Введение к работе
Актуальность. Сейсмический процесс относится к числу наиболее грозных проявлений геотектонических процессов, происходящих на наших глазах. Разработка мер по предотвращению опасных, иногда катастрофических последствий "подземных бурь" издавна считалась одной из актуальных задач человечества и остается таковой по сей день, несмотря на большие, но еще недостаточные успехи в решении этой проблемы. Кроме прикладной значимости изучения сейсмотектонических явлений важна еще чисто научная необходимость их глубокого познания, поскольку сейсмические явления, фиксируемые прямыми и косвенными наблюдениями, несут очень обширную и важную информацию о закономерностях процессов, скрытых в недрах Земли и даже вне ее.
Представленная работа посвящена рассмотрению и теоретических, и научно-прикладных вопросов, касающихся механизмов современной деструкции земной коры. Их решение особенно важно в наше время при обеспечении сейсмобезопасности -прежде всего на территории Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) и в смежных регионах. В пределах БРЗ, несмотря на достигнутые успехи, особенно сибирских ученых, остаются еще многие нерешенные вопросы по оценкам сейсмической опасности, инженерно-сейсмического риска и снижению экономического и социально-экологического ущерба от возможных сейсмических катастроф в Прибайкалье, вероятность которых достаточно велика и в наше время. Всем этим и определяется актуальность темы исследований.
Цель и задачи работы. В общем виде цель исследований определена как выявление новых закономерностей процесса современной сейсмотектонической деструкции в земной коре БРЗ, которые можно было бы использовать при решении теоретических и прикладных задач, связанных с изучением механизмов опасных сейсмических явлений и снижением ущерба от них. При этом акцент был сделан на рассмотрении следующих задач.
-
Определить, проявляется ли принцип иерархического подобия в развитии и распределении деструктивных элементов земной коры в масштабном диапазоне от всей БРЗ до размеров отдельных очагов землетрясений.
-
Выяснить с необходимой детальностью механизмы современной деструкции земной коры в БРЗ, сопровождаемой сейсмическими явлениями на региональном и локальном масштабных уровнях.
-
Провести анализ геотектонических условий и сейсмического режима, характерных для подготовки сильных землетрясений В БРЗ.
-
Выяснить особенности режима смещений берегов разломов в процессе современной деструкции земной коры.
5. Подобрать наиболее приемлемые сейсмотектонические модели активных
структурных элементов коры, объясняющие механизмы подготовки землетрясений в
условиях геодинамического режима БРЗ.
6. На основе синтеза геолого-геофизических и сейсмологических критериев раз
работать сейсмотектонический подход к решению вопросов, связанных с выявлением
районов повышенной вероятности подготовки землетрясений с К>11.0 в ближайшие
десятки лет.
Использованные материалы и методика исследований
В диссертации были использованы материалы, полученные автором при полевых сейсмогеологических и геолого-структурных исследованиях, начиная с 1963 и по 1995 гг., на территории Саяно-Байкальской горной области, Монголии, а также Алтая и Забайкалья. В течение нескольких лет для более углубленного понимания механизмов деструкции и сейсмического процесса по инициативе автора проводились эксперименты в лабораториях Института физики и механики горных пород (г.Бишкек), а также Института физики Земли (п.Борок, Геофизическая оГчерватория), при участии ведущих специалистов и с применением новейших методов изучения процессов разрушения горных пород. Кроме того автор проводил эксперименты и на эквивалентных материалах в лаборатории тектонофизики Института земной коры.
Автор использовал также сейсмологические материалы, включая каталог землетрясений, получаемые от Байкальской опытно-методической сейсмологической экспедиции, при тесном сотрудничестве с ее специалистами. Обработка и анализ сейсмологических данных осуществлялись также при постоянном контакте с сейсмологами Института земной коры. Наряду с сейсмологическими, широко использовались другие данные новосибирских и иркутских геофизиков по глубинному строению недр БРЗ.
