Моделирование пространственно-временной цикличности сейсмического процесса на примере Олекмо-Становой зоны

В.А., Кугаевскому А.П., Кузьменок А.Н., Мише-нину С.Г., Лелюху М.И., Садовниковой Н.А., Павленко И.Я., Петерсону Н., Томшину М.Д., Хузину М.З. Работа посвящена памяти канд. геол.-мин. наук Д.И. Саврасова, основоположника Музея кимберлитов г. Мирного и палеомагнитных исследований кимберлитов и траппов ЯАП.

Литература

1. Брахфогель Ф. Ф. Геологические аспекты кимбер-литового магматизма северо-востока Сибирской платформы. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1984. - 128 с.

2. Владимиров Б.М., Дауев Ю.М., Зубарев Б.М. и др. Месторождения алмазов СССР, методика поисков и разведки. Ч. 1. Геология месторождений алмазов СССР

- М.: ЦНИГРИ, 1984. - 435 с.

3. Саврасов Д.И., Камышева Г.Г. Направление остаточной намагниченности в кимберлитах // Материалы V палеомагнитной конференции. - Красноярск: СО АН СССР, 1963. - С.124-129.

4. Саврасов Д.И. Магнетизм кимберлитов Якутии: дис. ... к. г-м. н. - Иркутск: ИЗК, 1967. - 250 с.

5. ZhitkovA.N., SavrasovD.I. Pakomagnetism and the ages of kimberlites exemplified by the four pipes of Yakutia. Abstracts Sixth ^^^^^1 Kimberlite Conference, Russia, Novosibirsk, 1994. - Р.695-697.

6. Kravchinsky V.A., Konstantiniv K.M., Courtillot V. et al. Paleomagnetism of East Siberian traps and kimberlites: two new poles and paleogeographic reconstructions at about 360 and 250 Ma // Geophys. J. Int. - 2002. - № 48. - Р1-33.

7. Константинов К.М. Возраст естественной остаточной намагниченности кимберлитов Накынского алмазоносного района // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород: теория, практика, эксперимент. - М.: ГЕОС, 2003. - С.34-35.

8. Константинов К.М., Саврасов Д.И., Кузьменок А.Н. Палеомагнитное датирование кимберлитов Верх-не-Мунского поля (трубки Заполярная и Поисковая) // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород: теория, практика, эксперимент. - М.: ГЕОС, 2006. - С.75-78.

9. Храмов А.Н., Гончаров Г.И., Комиссарова Р.А. и др. Палеомагнитология. - Л.: Недра, 1982. - 312 с.

10. Zijderveld J.D.A. Demagnetization of rocks, analysis of results // Methods in paleomagnetism, Collinson D.W., Creer K.M., Runcorn S.K., eds. Elsenier, Amsterdam, 1967.

- P. 254-286.

11. Tarling D.H., Hrouda F The magnetic anisotropy of rocks. - London: Chapman&Hall, 1993. - 217 p.

12. Трухин В.И., Жиляева В.А., Зинчук Н.Н. и др. Магнетизм кимберлитов и траппов. - М.: Изд-во МГУ 1989. - 165 с.

13. Храмов А. Н. Стандартные ряды палеомагнитных полюсов для плит северной Евразии: связь с проблемами палеогеодинамики территории СССР // Палеомагнетизм и палеогеодинамика территории СССР. - Л.: ВНИГРИ, 1991. - 125 c.

14. Зайцев А.И., Корнилова В.П., Фомин А.С. и др. О возрасте кимберлитовых пород Накынского поля (Якутия) // Проблемы алмазной геологии и некоторые пути их решения. - Воронеж, 2001. - С.47-54.

УДК 551.24:550.34

Моделирование пространственно-временной цикличности сейсмического процесса на примере Олекмо-Становой зоны

С.В. Трофименко

Проведены детальные исследования закономерностей сейсмической активности Олекмо-Становой и восточного замыкания Байкальской рифтовой зон. Установлена динамика сейсмического процесса зоны 118°-124° ВД, в пределах которой сформированы поля распределений афтершоковых последовательностей вследствие сейсмических событий с энергией более 1014 Дж. Выделены циклы сейсмической активности. Показано взаимодействие двух сейсмических зон в пределах переходной области по системе Темулякитских меридиональных разломов.

