Соотношение сейсмичности с новейшими морфоструктурами Тянь-Шаня

Содержание Аннотация Введение Методика исследований Результаты Обсуждение результатов Заключение Благодарности Литература Аннотация

Рассматривается Тянь-Шаньская орогеническая система, которая является крупнейшим геодинамическим и сейсмопрогностическим полигоном, где интенсивно ведутся исследования глубинного строения, новейшей тектоники и сейсмичности. В пределах казахстанской части рассматриваемого региона в нее входит ряд мегантиклиналей и важнейших активных разломов [Тимуш, 1999]. Предлагается количественная оценка сейсмической активности важнейших разломов и осей морфоструктур Тянь-Шаня, алгоритмы и методы построения растровых карт плотности распределения эпицентров землетрясений вдоль новейших морфоструктур и активных разломов. На основе этого исследования выявлены и проанализированы соотношения сейсмичности с новейшими морфоструктурами Тянь-Шаня.

Введение

Одной из актуальных задач сейсмотектоники является исследование пространственно-временных соотношений сейсмичности с морфоструктурой, под которой понимают новейшую структурную форму, выраженную в рельефе [Чедия, 1986]. Автором предпринята попытка выявить такие соотношения в Тянь-Шаньском регионе, используя компьютерную технологию для совместного пространственно-временного анализа сейсмичности c новейшими морфоструктурами.

Методика исследований

Предложена количественная оценка сейсмической активности важнейших разломов и осей морфоструктур Тянь-Шаня, разработан аппарат количественной меры для оценки сейсмоактивности разломов и осей антиклинальных складок основания (новейших морфоструктур) Тянь-Шаня, алгоритмы и программы для вычисления таких мер. Освоены методики расчета меры плотности распределения эпицентров землетрясений вдоль новейших морфоструктур и построения на ее основе растровых карт распределения плотности эпицентров землетрясений. При исследовании использовались:

1) Карта активных новейших разломов Джунгаро-Северо-Тянь-Шаньского региона (По данным дешифрирования космофотоснимков)

2) Схема расположения морфоструктур Джунгаро-Северо-Тянь-Шаньского Региона и профилей для измерения их геометрических параметров. [Тимуш, 1999].

Рассматривались только наиболее крупные (рельефообразующие) разломы, а также новейшие морфоструктуры (складки основания) для территории иследования. Расчеты мер сейсмической активности проводились по разломам и осям антиклинальных складок основания, оцифрованных по проекциям на дневную поверхность тектонических структур и записанных в файлы. Точность определения эпицентров землетрясений по данным каталога плюс-минус 5 км. Рассматривая глобальную геодинамику новейших орогенов Центральной Азии, А.В.Тимуш [1997] отмечает, что сейсмичность находит объяснение в связи с парагенезами различных структур. Генетическая связь очагов землетрясений с крупными разломами почти никем не оспаривается. Тем не менее, это не решает проблему выделения сейсмогенерирующих зон. Этим во многом обусловлена данная работа, целью которой является попытка четко выделить и оценить с помощью количественных мер сейсмоактивность разломов региона и новейших морфоструктур. Исходим из следующих закономерностей [Тимуш, 1996]:

- скопление очагов сильных и слабых землетрясений приурочены, в основном, к зонам деструкции взбросо-надвигового типа вдоль крутых крыльев складчато-блоковых вергентных (асимметричных) морфоструктур;

- очаги землетрясений имеются также вдоль тех участков субтрансформных сдвигов, где по разные стороны шва наблюдается противоположная направленность векторов вергентности морфоструктур;

- асейсмичными или слабо сейсмичными являются участки субтрансформных сдвигов с однонаправленными векторами вергентности по разные стороны шва, а также участки отсутствия вергентных структур по обе стороны шва, что свидетельствует о затухании телеколлизионных деформаций.

