Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методологические основы сопоставления тектоники и сейсмичности 9
Глава 2. Тектоническая зональность и альпийский тектогенез АЕКО 18
2.1. Тектоническая зональность АЕКО 18
2.1.1. Периаравийский сегмент Альпийско-Гималайского пояса 18
2.1.2. Карпаты 25
2.1.3. Черноморско-Каспийская система седиментационных бассейнов 27
2.2. Альпийский тектогенез АЕКО 29
2.2.1. Раннеколлизионная стадия 30
2.2.2. Стадия северо-западного дрейфа 30
2.2.3. Стадия северо-восточного дрейфа 31
2.2.4. Стадия субмеридионального дрейфа 32
Глава 3. Геокинематическая зональность и современная геодинамика АЕКО 35
3.1. Геокинематическая зональность 35
3.1.1. Внутренняя область индентации 37
3.1.2. Внешняя область индентации 41
3.2. Современная геодинамика АЕКО 45
3.2.1. Геодинамика верхней коры 45
3.2.2. Современная Альпийская геодинамическая система 50
Глава 4. Сравнительный анализ долговременных вариаций сейсмичности АЕКО 55
4.1. Методологические предпосылки, методика и исходные данные АДВС 55
4.1.1. Методические предпосылки исследования долговременных вариаций сейсмичности .55
4.1.2. Методика и исходные данные сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности 62
4.2. Сравнительный анализ долговременных вариаций сейсмичности на различных масштабных уровнях АЕКО 66
4.2.1. Анатолийско-Карпатский регион 66
4.2.1.1. Пространственно-временная неоднородность распределения сейсмичности Анатолии 66
4.2.1.2. Корреляция сейсмичности Анатолии и Карпат 86
4.2.2. Кавказско-Копетдагский регион 94
4.2.2.1. Временные вариации числа землетрясений в доменах Кавказско-Копетдагского региона 95
4.2.2.2. Корреляция сейсмичности Кавказа и Копетдага 106
4.2.3. Анализ долговременных вариаций сейсмичности регионов АЕКО 112
4.2.4. Сопоставление долговременных вариаций сейсмичности АЕКО с вариациями смежных сегментов Альпийско-Гималайского пояса 117
4.3. Проверка значимости коэффициентов корреляции. Влияние масштаба осреднения и длины временных рядов на величину коэффициентов корреляции 120
4.3.1. Проверка значимости коэффициентов корреляции 120
4.3.2. Влияние масштаба осреднения на величину коэффициента корреляции... 124
4.3.3. Корреляция временного хода сейсмичности Карпат, Анатолии, Кавказа и Копетдага при различной длине временных рядов 128
4.4. Верификация полученных результатов с учетом новых данных с 1991 по 2004 гг 130
Глава 5. Сеисмогеодинамическая модель современного развития аеко и ее практическое значение 140
5.1. Особенности пространственно-временной локализации сейсмичности АЕКО и их связь с геодинамическими процессами 140
5.1.1. Домены и области Анатолии 140
5.1.2. Домены Кавказа и Копетдага 144
5.1.3. Регионы АЕКО 147
5.1.4. АЕКО и смежные сегменты Альпийско-Гималайского пояса 156
5.2. Модель развития АЕКО как единой сейсмогеодинамической системы 158
5.3. Практическое применение сейсмогеодинамической модели АЕКО 164
Заключение 167
Список литературы 169
- Методологические основы сопоставления тектоники и сейсмичности
- Периаравийский сегмент Альпийско-Гималайского пояса
- Современная Альпийская геодинамическая система
- Методика и исходные данные сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности
Введение к работе
Цель проведенного исследования — на примере высокоактивной Аравийско-Евразиатской коллизионной области (АЕКО) опробовать метод сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности с периодами от десяти лет (АДВС) и выяснить, насколько он эффективен для отслеживания современной динамики тектонических процессов на различных уровнях литосферы АЕКО.