Ключевые слова: сейсмический процесс, циклы сейсмической активности, пространственная миграция очагов землетрясений.

Were made the particular of regularity of the seismic activity from Olekmo - Stanovaya to east closure of Baikal rift zones. Set the dynamics of seismic processе of area 118° - 124° EL, in which limits were formed the distributional fields of aftershock sequences as a result of seismic events with the power more than 1014 J. Were marked out the cycles of seismic activity. Was shown the interaction of two seismic areas within the range of

_________________ transition zone at the system of Temulyakitskie

ТРОФИМЕНКО Сергей Владимирович - к.г.-м.н., meridional faults.

доцент Технического института (филиал) ЯГУ, Key words: seismic processе, cycles of seismic

(9241)60-16-61, urovsky@yandex.ru. activity, special migration of earthquake center.

1. Особенности 22-летних циклов сейсмической активности Олекмо-Становой сейсмической зоны (ОСЗ).

Построение моделей сейсмотектонических процессов является важной составляющей в познании природы сейсмичности в её пространственно-временном континууме. Вариации параметров моделей допускают множественную интерпретацию и позволяют изучать закономерности сейсмического процесса с различных геолого-геофи-зических позиций. В круг вопросов моделирования ставятся задачи по определению закономерных изменений геофизических параметров геологической среды, на основе которых возможно прогнозирование динамики исследуемых процессов, и, как следствие, определение места будущего землетрясения, времени его происхождения, суммарной высвобожденной энергии, прогноз и уточнение сейсмической опасности для конкретной области. Второй важной составляющей исследований сейсмических процессов является определение закономерных изменений параметров собственно сейсмичности сейсмоактивных зон. Одним из компонентов закономерных изменений сейсмичности является скрытая периодичность сей-

смической активности, которая формируется силовыми полями различной природы. Подходы к решению данной проблемы имеются практически у всех исследователей, занимающихся природой сейсмического процесса и физическими процессами очаговых зон. В контексте данной работы следует отметить многоплановые работы авторов [1-4].

На рис.1 представлены поля распределений эпицентров землетрясений переходной области от БРЗ к ОСЗ, где показаны направления миграции сейсмической активности. Ранее подобная закономерность была выявлена для всей ОСЗ [5, 6] и сформированного поля сейсмичности Тас-Юрях-ского землетрясения 1967 г. (область 1, рис.1) [7].

Для выявления скрытых периодичностей сейсмического процесса Олекмо-Становой зоны использовался комплексный подход на основе применения различных математических методов. Наряду с традиционными статистическими [5, 6] методами (рис.1,А) проведено моделирование на основе разрабатываемых методов кластерного (рис.1,Б) и факторного (рис. 1,В) анализов, а также с использованием других видов математической обработки сейсмологических данных, рас-

Рис. 1. Пространственная структура сейсмического поля западного фланга Алданского щита:

Цифрами обозначены афтершоковые поля [по2, 7]: 1 - Тас-Юряхского землетрясения 1967г.; 2 - Тас-Мелиинской зоны и Олдон-гсинского роя землетрясений; 3 - Ларбинского землетрясения и поля рассеянной сейсмичности; 4 - восточного замыкания Байкальской рифтовой зоны. Стрелками показано направление миграционных волн в 22-летних циклах сейсмической активности. А - статистический метод

сматриваемых на пространственно-временных последовательностях дискретной функции [8].

Статистический прогноз области повышенной опасности может быть осуществлен по усредненным графикам миграции энергетических центров высвобождаемой энергии. Так на рис.1,А представлен график изменения широты и долготы эпицентров западной части ОСЗ (область 1, 2), усредненных по трехмесячным циклам. В данном случае каждая точка (ц, л) представляет собой некоторую область ОСЗ с учетом погрешности усреднения, в которой в данный момент (середина интервала усреднения) происходит наиболее интенсивное высвобождение сейсмической энергии (энергетический центр).

Кластерный подход (рис.1,Б) позволяет отбраковывать сейсмические события из общего потока событий, не участвующие в процессах определенной закономерности. Это, в свою очередь, предопределяет более дифференцированный (и, следовательно, более точный) способ выделения скрытых периодичностей.

Факторный анализ позволяет одновременно отслеживать изменение сейсмической активности, как отдельной тектонической структуры, так и геодинамической системы в целом (рис.1,В).