Выявление соотношений сейсмичности с новейшими морфоструктурами осуществляется в несколько этапов с использованием методики оценки меры сейсмической активности разломов и осей антиклинальных складок, а также применения алгоритма построения растровых карт по плотности эпицентров землетрясений вдоль морфоструктур. Принимается следующий аппарат вычисления значения меры сейсмической активности. В первом случае это - минимальное удаление сейсмического события от структуры региона (в километрах); в другом - коэффициент корреляции сейсмических событий с элементами тектонических структур региона. Вводится количественная мера mu, определенная на множестве всех сейсмических событий из Каталога землетрясений с 1960-2000 гг. и оцифрованных каталогов активных разломов и осей антиклинальных складок, составленных по карте морфоструктур и разломов. Затем фиксируется подмножество событий из множества сейсмических событий Каталога на выделенном временном промежутке (например, один год) и анализируются по отдельности электронные каталоги разломов и осей антиклинальных складок, куда входят все координаты разломов и осей. Мера mu определяется для всех событий из выделенного подмножества согласно формуле:

mu=1-Lmin/Lmax,

где Lmin - минимальное расстояние события до элемента тектонической структуры (разлома или оси антиклинальной складки), Lmax - можно принять равной для вычислений 20 км (принадлежность землетрясения к тектонической структуре по обе стороны от нее). Например, для события, расположенного непосредственно на разломе или оси, принимается mu=1, а для сейсмического события, попадающего на границу выделенной области, mu=0. Из этого видно, что все значения меры mu находятся в интервале от 0 до 1. Это мера подобия пространственного распределения сейсмических событий и конфигурации тектонических структур (Рис. 1).

Для пространственного вычисления меры сейсмической активности основных морфоструктур региона расчет проводился в скользящем (по одному событию из каталога) окне с разными масштабами выборки по кластерному принципу - 16, 32, 64, 128 событий из каталога ; вычислялось минимальное расстояние каждого события до ближайшей тектонической структуры, суммировалось и относилось к масштабу выборки. ( Рис. 2).

В результате работы программ получены графики временных вариаций численных значений мер сейсмической активности основных тектонических элементов Тянь-Шаня с 1960-2000 гг. и 1980-2000 гг. для территории 42-44oN, 76-79oE. (Рис. 1, 2).

Показано, что вариации мер вдоль разломов и осей новейших морфоструктур Тянь-Шаня ведут себя по-разному. Из Рис. 2 можно предположить, что в разные интервалы времени происходили фазы активизации этих структур и активизация сейсмогенерирующих свойств в целом. Делается попытка оценить сейсмическую активность тектонических структур количественно.

В свете выделения соотношений сейсмичности с новейшими морфоструктурами Тянь-Шаня, предложена методика построения растровых карт для исследования распределения плотности сейсмических событий на основных элементах сейсмогенерирующих тектонических структурах Тянь-Шаня. В результате получены карты, представленные на (Рис. 3, 4, 5).

Кратко остановимся на построении карт. Применяется скользящее окно размером 0.25*0.25, которым сканируется вся территория исследования. В каждом таком окне рассчитывается плотность сейсмических событий, попавших в ячейку, по кластерному принципу [Казаков, Литовченко, др. 1997] ищется центр тяжести. Текущая ячейка, двигаясь с шагом 1 минута, проходит всю площадь заданной территории. Подсчитывается плотность событий, попавших в центр тяжести всех событий каждой ячейки. Запоминается значение плотности и затем на карту выносится разным цветом распределение плотностей на сейсмогенерирующие тектонические структуры (См.обозначение на рис. 2 - меньше 5 землетрясений , 3 - меньше 10, 3 - меньше 20, т.д., 8 - меньше 60, 9 - больше 60). Результаты работы программ представлены на картах (Рис. 3, 4, 5). При сопоставлении карт распределения плотностей эпицентров землетрясений, визуально наблюдается лучшая коррелируемость с осями антиклинальных складок, чем с активными разломами. Более компактное распределение плотностей эпицентров отмечается вдоль осей в контурах складок с учетом направления движения осей. При встречном движении осей, плотность эпицентров больше, что показано разным цветом по цветовой шкале (2-9) на рисунках. Корреляция с разломами визуально также выделяется на карте. Это предположение может быть подкреплено и количественными оценками, проведенными выше. Но здесь требуется более подробный геолого-тектонический и статистический анализ.

