поле характеризуется слабой рассеянной сейсмичностью, без достаточно плотных групп землетрясений. На рис. П.2 выделяются полосы повышенной концентрации эпицентров землетрясений, чаще всего, согласующиеся с зонами разломов. В некоторых местах участки повышенной концентрации эпицентров имеют вид компактных плотных "пятен", которые могут как корреспондироваться с зонами пересечения разломов, так и локализоваться без какой-либо пространственной приуроченности к известным деструктивным элементам земной коры. Чаще всего области высокой концентрации эпицентров соответствуют очаговым зонам сильных сейсмических событий второй половины прошедшего столетия. Достаточно отчетливо прослеживается связь сильных землетрясений и высокой плотности эпицентров в Бусийнгольской впадине, в пределах которой за период инструментальных наблюдений были зарегистрированы два землетрясения с KP=\4 (1974, 1976 гг.) и одно с ір=16.2 (27.12.1991г.), сопровождавшиеся продолжительными сериями афтершоков. Аналогичная ситуация наблюдается в районах Могодского 01.05.1967 г. (М=7.8; К=\1), Урэгнурского 15.05.1970 г. {М=1; К=Щ и Тахийншарского 04.07.1974 г. (М=6.9; К=16) (Землетрясения..., 1985) землетрясений и их афтершоковых последовательностей. В связи с этим значительный интерес вызывает вопрос о соотношении сейсмических событий, обусловленных сильными землетрясениями, и явно не связанных с ними, и их роли в формировании эпицентральных полей. Вполне определенно можно утверждать, что группирующиеся сейсмические события оказывают существенное влияние на формирование карты эпицентров толчков и параметры сейсмичности. Поскольку сильные землетрясения и их афтершоковые серии отражают пространственно-временные вариации НДС земной коры, то исключение их из анализа сейсмичности может привести к искажению реальной картины распределения напряжений и деформаций в пространстве и времени. Однако для целей сейсмического районирования необходимо знать "средний" сейсмический режим, позволяющий спрогнозировать долговременный средний уровень сейсмичности со сглаженными импульсными флуктуациями сейсмического процесса. Импульсные вариации сейсмического процесса обычно обусловлены афтершоковыми последовательностями сильных землетрясений и достаточно хорошо выделяются на графиках годовых чисел N землетрясений с КР 9, зарегистрированных на территории Монголии и четырех областей, Монголии и пяти районов (Рис. II.2A, Б). Значительные "скачки" скорости потока афтершоков наблюдаются после сильных Урэгнурского 1970 г., Тахийншарского 1974 г. и Бусийнгольского 1991 г. землетрясений и эти вариации можно считать "наведенными" на фоне стационарного сейсмического процесса. В остальное время вариации скорости потока землетрясений на всех территориях не превышают стандартное отклонение, отражая стационарность сейсмического процесса.
Сейсмичность активных зон землетрясений Монголии
Во второй главе диссертации при анализе структуры сейсмичности использована карта-схема сейсмоактивных территорий Монголии (см. рис.П.4), на которой выделены четыре области и пять районов. В данной главе диссертации детальный анализ сейсмичности активных зон землетрясений осуществлен для этих же пяти районов Монголии, переименованных в соответствие с их географическим расположением. Это связано с тем, что в главе II географическому расположению отвечали названия областей, а районы были поименованы по главным разломным структурам, расположенным в пределах районов и формирующим основную сейсмичность (см. табл.П.1). В данной главе Ханхухэй-Болнайский район переименован в Северо-Хангайскую зону землетрясений, Хубсугульский - в Прихубсугульскую зону, Монголо-Алтайский и Гоби-Алтайский — в Западно-Монгольскую и Южно-Монгольскую зону, а Орхон-Тольский район - в Центрально-Монгольскую зону землетрясений. В таблицах Ш.2, III.3 обобщены полученные ниже результаты расчетов и определений основных параметров сейсмичности и сопутствующих ей геолого-геофизических характеристик пяти активных зон Монголии и семи основных разломов, расположенных в пределах зон. Сопоставление параметров указывает на их существенные вариации, обусловленные числом толчков, величиной энергетического класса максимального землетрясения и диапазоном энергетических классов. Полученные количественные оценки дают возможность понимания сейсмичности литосферы Монголии как неоднородной пространственно-временной и энергетической структуры.
