Тектоника очаговых зон сильных внутриконтинентальных землетрясений : (На примере юга СССР и западного Средиземноморья) Рогожин, Евгений Александрович

Введение к работе

^Ауту; льность проблемы. Представления о природе геологичес-

¹ тд^р/ серт.

Щх с'трТктур, с которыми связаны очаги сильных землетрясений, противоречивы. Большинство сейсмологов и сейсмотектонистов связывает сейсмические очаги с зонами крупных разломов. С позиции разломкой модели землетрясений разработаны и физические модели эчагов. В то же время ряд исследователей основополагающее значение придает дизъюнктивным узлам как местам размещения очагов зилышх сейсмических событий. Существуют также представления, что в генерировании сейсмических толчков разломы не играют вообще никакой роли, что очаг землетрясения - это объемная структура, связанная с ростом складок или с деформацией блоков земной коры. Ъ трех перечисленных систем взглядов лишь первая конкретизирует іоложение сейсмического очага в геологической структуре - плоскость подвижки в очаге отождествляется с поверхностью сместителя разлома. С точки зрения двух других - не вполне ясно, как очаги сильных землетрясений вписываются в дизъюнктивные узлы, складки эсадочных пород или блоки коры.

Разнообразие во взглядах на природу геологических структур, контролирующих сейсмичность, объясняется несколькими причинами. Іервая из них - скудость сведений о самих очагах землетрясений. Пишь в последние 10-15 лет эшщентральные зоны сильных событий зтали систематически изучаться с применением комплекса разных, в гом числе и геологических методов. Второй причиной является недостаточное знание структуры геолого-геофизической среды, в которой возникают сейсмические толчки (ширина и внутреннее строе-аие зон глубинных разломов, структурная неоднородность сейсмоактивного слоя и т.п.). Давно известен блоковый характер этой сре-ш (Садовский, 1984), но неясно, какие по размеру блоки имеют [дубинное заложение и контролируют сильную сейсмичность. Остается открытым вопрос о соотношении блоков коры со складчатыми деформациями разных рангов.

Зеясно также насколько структурно однородны по простиранию зоны крупных разломов.

И, наконец, редко используется очень важный источник информации о сейсмических процессах в очагах - сопоставление всех имеющихся о них сведений с детальным и более общим геологическим и глубинным строением района возникновения каждого конкретного землетрясения и с ведущими тенденциями тектонического развития дан-

ной территории. Ведь сейсмичность является одним из проявлений более общей причины - современного тектонического режима.

Для совершенствования физической теории строения и развития сейсмических очагов, для разработки принципов долго- и среднесрочного прогноза землетрясений, для решения задач общего и детального сейсмического районирования знания о геологической структуре очаговых зон совершенно необходимы. Как известно, неглубокие сильные землетрясения, очаги которых располагаются близ поверхности земли или выходят на неё, представ ляют наибольшую социально-экономическую опасность (Н.В.Шебалин, 1984). Поэтому изучение приповерхностной структуры сейсмоактивного слоя геологическими методами и выяснение тектонической позиции очагов такого типа имеет важное теоретическое и практическое значение.

Основная цель работы состоит в выяснении закономерностей геологического строения очаговых зон сильных коровых землетрясений и тех структурных неоднородностей геолого-геофизической среды, которые обусловливают локализацию и конфигурацию сейсмических очагов в пространстве. Для достижения поставленной цели решены следующие конкретные задачи:

1. сбор геологического и геофизического полевого и литературного материала по строению конкретных очаговых зон сильных коровых землетрясений, происшедших в основном за последние 10-15 лет в разных районах альпийского Средиземноморского подвижного пояса и в орогенной эпиплатформенной складчатой области Западного Тянь-Шаня;

2. выявление общих закономерностей геологического строения очаговых зон в зависимисти от магнитуды, тектонической структуры и тенденций развития каждого из изучаемых районов возникновения землетрясений;

3. сйор детального структурного материала, характеризующего неоднородное строение сейсмогенерирующей геолого-геофизической среды на территории хорошо изученных и обнаженных складчатых систем (Ошого Тянь-Шаня, Кавказа, Копетдага);

4. сопоставление выявленных продольных и поперечных структурных неоднородностей складчатых систем с глубинными структурами, контролирующими план новейших движений и сейсмические проявления (шовными сейсмогенными зонами), выяснение характерных раз-

меров блоков корн, обрамленных этими шовными зонами. Научная новизна работы.