Результаты

Произведенные расчеты мер сейсмической активности для основных элементов тектонических структур Тянь-Шаня дали возможность выделить соотношения сейсмичности с основными морфоструктурами Тянь-Шаня. Анализ полученных данных показывает, что вариации количественных характеристик мер сейсмической активности на активных разломах и осях антиклинальных складок Тянь-Шаня ведут себя по-разному. Выявлены разные значения меры для разломов и осей в разные временные интервалы. Как отмечалось в [Тимуш, 1999], в Тянь-Шаньском регионе преобладают субвертикальные складкообразовательные движения за счет тангенциального сжатия, что также приводит к развитию структур взбросового типа. В зависимости от них происходит активизация сейсмичности на новейших морфоструктурах Тянь-Шаня. Данное предположение подтверждается и представленными картами распределения плотности сейсмических событий на новейших морфоструктурах Тянь-Шаня, где учитывались направления движений осей антиклинальных складок.

Обсуждение результатов

Научным результатом в данном исследовании является выявление соотношений сейсмичности с новейшими морфоструткурами Тянь-Шаня. Аппарат количественной меры и алгоритмы вычислений могут быть модифицированы для других сейсмических параметров и сейсмоактивных регионов. Представляется, что выделенные соотношения сейсмичности с новейшими морфоструктурами Тянь-Шаня могут оказаться полезными в решении комплекса задач прогноза, оценки сейсмического риска региона. Пространственно-временной анализ сейсмичности позволяет учитывать механизмы формирования Тянь-Шаньской геодинамической системы в целом.

Заключение

В статье рассматривается Тянь-Шаньская орогеническая система. Выявлены соотношения сейсмичности с новейшими морфоструктурами в Тянь-Шаньском регионе, с использованием компьютерной технологии для совместного пространственно-временного анализа сейсмичности c новейшими морфоструктурами. Предложена количественная оценка сейсмической активности важнейших разломов и осей морфоструктур Тянь-Шаня, разработан аппарат количественной меры для оценки сейсмоактивности разломов и осей антиклинальных складок основания (новейших морфоструктур) Тянь-Шаня, алгоритмы и программы для вычисления таких мер. Построены карты распределения плотности землетрясений на различных тектонических структурах Тянь-Шаня.

Литература

Казаков В. В., Литовченко И. Н., Паршуков М. Ю. Рои землетрясений на Северном Тянь-Шане/ Прогноз землетрясений и глубинная геодинамика (17-21 ноября 1997), Доклады международного симпозиума.-Алматы, 1997,cc.145-151

Казаков В.В., Сыдыков А., Садыкова А.Б., Белослюдцев О.М., Курскеева Л.А., Литовченко И.Н. Среднесрочный прогноз сейсмической активности на Северном Тянь-Шане/Прогноз землетрясений и глубинная геодинамика (17-21 ноября 1997),Доклады международного симпозиумасс.160-167, Алматы,1997.

Тимуш А.В. Напряженно-деформированное состояние новейших морфоструктур Джунгаро-Северо-Тянь-Шаньского региона.Алматы.12 с., 1999.

Тимуш А.В. Альпийская геодинамика сейсмоактивных орогенов Казахстана Прогноз землетрясений и глубинная геодинамика. Алматы: Эверо, с.50-60, 1997.

Тимуш А.В. Внутриконтинентальный орогенез и сейсмичность юго-восточного Казахстана //Теория и практика прогноза землетрясений на территории Тянь-Шаня (Тезисы 3-го Казахстанско-Китайского симпозиума).Алматы,с.113-114, 1996.

Чедия О.К. Морфоструктуры и новейший тектогенез Тянь-Шаня. Фрунзе:Илим. 315 с., 1986

Голенецкий С.И. В сб.: Геодинамика внутриконтинентальных горныхобластей. Наука.Новосибирск,с.5-8, 1990.

Рундквист Д.В., Соболев П.О., Ряховский В.М. Отражение различных типов разломов в сейсмичности Байкальской рифтовой зоны. Доклады Академии наук., Т.366.N6. с.823-82, 1999.

Стаховский И.Р., Белоусов Т.П. Параметры локального самоподобия систем активных разломов и пространственное распределение сейсмичности//Доклады Академии Наук, Т.354.N4, c.545-548, 1997.