Начало сейсмического цикла для ОСЗ относит-

ся к 1972 г. с максимальным смещением к северу в 1983 г. В области 3 (рис.1) миграция эпицентров происходит вкрест основных активизированных разломов, имеющих субширотное простирание. В области 1-2 вектор смещения контролируется системой скрещивающихся разломов меридионального и субширотного простирания.

Таким образом, впервые для ОСЗ было установлено, что 22-летние циклы сейсмической активности проявляются в двух видах: скалярном в виде изменения активизации очагов на энергетическом уровне [7] и векторном в виде миграции очагов землетрясений в пределах как отдельных частей ОСЗ, так и в целом по всей ОСЗ [6].

2. Переходные процессы на замыканиях в пределах Байкальской рифтовой и Олекмо-Становой сейсмических зон.

Изучение релаксационных процессов после произошедшего Южно-Якутского землетрясения 1989 г. показало [9], что повышение сейсмической активности в апреле-мае 1989 г. произошло на восточном фланге Байкальской рифтовой зоны. Активизация сейсмической активности в БРЗ зарегистрирована в виде серии сейсмических событий (роев), не сопровождавшихся сильными (К>13) землетрясениями. На фоне стационарного

118" 120" 122“ 124"

Рис. 2. Сейсмотектоническая схема переходной зоны от БРЗ к ОСЗ:

1 - рифтогенные сбросо-сдвиги; 2 - шовные, глубинные разломы; 3 - взбросо-надвиги; 4 - активные разломы второго порядка; 5 - рифтовые впадины; 6 - эмбриональные рифтовые впадины; 7 - Южно-Якутский мезозойский прогиб; 8 - прогибы Станового поднятия, выполненные мезозойскими отложениями. М - магнитуды землетрясений. Активные разломы: 1 - Сюльбанский, 2

- Леприндоканский, 3 - Намаракитский; 4 - Новочарский; 5 - Кодарский; 6 - Ханийский; 7 - Кеменский; 8 - Олондинский; 9 -Чина-Вакатский; 10 - Токкинский; 11 - Имангринский, 12 - Тас-Юряхский; 13 - Северо-Становой; 14 - Южно-Становой; 15 -Олекминский (Темулякитский); 16 - Южно-Якутский; 17 - Янгинский; 18 - Нимнырский; 19 - Кабактинский; 20 - Нижне-Нерюнгринский; 21 - Беркакитский; 22 - Тимптонский. Рифтовые впадины: С - Сюльбанская; К - Куандинская; Н - Намаракит-ская; Л - Лурбунская; Ч - Чарская; Т - Токкинская; М - Муруринско-Читкандинская; Х - Ханийская; Вк - Верхнекаларская; Ку

- Кудулинская; И - Имангра-Чебаркасская; Т - Тас-Юряхская. Мезокайнозойские прогибы Станового подятия: Ю-Я - ЮжноЯкутский; А - Алданский; Ие - Иенгрский; Вт - Верхне-Тимтонский. Звездочками обозначена трассировка миграции сейсмической активности в пределах западного фланга Алданского щита. Вставка - нарушение стационарного распределения эпицентров землетрясений в восточном фланге БРЗ после Южно-Якутского землетрясения 1989 г.: 1 - стационарный процесс; 2 -инициированный сейсмический процесс

распределения эпицентров землетрясений инициированная сейсмичность проявилась в виде последовательной активизации определенных локальных участков в переходной области в пределах Байкальской рифтовой и Олекмо-Становой сейсмических зон (рис.2).

Рассматривались вопросы динамики сейсмического процесса после сильных землетрясений, миграции сейсмической активности и геологической интерпретации сейсмотектонических процессов переходной зоны.

Моделирование динамики сейсмического режима указывает на последовательную разрядку напряжений по активным разломам. Было установлено, что динамическая сейсмическая брешь вследствие сильного землетрясения присутствует для всех событий восточного замыкания БРЗ. Так для землетрясений восточного окончания Токин-ской впадины разгрузка среды произошла на всем протяжении субширотных Сюльбанского, Кодар-ского и Токкинского разломов, а также по системе меридиональных Олекминского (Темулякитс-кого) разломов (рис.2). Аналогичная ситуация наблюдалась для землетрясения 26.04.94 г. в зоне влияния - Новочарского разлома восточной границей зоны динамической сейсмической бреши которого стала также система меридиональных Темулякитских разломов.