Фактическим материалом для исследований стали выборки из опубликованных каталогов, включающих данные по сейсмическим событиям на территории АЕКО [Karnic, 1968, 1971; Specilized Catalogue... 1996; Global Hypocenters Data Base, 2000]. В ходе исследований учитывались землетрясения с магнитудой от 4,3 в интервале с 1900 по 1990 гг. Оценка представительности выборок данных выполнена с помощью построения графиков повторяемости землетрясений для регионов, обособленных в структуре АЕКО. Выделение областей для исследования производилось с учетом информации по активной тектонике и сейсмичности АЕКО. Верификация полученных результатов выполнена с использованием данных по землетрясениям АЕКО с магнитудой от 4,3 в интервале с 1991 по 2004 г., представленных в Оперативном сейсмологическом каталоге Геофизической исследовательской центральной экспериментально-методической экспедиции г. Обнинска.
Методика исследований основана на выявлении неоднородной пространственно-временной структуры сейсмичности и ее интерпретации с учетом основных геотектонических процессов, протекающих в литосферы АЕКО на различных масштабных уровнях. Пространственная неоднородность в распределении сейсмичности выявлена в результате анализа карт плотности эпицентров землетрясений, временная неоднородность обнаружена путем построения временных рядов десятилетних сумм числа землетрясений и временных рядов годового числа землетрясений со скользящим осреднением, в основном, по десяти, а в ряде случаев и по пяти годам.
Связь долговременных изменений сейсмичности АЕКО на различных уровнях устанавливалась путем сопоставления временных рядов и вычисления их коэффициентов корреляции для интервала представительной регистрации с 1930 по 1990 гг. Оценка значимости коэффициентов проводилась путем расчета их критических значений при заданном количестве точек временного ряда. Для выявления возможной миграции сейсмической активизации проводился кросскорреляционный анализ временных рядов. Методическими элементами работы являются исследование влияния масштаба осреднения и изменения длины временного ряда на величину коэффициентов корреляции, а также верификация полученных результатов с учетом новых данных с 1991 по 2004 гг.
Научная новизна работы состоит в том, что на примере высоко активной коллизионной области АЕКО впервые опробован метод АДВС и показано, что с помощью этого метода можно отслеживать режим и интенсивность геодинамических процессов, протекающих на различных масштабных уровнях, используя информацию о пространственно-временной локализации сейсмичности.
Впервые показано также, что АЕКО функционирует как единая сложно устроенная сейсмогеодинамическая система. На различных уровнях АЕКО выявлены системные взаимодействия, которые проявляются в виде согласованных прямых и обратных изменений сейсмичности, миграции импульсов сейсмической активизации, согласованного понижения уровня Каспийского бассейна и активизации сейсмичности смежных орогенов.
Возможности практического применения. Информация о пространственно-временном распределении сейсмичности АЕКО при воздействии на нее геодинамических процессов различного масштаба и генезиса может быть использована для решения широкого спектра практических задач. В их числе разработка критериев поиска месторождений рудных элементов и углеводородов, разработка среднесрочного прогноза сейсмической опасности, установка систем экологического и геодезического мониторинга, а также прогнозирование возможных трансформаций геологической среды смежной Восточно-Европейской платформы.
Доклады и публикации. Промежуточные результаты работы и отдельные ее положения докладывались на лабораторных семинарах в ГИН РАН и ИФЗ РАН, на 7-ой Международной конференции по тектонике плит, посвященной памяти Л.П. Зоненшайна [1], на XXXIX Тектоническом совещании [б], а также опубликованы в виде серии статей в научных изданиях «Вулканология и сейсмология», «Геотектоника» и «Бюллетень МОИП» [2-5].
Структура и обьсм диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации 178 страниц, из них 110 страниц машинописного текста, 48 текстовых иллюстраций, 26 таблиц и список используемой литературы, включающий 10 страниц.
