Отражение пространственного поля сейсмичности в геофизических полях и фрактальных моделях Олекмо-Становой сейсмической зоны

19. Парфенова Т.М., Бахтуров С.Ф., Шабанов Ю.Я. Органическая геохимия нефтепроизводящих пород куонамской свиты кембрия (восток Сибирской платформы) // Геология и геофизика. - 2004. - Т.45, №7. - С.911-923.

20. Зуева И.Н., Чалая О.Н., Каширцев В.А. и др. Характеристика битумоидов органического вещества пород кембрийской горючесланцевой формации (по керновому материалу и образцам из обнажений) // Мат. V Межд. конф. «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа». - М.: Изд-во МГУ, 2011. -С.158-161.

21. Парфенова Т.М. Смолы и асфальтены битумоидов куонамской свиты // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. -2004. - №7. - С.38-41.

22. Constandinides G., Arich G. Research on metal complexes in petroleum residues // Papers of 6-th World Petr. Congr. - Freankfurt an Main, 1963. - V.11. - P.65-77.

23. Reynolds I.G. Biggs W.R. et al. Molecular characterization of vanadyl and nickel nonporphrin compounds in heavy crude petroleum and residua // Petr. Symp. in Lion. 25-27 Juin. - Paris, 1984. - P.153-157.

24. Baker E.W., Louda J.W. Porphrins in geological record // Biomarkers in sedimentary record. - Amsterdam, 1986. - P.125-225.

25. Ратов А.Н., Русланова В.В. Ванадий и вана-дилпорфирины в высоковязких нефтях и природных битумах. - М., 1987. - 11 с. Деп. ВНИИОЭНГ. 14.01.87. - №1355. НГ 87.

Поступила в редакцию 19.01.2012

УДК 551.24:550.34

Отражение пространственного поля сейсмичности в геофизических полях и фрактальных моделях Олекмо-Становой сейсмической зоны

Ю.С. Пушкаревский, В.Е. Маршалова, С.В. Трофименко, Н.Н. Гриб

Рассматривается поле рассеянной сейсмичности, положение эпицентров сильных землетрясений и выявленных дислокаций Олекмо-Становой сейсмической зоны. Пространственное распределение очагов землетрясений сопоставлено с основными структурными элементами зоны сочленения Станового хребта и Алданского щита и изрезанностью речной сети. Для центральной части ОСЗ показано, что эпицентры сильных землетрясений укладываются во взаимоортогональную модель распределений аномалий геофизических полей и попадают максимумы фрактальной размерности гидросети. По данным модельным факторам выделена ассейсмичная в настоящее время область, как зона возможных сильных землетрясений.

Ключевые слова: Олекмо-Становая зона, сейсмичность, блоковая структура земной коры, фрактальная размерность

The field of diffused seismicity, the position of epicenters of strong earthquakes and the revealed dislocations of Olekma-Stanovaya seismic zone are considered. Spatial distribution of earthquakes centers is compared with the basic structural elements of a zone of a joint of Stanovoy Range and the Aldan Shield and fraktal dimension of a river network. For the central part of OSZ it is shown that epicenters of strong earthquakes keep within orthogonal model of distributions of anomalies of geophysical fields and correlate with maxima of fraktal dimension of the river network. Using these modeling factors the area, as a zone of possible strong earthquakes is allocated which is nonseismic now.

Key words: the Olekma-Stanovaya zone, seismicity, block structure of the earth’s crust, fractal dimension.

Введение

С сейсмотектонической точки зрения Южная Якутия охватывает центральную часть Олекмо-

ПУШКАРЕВСКИИ Юрий Сергеевич - зав. лаб. ТИ (ф) СВФУ, 8-914-382-3555; МАРШАЛОВА Вера Евгеньевна - преподаватель ТИ (ф) СВФУ; ТРОФИМЕНКО Сергей Владимирович - д.г.-м.н., доцент ТИ (ф) СВФУ, trofimenko_sergei@mail.ru; ГРИБ Николай Николаевич - д.т.н., проф., зав. каф. ТИ (ф), 8-924-160-8478.