На рис.Ш.2а, б представлены графики изменения чисел годовых землетрясений в пределах пяти исследуемых сейсмоактивных зон Монголии, характеризующие скорость сейсмического потока в годах и сутках. На рис.Ш.2 а, б видно близкое соответствие скорости сейсмического потока в Прихубсугульской и Западно-Монгольской зонах, а также в трех других зонах - Южно-Монгольской, Центрально-Монгольской и Северо-Монгольской. Судя по графикам скорость сейсмического потока в двух первых зонах примерно в два раза выше, чем в трех последних. В обоих масштабах времени графики имеют линейный вид, указывающий на постоянную скорость сейсмического потока и, следовательно, на квазистационарность сейсмического процесса. Вместе с тем, в Прихубсугульской и Западно-Монгольской зоне наблюдаются достаточно резкие изменения наклона графика, соответствующие афтершоковой серии Бусийнгольского землетрясения 1991 года и изменению условий регистрации при установке локальной сети в районе аймачного цента Кобдо в 1998 году.
Для характеристики группирующейся сейсмичности в пяти сейсмоактивных зонах Монголии на рис.III.3 представлены графики изменения скорости сейсмического потока в зависимости от выбранного интервала времени между последовательными землетрясениями. Они позволяют охарактеризовать уровень группируемости толчков по наклону левой части графиков, соответствующей минимальному интервалу времени между двумя соседними землетрясениями при афтершоковом или роевом процессе. Судя по этим графикам, повышенная группируемость сейсмичности имеет место в Прихубсугульской и Центрально-Монгольской зонах. Если в первой зоне этот эффект отчетливо выделяется на рис.Ш.2 и отражает афтершоковую последовательность Бусийнгольского землетрясения 1991 года, то эффект в Центрально-Монгольской зоне довольно необычен и обусловлен, скорее всего, афтершоками Могодского землетрясения 1967 года.
Для характеристики сильных землетрясений и оценки среднего энергетического уровня сейсмичности в сейсмоактивных зонах Монголии на рис.Ш.4 представлены графики Беньофа, полученные суммированием во времени квадратных корней из сейсмической энергии. Высоким энергетическим уровнем выделяются Центрально-Монгольская и Западно-Монгольская зоны.
В первой зоне это связано с сильнейшими Могодскими землетрясениями 1967 года. Вторая же зона характеризуется постоянным приростом среднего энергетического уровня сейсмичности, что говорит о ее высоком сейсмическом потенциале. Можно отметить резкое повышение энергетического уровня сейсмичности в Прихубсугульской зоне после Бусийнгольского землетрясения 1991 года. Можно полагать, что повышенный уровень сейсмичности и реализация наиболее сильных землетрясений в этих зонах (Ключевский и др., 20056) обусловлены большей мощностью земной коры и литосферы и высокой скоростью тектонических деформаций, что согласуется с материалами главы I и выводами главы IV.
Анализ активных зон землетрясений Монголии указывает на сложную пространственно-временную и энергетическую структуру сейсмичности, формируемую преимущественно сильными землетрясениями и последовавшими за ними сериями афтершоков. Это свидетельствует о существенной роли групп землетрясений в сейсмичности Монголии, что выдвигает проблему развития методов выделения и детального исследования группирующейся сейсмичности в активных зонах землетрясений. Полученные нами оценки параметров дают возможность количественной характеристики сейсмичности исследуемых территорий с целью дальнейшего сопоставления, анализа и выявления особенностей сейсмического процесса. Повышенный уровень сейсмичности и реализация наиболее сильных землетрясений в Центрально-Монгольской и Западно-Монгольской зонах обусловлены, вероятно, большей мощностью земной коры и литосферы и высокой скоростью тектонических деформаций.