В первой главе сформулирована постановка проблемы исследований. Вторая и третья главы включают компилятивный анализ тектонического строения и геодинамического развития АЕКО: во второй главе рассмотрены тектоническое строение и альпийский тектогенез АЕКО, в третьей главе - геокинематическая зональность и современное геодинамическое развитие АЕКО. Четвертая глава включает основной фактический материал исследования и представляет собой сравнительный анализ долговременных вариаций сейсмичности (АДВС) для разномасштабных объемов литосферы АЕКО. В пятой главе, на основе результатов АДВС и опираясь на данные по строению, тектонике и геодинамике области, с привлечением информации, полученной с использованием палеомагнитных и космогеодезических методов, рассмотрена новая сейсмогеодинамическая модель современного развития АЕКО, как единой сейсмогеодинамической системы. Определен характер взаимодействия системы АЕКО со смежными сегментами АГП, режим и характер функционирования подсистем в ее составе, а также высказаны предположения об управляющих геодинамических факторах, обеспечивающих развитие подсистем в составе АЕКО, АЕКО как единой системы и АЕКО как элемента глобальной системы АГП. В завершающем разделе главы рассмотрены возможные варианты практического применения результатов АДВС.
Основные защищаемые положения:
Предложен и реализован метод сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности (АДВС), пригодный для выявления режима и характера современных геодинамических процессов. С помощью АДВС выявлена пространственная и временная неоднородность в распределении сейсмичности, обусловленная особенностями тектонического строения и геодинамического развития регионов АЕКО.
На различных масштабных уровнях АЕКО выявлены прямые и обратные корреляционные связи в изменении сейсмичности, свидетельствующие о наличии единого для каждого из уровней источника управляющих воздействий. На панрегиональном и региональном уровне наблюдаются явления миграции сейсмической активизации, свидетельствующие о постепенном прохождении импульсов, вызванных единым геодинамическим источником.
Пространственно-временная неоднородность в распределении землетрясений, прямые и обратные согласованные изменения сейсмичности на различных масштабных уровнях, а также миграция импульсов сейсмической активизации указывают на существование сложно устроенной иерархически соподчиненной сейсмогеодинамической системы АЕКО.
В ходе исследований автор регулярно консультировалась с к. ф.- м. наук B.C. Пономаревым и глубоко благодарна ему за активную поддержку. В период подготовки работы автор имела плодотворные беседы и получила ценные замечания Э.А. Боярского, С.Д. Виноградова, А.Д. Завьялова, Л.И. Иогансон, Н.Б. Кузнецова, B.C. Милеева, Н.С. Медведевой, Ю.А. Морозова, Т.П. Поляковой, СБ. Розанова, Г.Н. Савельевой, О.В. Соболевой, Г.А. Соболева, В.И. Уломова, Л.С. Чепкунас. Автор глубоко признательна им за внимательное и объективное отношение к работе.
Автор приносит глубокую благодарность своим научным руководителям член-корр. РАН А.В. Николаеву и доктору геол.-мин. наук, профессору В.Г. Трифонову, оказавшим активную всестороннюю поддержку в проведении исследований и при написании работы.
Методологические основы сопоставления тектоники и сейсмичности
В вопросе связи сейсмичности и тектоники присутствуют два аспекта. Первый из них - выявление тектонической природы землетрясений и создание сейсмотектонической основы для оценки сейсмической опасности. Основные параметры, которые используются при создании подобной основы - максимальный сейсмический потенциал разломов, связанных с определенной зоной, повторяемость землетрясений в пределах этой зоны, а также определение уровня глубинности землетрясений. Второй аспект - это характеристика землетрясения как формы проявления тектонических движений, т.е. характер и режим тектонических движений определяются на основе информации о сейсмичности. Первый аспект в большей степени обладает практической направленностью, второй носит более фундаментальный характер и обладает практической значимостью в той степени, в какой значимы знания о новейших структурах и их развитии.