Методы исследований, применяемые автором, представлены в очень широком диапазоне: от традиционных геологических, геолого-структурных, сейсмогеологиче-ских, тектонофизических до относительно новых - фрактографического (изучение кварцевых зерен), тренчинга, акустоэмиссионного и других. Автор использовал также ряд совершенно новых методических приемов и подходов. Главная особенность работы - широкое комплексирование различных методов для решения поставленных задач и изучения проблемы современной сейсмотектонической деструкции земной коры при рифтогенезе.
Научная новизна работы определяется постановкой новых задач и разработкой оригинальных методических подходов к их решению, получением нетрадиционных результатов. Впервые показано проявление иерархического подобия размеров разрывных нарушений и механизмов разломообразования в земной коре БРЗ, получены количественные оценки нарушенное земной коры и энергетические параметры сейсмотектонических деформаций. Показан подход и получены новые данные о геологическом устройстве очагов палеоземлетрясений, залечивании разрывных нарушений. Даны оценки скоростей современных смещений по зонам сейсмогенерирующих разломов и рассмотрен их механизм. Показано проявление в сейсмическом режиме квазицикличности и возмущений от триггерных механизмов и другие результаты.
Выявлены характерные критерии подготовки очагов ощутимых и сильных землетрясений в земной коре Прибайкалья, намечены пути выявления районов с высоким сейсмическим потенциалом и повышенной вероятностью его реализации в достаточно короткий временной интервал.
Достоверность результатов определяется подтверждением полученных автором выводов более поздними исследованиями других специалистов, а также появлением новых данных, не противоречащих заключениям, сделанным автором. Сейсмопро-гностическая ценность методического подхода и полученных решений может проверяться изменениями сейсмической погоды в регионе уже в ближайшее время. Некоторые полученные ранее результаты, имеющие сейсмопрогностическую направленность -например, выделение в БРЗ и Монголии зон ВОЗ по концентрационному критерию разрушения и другим признакам, - в достаточной мере подтверждаются более поздними сейсмическими событиями.
Практическая значимость. Выявленные закономерности сейсмотектонической деструкции земной коры в БРЗ, а также проявления иерархического подобия механизмов разрушения горных масс и ряд других результатов, могут найти применение при создании обобщенных моделей очагов землетрясений, моделей сейсмогенерирующих зон, в решениях проблем геомеханики, геодинамики и при разработке теории и моделей сейсмического процесса.
Многие авторские разработки и методические приемы были использованы при уточнении исходного балла сейсмической опасности на территориях БРЗ и Монголии, а также при детальном сейсмическом районировании на стройплощадках. В последние годы автором разработан и совершенствуется методический подход по выявлению районов с повышенной вероятностью сильных землетрясений в Южном Прибайкалье, составлен второй рабочий вариант сейсмопрогностической карты масштаба 1:1.5 млн., по которой можно проверять соответствие представлений автора реальному развитию сейсмотектонической деструкции.
Ряд положений, рассматриваемых в диссертации, изложен также в 30 научных отчетах, значительная часть которых находит практическое применение в администрациях г.Иркутска, Иркутской области и штабах гражданской обороны.
Исходя из этих рассматриваемых в работе представлений, сформулированы следующие защищаемые положения.
-
Процесс сейсмотектонической деструкции на разных масштабных уровнях - от размеров всей БРЗ до очага землетрясения - иерархически упорядочен, самоподобен и развивается в квазипер«одическом режиме. Этот вывод дает основание выяснять режимы подготовки очагов сильных, но редких землетрясений (MS7.0) путем изучения известных нам более многочисленных очагов среднего энергетического уровня.
-
Процесс сейсмотектонической деструкции в БРЗ описывается двумя основными сейсмотектоническими моделями: барьерио-линеаментной - для линейной сейсмогенерн-ругащей зоны, и разломно-узловон - для зон генерации в районах узлов пересечения разломов. Обс*юдели наиболее часто проявляются в сейсмотектонике БРЗ. Их нспользова-
ниє позволяет выявить и физически обосновать критерии подготовки землетрясений в различных сейсмотектонических условиях.