1. На основании изучения сейсмодислокаций, .геолого-геофизи
ческих данных о поверхностной и глубинной структуре районов воз
никновения сильных землетрясений, а также конфигурации облаков
афтершоков, геодезических, макросейсмических и др. материалов вы
явлено конкретное геологическое строение очаговых зон сильных
внутриконтинентальных землетрясений. Построены геологические
модели сейсмических очагов рассматриваемых землетрясений как
простые - в виде единой плоскости подвижки, так и слогные - в ви
де двух и более пересекающихся или сочленяющихся поверхностей
вертикальных, наклонных или субгоризонтальных разрывов.

2. Разработан комплекс методических приемов, позволяющий выявлять морфологические неоднородности складчато-разрывной структуры сейсмогенерирующей геолого-геофизической среды в пределах исследованных' складчатых систем Юкного Тянь-Шаня, Большого Кавказа, Копетдага.

3. Прослежено унаследованное развитие новейших продольных и поперечных поднятий и прогибов, контролирующих сейсмичность, от древних, геосинклинального заложения продольных и поперечных зон с разной складчато-разрывной структурой.

4. Выявлены характерные размеры блоков коры с глубинным заложением, обрамляемых продольными, поперечными пли диагональными човннми сейсмогенными зонами.

5. Проведено сопоставление размеров очагов изученных землетрясений, а также "среднестатистических" очагов с разной магниту-дой с характерными размерами блоков, отражающих глубинную делимость коры.

Таким образом, разработанное в диссертации новое научное нал-. равление сводится к разработке методик для геолого-геофпзической паспортизации очагов сильных землетрясений и для выявления структурных неоднородностей геолого-геофизической среды, определяющих размещение и конфигурацию этих сейсмических очагов.

Этот комплекс методик позволяет решить крупную научную проблему - выяснение конкретной геологической структуры очагов сильных землетрясений в зависимости от магнитуды; в виде единой плоскости подвижки в зоне разлома (М<б); в виде двух или нескольких пересекающихся и сочленяющихся плоскостей подвижек в зонах суб-

- 4 -вертикальных или наклонных разрывов, образующих сложный дизъюнктивный узел (6^М<7,5).

Кроме того, работа содержит эмпирическое обобщение геолого-геофизического и сейсмологического материала по строению очаговых зон ряда сильных землетрясений, происшедших в основном в последние 10-15 лет в альпийском Средиземноморском поясе и его ближнем обрамлении.

Практическое значение работы. Выявленные закономерности строения очаговых зон сильных коровых землетрясений, -а также сведения о детальной внутренней складчато-разрывной структуре сейс-могенных зон используются при общем и детальном сейсмическом районировании, а также в работах по долго- и среднесрочному прогнозу сильных землетрясений.

Собранные структурные материалы и выявленные закономерности неоднородного строения складчатых систем йшого Тянь-Шаня и Большого Кавказа могут быть использованы для тектонической интерпре_т тации материалов геофизических работ, проводимых на их территории и в соседних районах.

Внедрение результатов работы. Результаты сейсмотектонических исследований использованы автором при составлении карт разломов и блоков Кавказа и Копетдага, послуживших основой для карт оперативного слежения за режимом сейсмичности при работе по среднесрочному прогнозу землетрясений в составе межотдельской группы ОСАС ИФЗ АН СССР (в содружестве с Кавказским региональным центром прогноза землетрясений).

Материалы изучензя очаговых зон сильных землетрясений необходимы для начавшихся работ над новой картой сейсмического районирования территории СССР м-ба 1:2 500 000 при составлении карт ВОЗ в двух направлениях: при пространственной локализации и оценке их ранга, а їакже при уточнении положения очагов.

Составленные автором структурно-геологические разрезы Алайско-го хребта включены в производственные отчеты геолого-съемочных партий Екно-Киргизской геологической экспедиции НО "Киргиз-геология", а структурно-геологический разрез по р.Кодори на южном склоне Большого Кавказа использован в производственном отчете Геофизической партии по региональным работам ПО "Грузгеоло-гия" для интерпретации данных по составленному профилю МОВЗ.