В ходе развития сейсмотектоники появилось множество методик. Поначалу они основывались только на сейсмологических данных, затем стала привлекаться геологическая, а позднее и геодезическая информация. Связь распределения сейсмичности и расположения геологических структур была обнаружена И.В. Мушкетовым в конце девятнадцатого века, уже тогда большинство исследователей склонялось к тому, что «основная причина крупных землетрясений кроется в тектонических процессах, преимущественно в дизьюнктивной дислокации, которая обуславливает географическое распределение сейсмических областей...»[Мушкетов, 1899, с.699]. Более 100 лет назад Э. Зюсс (1873 г.) Г. Хофер (1880 г.), Р. Гернес (1883 г.) выдвинули идею о том, что очагом землетрясения является тектонический разрыв [Горшков, 1986]. Б.Б. Голицин (1912 г.) рассматривал очаговую зону землетрясения как некую область, где происходит первоначальное нарушение равновесия слоя, а также назвал причиной накопления упругих сейсмогенных напряжений медленные «брадисейсмические» движения и ввел понятие об их спусковом механизме: «Брадисейсмические явления суть такие явления, которые протекают сравнительно медленно, а некоторые даже чрезвычайно медленно... Такие брадисейсмические движения имеют, несомненно, очень важное значение в вопросе о возникновении землетрясений, так как, при таких относительных смещениях состояние упругого напряжения в отдельных горных породах или слоях может сделаться весьма значительным и тогда достаточно самого незначительного внешнего импульса, чтобы предел упругости был перейден и произошло бы внезапное смещение одних слоев по отношению к другим, такое смещение может вызвать тектоническое землетрясение.» [Голицын, 1960, с. 61-62]. Наличие связи между сейсмичностью и геологическим строением, а также слишком малая продолжительность периода инструментальных сейсмологических и геодезических наблюдений привели сейсмологов к пониманию необходимости использования геологических материалов. Поначалу сейсмологические данные сопоставляли с геологической картой. Первая карта сейсмического районирования была составлена на основе синтеза сейсмологических и геологических данных в 1937 г.
В 40-е годы сформировалось учение о движениях и структурах неоген-четвертичного времени - неотектоника, и при составлении карт сейсмического районирования стали привлекаться неотектонические данные. В конце 40-х годов для обозначения тектонических нарушений, движения по которым проявляются сейчас и могут ожидаться в ближайшем будущем, было введено понятие «активного разлома». Однако, поскольку сейсмичность во времени распределяется неравномерно, до сих пор не достигнуто единого соглашения об ограничении временного интервала для разлома, который следует считать активным. Одни исследователи полагают, что активными следует считать разломы, проявления сейсмичности в пределах которых имели место на протяжении последних 400 тыс. лет [Nikonov, 1995], другие в качестве активных рассматривают разломы, проявившие себя в течение голоцена. [Allen, 1975]. Существует и точка зрения, что в подвижных зонах активными следует считать разломы, в пределах которых сейсмичность проявлялась на протяжении последних 100 тыс. лет, в то время как для разломов на платформах, там, где тектонические проявления слабы, предлагается учитывать более обширный временной интервал около 700 тыс. лет [Трифонов и др., 2002]. На современной «Карте крупных активных разломов Мира», изданной в 1993 г., активными принято считать все разломы, имеющие какие-либо признаки перемещений в последние 100 тыс. лет [Trifonov, Machette, 1993].
Несмотря на то, что сейсмические события чаще всего приурочены к зонам активных разломов, сейсмогенерирующими могут быть и другие линейные структуры, а также площадные участки, поэтому для выявления зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ) стали использовать два подхода: линейный и доменный [Шебалин, 1974]. Линейный подход предполагает выявление очагов землетрясений вдоль активных разломов, а также вдоль сейсмических линеаментов, которые прослеживаются в виде прямолинейных цепочек землетрясений. В основе доменного подхода лежит выявление площадных областей, к которым приурочены очаги землетрясений. Подобные области, в свою очередь, при более детальном рассмотрении, могут быть осевыми, в случае если максимальные проявления сейсмичности концентрируются вдоль каких-либо осей, и доменными там, где сейсмичность носит рассеянный характер.
В 50 - 60-е годы исследователи пришли к пониманию, что уровень сейсмичности связан в большой степени с интенсивностью голоценовых и современных движений. Для их исследования был разработан целый спектр методов, в том числе инструментальных [Николаев, 1962; Мещеряков, 1968; Рихтер; 1963; Хаин, 1973; Никонов, 1977; Трифонов, 1983]. Данные по сейсмической активности стали рассматриваться в качестве важного диагностического признака современной активности геологических объектов. Информация о пространственной локализации сейсмичности сыграла важную роль в становлении концепции тектоники литосферных плит, занявшей ведущее место в современной геологической науке [Айзеке и др., 1974]. Неравномерное пространственное распределение сейсмичности явилось одним из оснований для выделения микроплит, при этом местоположение их полюсов вращения рассчитывалось по данным определений фокальных механизмов землетрясений [Сборщиков, 1979].