Релаксационные процессы в очагах сильных землетрясений МБР
Известно, что сильные тектонические землетрясения в основном регистрируются как главный толчок и серия афтершоков, которым иногда предшествуют форшоки (Пшенников, 1965; Гайский, 1970; Ризниченко, 1985; Соболев, 1993; Арефьев, 2002, 2003; Лукк, Дещеревский, 2006). Современная теория генерации афтершоков предполагает, что причина этого явления определяется совокупностью трех процессов: тектонофизической нагрузкой, зарождением центров неустойчивости в среде и собственно разрушением среды. Их кооперативное действие приводит к нарастанию напряжений до критического уровня на меньших по размеру трещинах (на ином иерархическом уровне), чем размер подвижки в очаге главного толчка. При этом часть из этих трещин также переходит в неустойчивое состояние с лавинообразным возникновением сейсмических событий меньшей энергии. Уменьшение числа сейсмических событий во времени в афтершоковой серии обусловлено тем, что постепенно по мере падения напряжений уменьшается количество трещин, находящихся в неустойчивом состоянии. Процесс происходит в виде структурных перестроек среды при возвращении системы разломов-блоков в метастабильное состояние после главного землетрясения, и может продолжаться до тех пор, пока в объеме возбужденной области среды напряжения не вернутся к среднему уровню, характерному для региона. Релаксационный процесс в очаговых зонах сильных землетрясений, как переход от квазистационарного сейсмического процесса к импульсному возмущению сейсмичности с последующим восстановлением стационарности (афтершоковая серия толчков) является предметом многочисленных сейсмологических исследований. Афтершоковые серии толчков, происходящие, как правило, после наиболее мощных сейсмических событий, играют важную роль при изучении напряженно-деформированного состояния среды в очаговых зонах сильных землетрясений. Они представляют значительный интерес как самостоятельные группы землетрясений, определяющие размеры и структуру очаговой зоны основного толчка, так и источники, несущие информацию о реологических свойствах среды и перераспределении постсейсмических деформаций и напряжений в пространстве и времени. Анализу кластеров землетрясений МБР посвящены работы, в которых рассмотрены пространственно-временные и энергетические распределения толчков (Мишарина и др., 1975; Пшенников, 1965; Боровик, 1970; Кочетков, 1977; Ангараканский..., 1987; Солоненко, Солоненко, 1987; Ключевский, 1993; 1994; 1997; 2003). Несомненный интерес в этом плане представляют афтершоковые серии, характеризующие релаксационные процессы в очаговых зонах сильных землетрясений Монголии. В данной главе представлены основные параметры очагов сильных землетрясений Байкало-Хубсугульской и Западно-Монгольской зон, а затем выполнено описание и детальный анализ релаксационного процесса в очаге Бусийнгольского землетрясения 1991 г.
Выделение зон динамического влияния основных очагов сопряжено с трудностями вследствие наложения во времени и пространстве релаксационных процессов, обусловленных многими очагами. В табл.Р/.З представлены размеры очагов сильных землетрясений Западно-Монгольской и Байкало-Хубсугульской зон по афтершоковым областям (Potapov, Bayar, Dugarmaa, 2003). Отмечается устойчивая связь размеров очагов с их энергией и удовлетворительная сопоставимость размеров очагов монгольских и байкальских землетрясений равных энергий. Осредненные размеры очагов в зависимости от энергии следующие: при lgc ,=16.1±0.3 Л0=(П.З±1.8)км; при lg=17.3±0.1, Д0=23.5км; при lg ,=18, і?о=39.5км. Рассмотрим характеристические времена релаксационных процессов в очаговых зонах сильных землетрясений.
Радиационная сейсмическая энергия очагов землетрясений по отдельным районам и всей Западно-Монгольской сейсмической зоны. На рис. IV.5 показано распределение по годовым интервалам времени интегральной радиационной энергии очагов, выделившейся в Монголо-Алтайском, Болнайском, Орхон-Тольском районах, а также приведены объединенные данные по этим трем районам. Эта зона в целом определена нами как Западно-Монгольская сейсмическая зона (Potapov, Bayar, Dugarmaa, 2003). Рисунок отчетливо показывает синхронность выделения энергии во времени в этих трех районах. Коэффициент корреляции между lgE M во всей Западно-Монгольской сейсмической зоне и Монголо-Алтайском районе составляет 0.81; Западно-Монгольской
На рис. IV.6 в качестве примера приведены зависимости от времени энергии афтершоков некоторых сильных землетрясений. Ось X есть logio временного интервала (годы) от основного события. Номера, приведенные в подписи к рисунку, соответствуют номерам основных событий табл. IV.3. Все кривые характеризуются закономерным уменьшением энергии с ростом временного интервала и имеют дополнительные максимумы выделившейся энергии.
За период инструментальных наблюдений на территории Монголии произошло несколько сильных сейсмических событий, сопровождавшихся афтершоковыми сериями. Наиболее полная представительная выборка данных группирующихся толчков получена для Бусийнгольского землетрясения (см. табл.ГУ.З, №4; 27.12.1991; 09-09-36.4; М я=6.5; АГр=16.2; 9=50.98 с.ш., Х- 98.08 в.д.), которое произошло в пределах одноименной впадины, являющейся крайним западным морфоструктурным элементом рифтовой системы Прихубсугулья (Кочетков и др., 1993; Голенецкий, 1997), и сопровождалось мощной серией афтершоков (Филина, 1997). По данным (Кочетков и др., 1993) в пределах впадины выделяется Бусиингольская палеосейсмодислокация, сопоставимая с известными палеосеисмогенными структурами Тункинской долины (Торская, Аршанская), образование которых могло быть вызвано исторически недавними землетрясениями интенсивностью до 10 баллов (М-7.0).