Становой сейсмической зоны (ОСЗ), которая протягивается полосой шириной до 200 км от среднего течения р. Олекма до Удской губы Охотского моря [1, 2] и продолжает к востоку Байкальскую рифтовую зону, образуя единый Байкало-Становой сейсмический пояс. Все сейсмические события происходят здесь в пределах Станового хребта и примыкающего к нему с севера Алдано-Учурского плато. За 40 лет инструментальных наблюдений здесь зарегистрировано более 16 тыс. подземных толчков с

энергией более 107 Дж [3]. По комплексу геоло-го-геофизических данных наиболее активными структурными элементами рассматриваемой территории являются Южно- и Северо-Становая системы разломов [4]. Между этими крупнейшими разломными структурами расположена Пристановая шовная зона северо-западного простирания шириной от 20 до 50 км, отделяющая Алданский щит от Становой складчатой системы. В новейший (неоген-четвертичный) тектонический этап здесь происходят возобновление тектонических движений, особенно интенсивных в пределах Станового поднятия, и обновление древних разломов, формируются основные черты современного рельефа. Высокая подвижность земной коры сохраняется вплоть до настоящего времени [5].

Вопросы изучения природы сейсмичности ОСЗ рассматривались с различных точек зрения на протяжении всего инструментального периода наблюдений за сейсмичностью Южной Якутии. Традиционный путь решения проблемы заключается в анализе корреляционных связей тектонических, геологических и геофизических [2, 6] признаков с пространственным распределением очагов землетрясений.

Методика анализа

В основу моделирования пространственной структуры сейсмичности Олекмо-Становой зоны положен подход к анализу связей сейсмичности с некоторыми структурными элементами изучаемой области (модельными факторами), основанный на допущении, что землетрясения, приуроченные к определенным структурам, являются следствием длительного развития самих структур. Следовательно, области эпицентров сильных землетрясений и рассеянной сейсмичности должны иметь некоторые признаки, отличающие их от смежных областей. С другой стороны, наличие данных признаков в асейсмич-ных в настоящее время участках сейсмоактивной зоны может свидетельствовать о генерации в них сейсмической энергии в прошлом и о возможности аналогичных явлений в будущем.

В данной работе для сопоставления пространственного распределения поля сейсмичности с модельными факторами рассматриваются два признака. Во-первых, методами статистического анализа определяются зоны аномальных проявлений геофизических полей и производится сопоставление выделенных зон с полем сейсмичности и положением сильных землетрясений ОСЗ. Во-вторых, вычисляется фрактальная размерность участков гидросети, определенная в квадратах размером 1°^1° для сопоставления с очаговой сейсмичностью.

По первому признаку поля сейсмичности сопоставляются с моделью зон разломов, построенных по выдержанным по простиранию линейных элементов аномалий геофизических полей [7]. По второму признаку определяется фрактальная размерность гидросети клеточным методом. Исследуемая зона разбивается на 45 квадратов от 116 до 130о в.д. и от 55 до 58о с.ш. Все фрагменты приводятся к одному масштабу, после чего рассчитывается фрактальная размерность элементов гидросети по специально разработанной программе [8-9].

Результаты моделирования

Детальное рассмотрение результатов сейсмических исследований авторов [1, 5] ОСЗ показало, что распределение эпицентров землетрясений по площади ОСЗ не равномерно и имеет ряд закономерных распределений. Центральная часть ОСЗ имеет отличный характер распределения эпицентров землетрясений. Для участка, расположенного севернее Южно-Становой зоны разломов, характерны широтные поля распределений эпицентров слабых землетрясений, параллельные активизированным структурам. В то же время в более мелком масштабе вся область эпицентров имеет субмеридиональное простирание, т. е. ортогональное активизированным структурам. Восточнее 124о в.д. ориентировка области сгущения эпицентров слабых землетрясений подворачивается на восток, оставаясь, тем не менее, ортогональной системе активных разломов. Восточная часть представленной области по распределению плотности очагов землетрясений формируется под действием активных тектонических разломов северо-западной и северо-восточной ориентировок, согласных по простиранию морфоструктур.

В пределах Алданского щита методом статистического анализа линейных элементов аномалий геофизических полей выделено семь систем взаимоортогональных зон повышенной плотности индикаторов с азимутами простирания (3 и 273о), (26 и 296о), (35 и 305о), (64 и 334о), (77 и 347о), (84 и 354°). Все системы имеют регулярную сетку с расстоянием между зонами (120-150)±10 км, что можно считать пространственным периодом аномалий геофизических полей 1-го порядка.