Периаравийский сегмент Альпийско-Гималайского пояса
Периаравийский сегмент охватывает регионы Альпийско-Гималайского коллизионного пояса, сформированные в ходе конвергенции Аравийской и Евразиатской плит. Название «Периаравийский сегмент», наряду с альтернативным «Кавказско-Загросский сегмент», предложено М.Л. Коппом, и объединяет регионы в окрестности Аравийской плиты, связанные общностью механизма формирования [Копп, 1997]. М.Л. Баженов и B.C. Буртман, рассматривая ту же область, за исключением относительно прямолинейной Крымско-Кавказско-Копетдагской горной системы, применяют название «Аравийский синтаксис» и определяют его как область развития структурных дуг, расположенных к северу от Аравии [Баженов, Буртман, 1990]. В.Е. Хаин соответствующую часть Альпийско Гималайского коллизионного пояса именует Анатолийско-Кавказско-Иранской областью, отдельно рассматривая передовую горно-складчатую Крымско-Кавказско-Копетдагскую систему [Хаин, 1984]. Территория сегмента, включая структуры в его обрамлении, рассматривается В.Г. Трифоновым в качестве Аравийско-Кавказского региона [Трифонов, 1999].
Периаравийский сегмент занимает промежуточное положение между Индийским и Апулийским сегментами Альпийско-Гималайского пояса. В качестве его восточной границы рассматривается Лутский блок Ирана, на западе граница проводится по меридиану, проходящему через вершину Кипрской дуги, расположенной в Левантской впадине Восточного Средиземноморья [Хаин, 1984; Трифонов, 1999]. Южная и северная границы сегмента проходят вдоль границ плит: южной границе сегмента соответствует северный край Аравийской плиты, северной границе - южный край Скифской (на западе) и Туранской (на востоке) эпигерцинских плит.
Отложения тектонических мегазон Периаравийского сегмента сформировались в пределах континентального шельфа и окраинных морей Африкано-Аравийского и Евразийского континентов. В составе пород этих мегазон преобладают флишевые отложения, их возраст является одним из главных критериев для выделения мегазон. Наряду с мегазонами Африкано-Аравийского и Евразийского происхождения, выделяются сутурные мегазоны, которые маркируют местонахождение мезозойского Тетиса. Сутурные мегазоны характеризуются наличием офиолитов, широким распространением основных вулканитов и присутствием массивов палеозойских и более древних пород, залегающих в виде покровов. В качестве главных мегаструктурных единиц сегмента выделяются новейший складчатый пояс Загроса, мегазоны Тавра и Центральной Анатолии, Ирано-Понтическая мегазона, Риони-Ширванская мегазона, Кавказская флишевая мегазона и Главный Кавказский хребет, северный склон Большого Кавказа и система Предкавказских передовых прогибов, а также складчато-надвиговое сооружение Копетдага. Новейший складчатый пояс северного и восточного флангов Аравийской плиты с севра и востока обрамляет Аравийскую плиту и представлен Внешним Загросом, краевыми складками Юго-Восточной Турции и зоной складчато-надвиговых деформаций Юго-Западной Сирии.
Зона Внешнего Загроса представляет собой протяженный горно-складчатый пояс сжатия шириной около 200 км, развивающийся с позднего миоцена на месте бывшей пассивной окраины Африкано-Аравийской плиты. Пояс сопряжен с Месопотамским передовым прогибом, и его разрастание происходит за счет вовлечения в складчатые деформации позднемиоценовых и плиоцен-четвертичных толщ прогиба [Трифонов, 1999]. Разрез зоны достигает мощности 12 км. В его основании находится соленосная толща вендского возраста, выше расположены отложения терригенной формации нижнего и среднего палеозоя. В верхней части распространены отложения карбонатной формации перми-палеогена, важную роль в формировании структуры Внешнего Загроса играет расположенная выше соленосная толща нижне-миоценового возраста [Хаин, 1984]. Структура зоны Внешнего Загроса отличается правильным чередованием широких протяженных складок, сложенных вблизи поверхности карбонатной формацией. Наличие соленосних толщ в чехле приводит к диапиризму и обуславливает автономность складок чехла от нарушений фундамента. К западу зона Внешнего Загроса продолжается системой пологих предгорных складок Юго-Западной Турции. Складчатые деформации обеих зон происходили в миоцене-квартере в результате срыва чехла кратона по эвапоритам инфракембрия [Копп, 1997].