Материалы по строению Ккного Тянь-Шаня, Большого Кавказа и Копетдага послужили основой для изображения этих районов на Карте региональных тектонических структур складчатых областей

- 5 -СССР (Основе для карты редкометальной металогении СССР) м-ба 1:2500000, изд.ИМГРЭ,1980 и Карте тектонических структур складчатых областей азиатской части СССР (Основе для карты редкометальной металлогении СССР) м-ба 1:7500000, изд. ИМГРЭ, 1986.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в монографии (Рогожин, 1977), в восьми сборниках и монографиях в соавторстве, а также более, чем в .50 статьях в журналах "Бюллетень Московского общества испытателей природы", Доклады АН СССР, "Геотектоника",Изв.АН СССР, серия "Физика Земли", "Геоморфология", "Природа", "Mature ".Сообщения АН ГрССР, Изв.АН Туркменской ССР, Изв. АН Аз.ССР, в сборниках серии "Землетрясения в СССР", "Вопросы инженерной сейсмологии" и в других изданиях.

Апробация .работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на Всесоюзных и Международных совещаниях - Совещании, посвященном 30-летию Ашхабадского землетрясения (1978, Ашхабад),.совещании по Соотношению геологических процессов в палеозойских складчатых сооружениях Средней Азии (1978, Фрунзе), Международном симпозиуме по изучению сейсмической опасности (І98І,Либлице,ЧССР)ДП .Генеральной Ассамблее Европейской сейсмологической комиссии (1984,Москва), Всесоюзном совещании "Опыт-изучения Газлийских землетрясений и проблема прогнозирования землетрясений" (1985,Ташкент), 23-ей и 25-й Генеральных Ассамблеях Международной ассоциации сейсмологии и физики земных недр ( iaspei) (1985,Токио;ГЭ89,Стамбул), Третьем-Всесоюзном семинаре-школе "Геодинамика Кавказа" (1986,оз.Севан), XX и ХХШ Всесоюзных, тектонических совещаниях (1987,1990,Москва), Всесоюзной конференции "Современная геофизика литосферы континентов" (1985, Иркутск), Втором Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии"' (1986,Ялта),Юбилейной сессии,посвященной 50-летию Кавказской геологической экспедиции МГУ (1988).Всесоюзной школе-семинаре "Геолого-геофизические исследования в сейсмоопасных зонах CCCF"(I989. Фрунзе). Автор принимал участие в работе некоторых других совещаний и симпозиумов, делал доклады на заседаниях Московского общества испытателей природы-(1973,1976), заседаниях Ученого Со-.вета ЙФЗ АН СССР, расширенном заседании Бюро Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук АН СССР (1989), читал лекции для молодых ученых (1987,Суздаль) и на курсах повышения квали-

фикации геологов-съемщиков (геологический ф-т МГУ, 1989). .

В ответ на устные и письменные запросы многие публикации автора переданы ведущим зарубежным ученым: Р.Прайсу, Р.Тршпи, Б.Сикошеку, М.Моичевичу, С.Чичичу, М.Меграоуи, О.Кирещу, С.Ку-мару, К.Кхатри, А.Систернасу, Е.-К.Буске, Э.Филипу и др. Ссылки на работы автора содержатся в вышедшей в Югославии монографии ( S.6i6i6 , 1985).

Фактический материал. В основу работы положены следующие данные. I. Материалы личных, а также в содружестве с Б.А.Борисовым, С.С.Арефьевым, Н.В.Шебалиным, К.Г.Плетневым, Г.И.Рейсне-ром, Л.Б.Славшой, Н.В.Кондорской, Т.Я.Мамедовым, Л.Н.Рыбаковым, Б.М.Богачкиным, А.Г.Гасановым, Б.М.Панахи и.др. многолетних исследований (с 1977 г.) по вопросам сейсмотектоники и геологического контроля сильной и слабой сейсмичности, а также по геологическому обследованию плейстосейстовых областей сильных землетрясений в СССР и др. странах.

2. Опубликованные материалы о сильных землетрясениях в СССР и др. странах (Землетрясения в СССР; Новый каталог.... Ред. Н.В. Кондорская, Н.В.Шебалин, 1977; и др.).

3. Результаты личных многолетних (с 1966 г.) полевых исследований складчато-разрывной структуры Южного Тянь-Шаня, Кавказа, Копетдага, Динарид, Телль-Атласа, систематизированные в виде большого количества детальных структурно-геологических разрезов и карт.

4. Опубликованные материалы, отражающие структуру изученных складчатых систем (Сорский, 1962; Шолпо, 1964, 1978; Виноградов, 1961; Шадчинев, 1970; Буртман, 1976; Леонов, 1986-1989; Калугин,. 1977; Кер, I973;iiojioevio , I980;Gi

и др.) .

5. Карты фаций и мощностей палеозойских отложений Южного Тянь-Шаня, построенные автором на основании большого количества опубликованных и фондовых данных по стратиграфии.