Для установления закономерностей сейсмического процесса переходной области к рассмотре-

нию были приняты землетрясения с энергетическими классами выше К > 14, параметры которых представлены в таблице. В сейсмологических рядах данных отыскивались последовательные цепочки событий, образующие пространственно компактные области. В результате сопоставления данных было установлено, что основные и инициированные события произошли в зоне влияния Новочарского, Кодарского, Ханийского, Иманг-ринского, Тас-Юряхского, Северо-Станового, Южно-Станового субширотных и Олекминского (Темулякитского) меридиональных разломов. Причем как на западе (117.8 ВД), так и на востоке (121.0 ВД) рои инициированных событий проявляются в одних и тех же зонах (рис.2). Вследствие этого можно, не учитывая реологию, определить среднюю скорость распространения деформационного процесса. По представленной таблице, учитывая, что все парные события происходили практически на одной широте, среднее расстояние можно приближенно оценить по формуле: 65^(Я2 - Я1) ~ 200 км. Для скорости получим оценку Уа = 6 км/сут. Для быстрой компоненты (событие 1970 г.) скорость деформационного процесса составит 40 км/сут.

Таким образом, выявленные закономерности развития сейсмического процесса после землетрясений, существенно меняющих структуру поля сейсмичности, свидетельствуют, что переходная область от БРЗ к ОСЗ, пространственно объеди-

Пространственно-временные параметры инициированной сейсмичности переходной области от БРЗ к ОСЗ

Основное событие Инициированная сейсмичность

Дата Долгота Широта Класс (К), магнитуда (М) Дата Долгота Широта Время до инициации Предполагаемая трассировка по разломам

15.05.1970 117.78 56.93 К14 20.05.1970 122.2 56.3 5 дней* 14х15в

25.06.1970 121.13 56.52 40 дней 5з? 15зх12

14.06.1971 123.7 56.2 К15 17и21.07.1971 117.59 56.32 34 и 38 дней 13 ? 9

21.06.1974 117.7 56.35 К14 24.06.1974 122.52 56.86 3 дня* 16 и15зх12

28-91.07.1971 121.1 56.6 37-41 день 13? 15зх12

17.01.1981 117.98 56.4 К14 30.01-2.02.1981 16.02.1981 121.1-120.5 57.7 14 дней* 31 день 15з

18.02.1981 121.1 56.5-57.6 32 и 37-40 дней 13? 15зх12 15зх12? 15сз

21.08.1984 118.0 56.7 М6 26.09-12-19.10.1984 120.8 57.6-56.9 36 и 55 дней 4 ? 15в 15в? 15зх6

25.10.1989 118,84 57,45 К14.3 31.10.1989 118.18 56.42 6 дней* 13

05.12.89 117,99 56,67 М4.7 05.12.1989 121 56.6 1 день* 13? 15зх12

08.01.1990 121.09 57.6 32 дня 15зх12? 15в

10-15.01.1990 122.15 57.08 34-39 дней доп. актив-я Ю.Я очага

10.10.1992 120.68 56.95 К13.4 19.10.1992 121.2 56.6 9 дней* 6 ? 15зх12

21.10-3.11.1992 118.57 56.55 11-23 дня 15зх12? 9

15.12.1992 118.79 57.16 35 дней 9 ? 5

11.12.2005 120,73 57,24 К14,2 2-8.01.2006 117,5 56,4 22-28 дней

26.01.2006 120.9 57.4 К14 26.02.-2.03 117.55 56.8-56.4 30-34 дня

Примечание. Номера разломов даны в соответствии с рис.2 с добавлением букв: с - север, ю - юг, з - запад, в - восток.

ненная системой субширотных разломов, разделена достаточно резкой границей, проходящей по Олекминской (Темулякитской) системе разломов субмеридионального простирания. Западная и восточная границы, по которым происходит миграция инициированной сейсмичности, находятся в пределах Чаро-Олекминского блока Алданского щита. Региональные структурные разломы (За-падно-Алданский и Амгинский), ограничивающие Чаро-Олекминский геоблок, не являются сейсмически активными. Следовательно, можно считать, что система меридиональных Темулякитских разломов является демпфирующей структурой, препятствующей распространению транзитных напряжений байкальского типа на восток. Все эмбриональные впадины рифтового типа (рис.2) находятся в зоне кинематического влияния данной системы.