Главный надвиг Загроса разделяет зоны Внешнего и Внутреннего Загроса, продолжаясь на запад надвигом Южного Тавра, Латакийско-Килисской зоной, дугами Кипра и Крито-Эллинид [Трифонов, 1999]. Воль зоны Главного надвига протягивается сутура нео-Тетиса, которая маркируется линейным распространением линзовидных пакетов и чешуи, а также расположенных рядом бескорневых покровов офиолитов. Наиболее значительные фрагменты сутуры нео-Тетиса расположены на центральном участке Главного надвига Загроса.
Внутренняя зона Загроса включает чешуи как аравийского, так и тетического происхождения, имеет ширину около 80 км, и сложена эпиконтинентальными отложениями, поверх которых располагается флиш маахстрихско-плиоценового возраста. Начало формирования структуры внутренней зоны Загроса датируется олигоценом.
Современная Альпийская геодинамическая система
В соответствие с современными представлениями, активные области АЕКО и Карпаты входят в состав глубинной Альпийской (Средиземноморско-Европейской, Карпато-Кавказской) региональной системы, контролирующей пространственно-временные закономерности медленных колебательных и быстрых сейсмических движений литосферы этих областей [Макаров, 1996; Юдахин и др., 2003] (рис. 5). Альпийская панрегиональная система включает Карпатскую и Кавказско-Копетдагскую подсистемы, расположенные на юге и юго-западе Восточно-Европейской платформы, и контролирует орогенные области и прилегающие к ним участки платформы.
Система обладает сложной иерархической структурой, и для каждого из ее уровней существуют свои источники энергии и особые механизмы, обусловливающие развитие системы в целом, и расположенные, главным образом, в пределах орогенных областей. Полем напряжений низшего ранга для Альпийской системы является глобальное сдвиговое поле напряжений, обусловленное особенностями вращения Земли, в котором формируются крупные правые сдвиги АГП. Глобальное поле, по мнению П.Н. Николаева, ответственно за возникновение сильных землетрясений, в результате которых происходит разрядка напряжений, накапливающихся в пределах крупных объемов литосферы [Николаев, 1992].
На более высоком уровне, в поле напряжений панрегионалыюго ранга, развитие системы определяется процессами, связанными с взаимодействием плит и крупных блоков литосферы, и происходит в условиях латерального сжатия и субвертикального растяжения [Николаев, 1992]. Платформенная часть Альпийской системы - Восточно-Европейская платформа - испытывает на себе динамическое воздействие со стороны двух фронтов альпийских деформаций: с юга на север (Кавказ) и с юго-запада на северо-восток (Карпаты) [Макаров и др., 1996; Юдахин и др., 2003]. При этом сколько-нибудь отчетливого раздела между Карпатским и Кавказским (Периаравийским, по М.Л. Коппу) фронтами геодинамического влияния на Восточно-Европейскую платформу не проявляется.
Динамическое воздействие Периаравийского активного фронта распространяется не столь далеко из-за активных глубинных процессов развития осадочных бассейнов Черноморско-Каспийской системы. Эти процессы значительно ослабляют направленное на север давление со стороны Аравийской плиты и течение горных масс. Более глубоким предполагается влияние на земную кору Русской плиты со стороны Карпатской дуги. Современное динамическое воздействие Карпатского фронта деформаций на смежную платформу наиболее явно проявляется в синхронном высвобождении упругой деформации активного региона Восточных Карпат и отдельных весьма удаленных и слабоактивных районов Восточно-Европейской платформы [Ананьин, 1998; Юдахин и др., 2003]. Полосу воздействия составляют поднятия Украинского и Воронежского выступов кристаллического фундамента, поднятие Токмовского выступа основания. Пространственно и генетически полоса поднятий соответствует трансплатформенной сейсмоактивной зоне северовосточного простирания, динамически более всего откликающейся на процессы и события, которые происходят в Карпатской области [Щукин, 1996]. Отчетливая анизотропия упругих волн из мантийных очагов свидетельствует о том, что воздействие фронта альпийских деформаций преобладает над всеми известными воздействиями геологического прошлого, как по дальнодействию ( 1000 км), так и по глубине (до 100 - 150 км) и объему деформируемой среды (коры и верхней мантии) [Юдахин и др., 2003].