6. Материалы по неотектонике изученных .складчатых систем из опубликованных работ (Милановский, 1968; Николаев, 1973; Ранцман, 1986, 1987; Несмеянов, 1971, 1978, 1986; Чедия, 1972, 1986; Джа-малов, 1986 и др.).

В работе по выявлению закономерностей строения очагов землетрясений (I часть диссертации) рассматриваются землетрясения с

- 7 -5,5<М<7,5, то есть проявления мезосейсмичности. Поскольку для анализа структуры очагов привлекались только материалы по хорошо и комплексно изученным землетрясениям, то многие сейсмические события такой силы, а также такие интересные объекты, как очаги землетрясений-гигантов (с М> 7,5), к сожалению, из рассмотрения выпали, т.к. не были своевременно и детально обследованы. Выбор объектов исследования ограничивался также в основном теми землетрясениями, в изучении которых автор принимал непосредственное участие. Это сузило рамки использованного материала еще и территориально: все эти сейсмические события произошли в пределах альпийского Средиземноморского пояса или в его северном обрамлении.

Для решения указанных выше задач интерес представляют неглубокие коровые, особенно приповерхностные землетрясения и те из них, очаг которых вышел на поверхность, поскольку только они могут успешно изучаться с помощью геологических методов. Размеры очагов самых сильных из рассмотренных землетрясений (по Риз-ниченко, 1068; Шебалину, 1975; Штейнбергу, 1983; Бакову, 1988; смлпегу , 1969 и др.) соизмеримы с мощностью земной коры в складчатых областях и не превосходят ширины одной складчатой системы. Эти объекты исследования являются внутришштными, внутриконтиненталышми. Поэтому для понимания их структурной приуроченности и геологического строения нет необходимости привлекать положения общих тектонических концепций, к примеру гипотезы тектоники плит.

Детальное изучение структуры сейсмогенерирувдей геолого-геофизической среды (П часть диссертации) проводилось на примере Южного Тянь-Шаня и Большого Кавказа (хотя для районов возникновения землетрясений, затронутых в первой части, также дано довольно подробное описание их тектонического устройства). Все это - хорошо обнаженные складчатые системы, входящие в Средиземноморский пояс и его северное обрамление. Для Южного Тянь-Шаня и Большого Кавказа также привлечены литературные данные о многих сильных, но недостаточно полно обследованных землетрясениях. .

Таким образом, очерчиваются предмет и круг объектов и районов исследования.

Построение и объем работы

Диссертация разделена на две части, предваряется введением и завершается заключением. Первая часть (4 главы) отражает глав-

ные закономерности геологического строения очаговых зон сильных землетрясений. Вторая часть (5 глав) посвящена строению и истории развития складчатых систем, а также структурным особенностям продольных и поперечных сейсмогенных и асеймичных зон в их пределах. Работа имеет объем г^7стр., сопровождается 118 иллюстрациями и списком литературы в Я27 названий.

На всех этапах работы автор постоянно пользовался советами и консультациями члена-корреспондента АН СССР В.В.Белоусова, а также сотрудников ИФЗ АН СССР Б.А.Борисова, А.В.Горячева,. И.Е. Губина, Л.И.Иогансок, Ю.Ф.Копничева, Б.Г.Дутца, Л.Б.Славиноі, Ю.П.Сковородкина и др., а также сотрудников других организаций: А.В.Вихерта, М.А.Гончарова, К.Л.Волочковича, В.М.Ненахова, Е.Я. Ракцман, Д.П.Резвого, П.Д.Резвого, Р^Е.Риненберг, О.К.Чедии, В.П.Чернышука, И.Д.Фатхуллаева и др.

Большой труд по чтению рукописи диссертации и автореферата взяли на себя В.В.Белоусов, Н.В.Кондорская, Г.Л.Косарев, Г.И.Ре-йснер, Г.А.Соболев, Н.В.Шебалин, В.Н.Шолпо, В.В.Штейнберг, С.Л. Юнга, чьи замечания и доброжелательная критика учтены автором в окончательном варианте -работы. В подготовке рукописи неоценимую помощь оказали Е.П.Исакова, Е.Н.Белякова, В.А.Николаичева, С.Н. Мишина, И.Н.Макарова, С.К.Усков.

Автор многим обязан коллективу лаборатории геодинамики ИФЗ АН СССР и чл.-корр. АН СССР В.В.Белоусову и, пользуясь случаем, выражает глубокую признательность всем товарищам, способствовавшим выполнению этой работы.

теть I

Геологическое строение очаговых зон сильных землетрясений