3. Для Байкальской рнфтовой зоны впервые разработан сейсмотектонический подход к решению задач среднесрочного прогноза землетрясений, основанный на использовании моделей сейсмогенернругощнх зон и выявленных закономерностей сейсмотектонической деструкции земной коры. Полученные результаты подтверждают правомерность такого подхода.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были представлены на многих совещаниях всесоюзного, республиканского и международного уровней: международном симпозиуме "Рифтовые зоны Земли" (Иркутск, 1975), XIII сессии научного совета СО АН СССР "Тектоника Сибири и Дальнего Востока" (Якутск, 1980), всесоюзной сессии МСССС "Геолого-геофизические методы исследований в сейсмоопасных зонах" (Фрунзе, 198!), всесоюзном совещании "Эксперимент и моделирование в геологических исследованиях" (Новосибирск, 1982), международной конференции "Результаты работ Советско-Монгольской комплексной Хубсугульской экспедиции" (Иркутск, 1985), II всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Фрунзе, 1985), заседаниях Координационного совета по сейсмологии (Иркутск, 1986), всесоюзном семинаре МСССС "Математические и экспериментальные методы в дизъюнктивной тектонике" (Москва, 1986), международном симпозиуме "Внутриконтинентальные горные области: геологические и геофизические аспекты" (Иркутск, 1987), Всесоюзном совещании по созданию научных основ прогноза землетрясений в Сибири (Иркутск, 1988), III всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Иркутск, 1988), всесоюзном совещании "Современная динамика литосферы континентов" (Москва, 1988), всесоюзной школе-семинаре "Геолого-геофизические исследования в сейсмоопасных зонах СССР" (Фрунзе, 1989), IX Международной конференции по механике горных пород (Фрунзе, 1989), всесоюзном совещании "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты" (Иркутск, 1990), V Традиционной сессии по физике очага землетрясений (Звенигород, 1989), 29 Международном геологическом конгрессе (Киото, Япония, 1992), международном симпозиуме "Байкал - природная лаборатория для исследования изменений окружающей среды и климата" (Иркутск, 1994), V всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Борок, 1994), межрегиональном геоморфологическом семинаре "Байкал и горы вокруг него" (Иркутск, 1994), международной специальной конференции "Оценка геологической опасности в окружающей среде" (Бремен, Германия, 1995), XXIX тектоническом совещании "Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов" (Москва, МГУ, 1996).
По рассматриваемым в работе вопросам, связанным с сейсмотектонической деструкцией земной коры, автором опубликовано 103 работы, 5 работ находятся в печати.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из 4-х глав, введения и заключе
ния объемом страниц машинописного текста, содержит рисунков, таблицы и
список литературы из наименований.
Диссертация выполнена в кабинете сейсмопрогностических исследований Института земной коры СО РАН г.Иркутска.
Автор выражает благодарность академику АЕН РФ, доктору геолого-минералогических наук, профессору С.И.Шерману, докторам геолого-минералогических наук В.С.Хромовских, Г.Ф.Уфимцеву, К.Г.Леви, а также кандидатам геолого-минералогических наук В.А.Санькову, Р.М.Семенову, А.М.Алакшину, кандидату физико-математических наук В.А.Рогожиной за внимательный просмотр работы и полезное ее обсуждение. Особую признательность автор выражает академику РАН Н.А.Логачеву за проявленное к работе внимание, ценные советы и высказанные конструктивные критические замечания, способствовавшие совершенствованию диссертации. Большая помощь на разных стадиях исследований и подготовки работы была оказана Н.С.Боровик, С.И.Голенецким, И.Г.Менакером, Е.А.Левиной, В.Ю.Буддо и И.А.Емельяновой, за что автор выражает им свою глубокую признательность.