Анализ механизмов очагов землетрясений, выполненный П.Н. Николаевым для зоны Вранча в Восточных Карпатах, показал, что для очаговой зоны карпатских землетрясений в интервале глубин от 70 до 170 км характерна обстановка, типичная для зон нагнетания материала. В главной части очаговой зоны для оси сжатия оз и промежуточной оси 02 наблюдается преимущественная субгоризонтальная ориентировка при субвертикальной ориентировке оси растяжения о\ [Николаев, 1992]. В пределах центральной части очаговой зоны происходит изменение ориентировки оси аз. При общем северо-западном простирании она постепенно приобретает северо-восточную ориентировку, снова меняющуюся на северозападную у противоположного края очаговой зоны. При этом происходит как бы «расплющивание» очаговой зоны в горизонтальном направлении с выжиманием материала вверх. В качестве основной причины изменения поля напряжения в пределах Карпатской очаговой зоны рассматривается чередование мощных слоев мантии с различными физико-механическими свойствами. Согласно гравиметрическим расчетам, породы в зоне Вранча разуплотнены, а к востоку от зоны субгоризонтальный слой пониженной скорости и плотности прослежен вплоть до Крыма [Современная геодинамика..., 1995]. Предполагается, что «тело» с аномально низкой плотностью, имеющее «корни» под зоной Вранча, образовано дериватами мантийного вещества.
Таким образом, функционирование Карпатской подсистемы Альпийской системы в большей степени проявляется на уровне мантии. Влияние Карпатского фронта альпийских деформаций в значительной степени сказывается на развитии прилегающей части Восточно-Европейской платформы и проявляется в отчетливой анизотропии распространения упругих волн из мантийных очагов зоны Вранча и синхронном высвобождении упругой энергии в зоне Вранча и отдаленных районах Восточно-Европейской платформы.
Функционирование Кавказско-Копетдагской подсистемы Альпийской системы наиболее активно проявляется на уровне коры и в большей степени сказывается на формировании регионов АЕКО. Распространение Кавказского фронта альпийских деформаций к северу и к северо-востоку в существенной степени тормозится развитием Черноморско-Каспийской глубинной системы седиментационных бассейнов, а также мощным влиянием зоны коллизии Индостана и Евразии.
Итак, Альпийская система обладает сложной иерархической структурой и развивается на низшем уровне как один из элементов тектонодинамической системы АГП, на более высоком уровне - как система панрегионального взаимодействия плит и крупных блоков литосферы. В свою очередь, система включает локальные системы, развитие которых определяется функционированием процессов локального характера, обусловленных процессами преобразования вещества и изостатической компенсации.
Методика и исходные данные сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности
Главной отличительной особенностью данной диссертации является исследование временного хода сейсмичности на уровне разномасштабных объемов литосферы в рамках единой геодинамической системы АЕКО - части самого крупного и долгоживущего внутриконтинентального Альпийско-Гималайского пояса, развивающейся в обстановке коллизии Евразийской и Аравийской плит. Сейсмичность является одним из основных индикаторов современной тектонической активности, и проведенный анализ способствует лучшему пониманию режима и характера тектонических процессов АЕКО - и в целом, и на уровне ее составляющих, - а также открывает новые перспективы для исследования других сейсмоактивных территорий.