Количественные и качественные соотношения горизонтальных движений в связи с геометрией северо-восточного фланга БРЗ свидетельствуют, что при направленном смещении забайкальского геоблока к юго-востоку, как это установлено по данным GPS измерений [10], по системам разрывных нарушений северо-восточного простирания формируются сбросы в комбинации с левосторонними сдвиговыми перемещениями. По широтным разломам доминируют сдвиговые деформации с подчиненной вертикальной составляющей [11]. Транстенсивный режим современного напряженного состояния с преобладанием близгоризонталь-ных растягивающих напряжений установлен также по результатам сейсмологических, геологоструктурных, тектонофизических исследований и физического моделирования [12-13].

Таким образом, выявленные закономерности развития сейсмического процесса после землетрясений, существенно меняющих структуру поля сейсмичности, свидетельствуют, что переходная область от БРЗ к ОСЗ, пространственно объединенная системой субширотных разломов, разделена достаточно резкой границей, проходящей по Олекминской (Темулякитской) системе разломов субмеридионального простирания. Для всех событий восточного фланга БРЗ характерна последующая активизация данной системы разломов без изменения сейсмического режима в ОСЗ, по крайней мере, на энергетическом уровне 107Дж. Это может означать, что в переходной зоне формируются структуры, типичные для обеих геодинами-ческих систем, что приводит к подчиненному развитию сейсмического процесса в переходной зоне.

Литература

1. Имаев В. С. Тектонические критерии сейсмичности Южной Якутии. - М.: Наука, 1986. - 127 с.

2. Козьмин Б.М. Сейсмические пояса Якутии и механизмы очагов их землетрясений. - М.: Наука, 1984. -125 с.

3. Викулин А.В. Энергия и момент силы упругого ротационного поля геофизической среды // Геология и геофизики. - 2008. - Т.49, №6. - С.559-570.

4.Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Пространственно-временные закономерности сейсмической и вулканической активности. - Бургас: SWB, 2008. - 304 с.

5. Трофименко С.В. Проявление землетрясений и их фор-афтершоков на фоне стационарного сейсмического процесса // Материалы Всероссийского совещания с международным участием 18-24 сентября 2007 г. «Проблемы современной сейсмологии и геодинамики Центральной и Восточной Азии» . - Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2007. - Т.2. - С.171-175.

6. Трофименко С.В. Статистические модели сейсмического режима Олекмо-Становой зоны (ОСЗ) // Физика геосфер: материалы Пятого Всероссийского симпозиума. - Владивосток: Дальнаука, 2007. - С.218-225.

7. Трофименко С.В. Статистические оценки сейсмического режима области Тас-Юряхского землетрясения Олекмо-Становой зоны (ОСЗ) // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск 3, Якутия 1. - М.: Издательство МГГУ, 2007. - С. 213216.

8. Трофименко С.В. Закономерные изменения параметров сейсмического процесса Олекмо-Становой зоны (ОСЗ) // Горный информационно-аналитический бюллетень/Отдельный выпуск 3, Якутия 1. - М.: Издательство МГГУ, 2007. - С. 196-202.

9. Имаев В.С., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. Сейсмотектоника Якутии. - М.: ГЕОС, 2000. - 226 с.

10. Саньков В.А., Леви К.Г., Лухнев А.В., Мирошниченко А.И. Современные движения литосферных блоков Центральной Азии по данным GPS-геодезии // Актуальные вопросы современной геодинамики Центральной Азии. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. -

С.165-179.

11. Рогожин Е.А., Овсюченко А.Н., Трофименко С.В. и др. Сейсмотектоника зоны сочленения структур Байкальской рифтовой зоны и орогенного поднятия Станового хребта // Геофизические исследования. - М.: Изд-во ИФЗ, 2007. - Вып. 8. - С.81-116.

12. Шерман С.И., Днепровский Ю.И. Новая карта полей напряжений Байкальской рифтовой зоны по гео-лого-структурным данным // Докл. РАН. - 1986. - Т. 287, № 4. - С.943-947.

13. Логачев Н.А., Борняков С.А., Шерман С.И. О механизме формирования Байкальской рифтовой зоны по результатам физического моделирования // Докл. РАН.

- 2000. - Т. 373, № 3. - С.388-390.

V V ♦