Исходным материалом исследований являются каталоги землетрясений Северной Евразии под редакцией Н. В. Кондорской и В. И. Уломова, сейсмичности Европы В. Карника и каталог Национального информационного центра по землетрясениям Геологической службы США, включающие данные по сейсмичности регионов АЕКО и смежных сегментов АГП [Karnic, 1968, 1971; Specilized Catalogue..., 1996; Global Hypocenters Data Base, 2000]. В ходе анализа учтены землетрясения с М от 4,3 за период с 1900 по 1990 гг. Для оценки представительности выборок на интервале с 1930 по 1990 гг. приведены графики повторяемости землетрясений регионов, обособленных в структуре АЕКО: Анатолии, Карпат, Кавказа и Копетдага (рис. 6, 7). В завершающем разделе главы проведена верификация полученных результатов с учетом новых данных с 1991 по 2004 гг., представленных в Оперативном сейсмологическом каталоге Геофизической исследовательской центральной экспериментально-методической экспедиции г. Обнинска.
Важной особенностью работы является выбор временного интервала. И при изучении небольших площадей и при исследовании целых полушарий Земли рассматриваемый интервал чаще всего не превышает 30 лет. В предлагаемой работе рассматриваются долговременные вариации сейсмичности на протяжении периода с 1900 по 1990 гг., коэффициент корреляции временных рядов рассчитывается для периода представительной регистрации сейсмических событий с 1930 по 1990 гг.
В ходе анализа ставилась задача выявить сравнительно долговременные изменения сейсмичности с периодом от 10 лет. Такие изменения отчетливо проявляются при скользящем усреднении годовых данных по 5, 10 и 15 годам. Однако, при усреднении по 5 годам наиболее эффективна оценка вариаций с периодами до 10 лет, при усреднении по 15 годам отчетливее проступают изменения с периодами 30-50 лет. Оптимальным оказалось скользящее усреднение по 10 годам, так как такое усреднение предоставляет возможность оценки всех вариаций с указанными периодами. В разделе 4.3. предлагаемой главы приведены диаграммы, отражающие вариации числа землетрясений при шаге суммирования в 5, 10, 15 и 20 лет, а также рассмотрено изменение коэффициентов корреляции в зависимости от масштаба осреднения. При исследовании временного хода сейсмичности относительно небольших доменов для оценки основных тенденций временного хода применялся сравнительный анализ временных рядов десятилетних сумм. Наличие миграции сейсмической активизации выявлялось с помощью кросскорреляционного анализа временных рядов.
Детальный анализ пространственно-временного распределения сейсмичности выполнен для Анатолии и Кавказско-Копетдагского сегмента. Для Анатолии построена карта плотности эпицентров землетрясений с шагом суммирования 0,5, в ее пределах выделены «домены» - участки повышенной концентрации эпицентров землетрясений, а также области со сходным типом сейсмического режима в рассматриваемом периоде. Для того чтобы оценить, насколько близки тенденции временного хода сейсмичности отдельных доменов, проведено сопоставление временных рядов десятилетних сумм землетрясений. Для областей проведено сопоставление временных рядов числа землетрясений со скользящим осреднением по 10 годам, а также сопоставление рядов десятилетнего количества локальных всплесков («пиков») сейсмичности доменов в период 1900 по 1990 гг. Связь проявлений сейсмичности выявлялась с помощью вычисления коэффициентов корреляции временных рядов. Для выявления возможной миграции сейсмической активизации проводился кросскорреляционный анализ временных рядов. В контексте поведения умеренной сейсмичности также рассмотрена пространственная и временная приуроченность сильных событий Северной Анатолии.
Анализ пространственно-временных закономерностей поведения сейсмичности Кавказско-Копетдагского сегмента включает в себя построение карты плотности эпицентров землетрясений, выделение доменов - участков повышенной концентрации эпицентров землетрясений, построение временных рядов числа землетрясений, отражающих долговременные вариации сейсмичности в доменах. На заключительном этапе выделены группы доменов со сходной тенденцией временного хода землетрясений, а также выполнена проверка на наличие миграционных эффектов внутри групп.
Для Карпат, Анатолии, Кавказа и Копетдага также произведен сравнительный анализ временных рядов числа землетрясений со скользящим осреднением по 10 годам, с его помощью выявлены регионы с прямым и обратным согласованным изменением сейсмичности, обозначены регионы с синхронным изменением числа землетрясений, определен характер их взаимодействия. Долговременные изменения сейсмичности АЕКО сопоставлены с долговременными изменениями смежных Памиро-Гиндукушского и Динаро-Балканского сегментов АГП.