Из геометрических построений ортогональных систем были определены координаты узлов выделенных аномальных зон. Использование геоинформационной картографической системы Map Info позволило установить, что максимумы плотности узлов ортогональных систем укладываются на основные тектонические структурные единицы (рисунок). На широте 58-58,5о узлы

Схема блоковой делимости по [8] Алдано-Станового геоблока по данным интерпретации геолого-геофизических материалов.

Блоки 1-го порядка Алданского мегаблока: Ч-О - Чаро-Олекминский, Ц-А - Центрально-Алданский, Т-У - Тимптоно-Учурский, Бт - Батомгский. 1 - протерозой-фанерозойские терригенно-карбонатные отложения; 2 - раннедокембрийские метаморфические образования; 3 - гранитогнейсовые купола по данным интерпретации геофизических материалов; 4 - проекция межплитного Каларо-Чогарского (а) и Западно-Алданского межгеоблокового (б) разломов; 5 - системы надвигов, ограничивающие Становой мегаблок (П - Предстановая, Ю - Южно-Становая); 6 - межблоковые разломы (А - Амгинский, Т -Тыркандинский, У - Учурский); 7 - эпицентры землетрясений различной магнитуды М: (1 - Муйское, 2 - Нюкжинское, 3 -Тас-Юряхское, 4 - Олекминское, 5 - ЮжноЯкутское); 8 - узлы систем ортогональных зон аномалий геофизических полей; 9 - зоны максимумов фрактальной размерности речной сети

систем расположены в пределах границы выхода кристаллического фундамента раннедокем-брийских метаморфических образований. Следующий широтный максимум плотности узлов перекрывает систему надвигов, ограничивающих Становой мегаблок. На широте около 59о сгущение узлов систем разломов наблюдается вдоль р. Амга и далее на запад в азимуте 70-84о. По долготе 135о узлы ограничивают с востока Батомгский блок, контролируют Тыркандинский и Учурский межблоковые разломы. На долготе 121-122° повышенная плотность узлов контролирует границу Чаро-Олекминского и Центрально-Алданского блоков 1-го порядка.

Построенная статистическая модель аномалий геофизических полей Алданского щита нашла свое практическое применение при прогнозе сейсмической опасности региона Южной Якутии.

Западная группа землетрясений с магнитудой более 5 приурочена к тектоническому узлу 5 порядка с азимутами систем разломов 3, 26, 40, 60 и 70о и пространственно укладывается в ос-

новную доменную структуру (40-310о). Землетрясения центральной части имеют общий азимут 310о. Прогнозируемые сейсмогенные блоки вероятных очагов землетрясений располагаются в узлах системы 40-310ос пересечением широтных структур повышенной плотности узлов систем разломов. Данные закономерности отражают тот факт, что простирание современных морфоструктур, сформированных в период новейших тектонических активизаций, контролирует пространственное распределение аномалий геофизических полей. В центре анализируемой области (126о в.д., 57о с.ш.) имеется тектонический узел 6-го порядка, т.е. 6 систем сходятся в блоке шириной 30 и протяженностью 100 км. Данный блок является асейсмичным в настоящее время, однако по аналогии с западным узлом может считаться одним из вероятных мест разрядки тектонических напряжений.

В последние годы в самых разных прикладных задачах с успехом применяются методы фрактального анализа, по результатам которого возможно определить современное состояние

природных объектов, обусловленность их развития геолого-геоморфологическими особенностями территории. Этот метод дает возможность оценивать характер самоподобия природного объекта. Достоинство фрактального анализа состоит также в том, что он дает возможность получать числовые характеристики природных структур различного генезиса и соответственно сравнивать их между собой. Таким образом, фрактальный анализ может служить одним из инструментов моделирования объектов или процессов. Объект данного исследования - система линий речной сети. Речная сеть, являясь разветвленной структурой, хорошо поддается обработке методами фрактального анализа [9]. Результаты расчетов показали, что максимумы фрактальной размерности совпадают с пространственным положением сильных землетрясений Южной Якутии (рисунок).

В западной части ОСЗ локальные максимумы фрактальной размерности имеют северозападное простирание. Здесь они (максимумы) захватывают по широте всю исследуемую зону от 55 до 58о с.ш. и в плане совпадают с пересечением Олекминской и Северо-Становой систем разломов, к которым приурочены сильные Тас-Юряхское (М=7), Тас-Мелиинское (М=4.5), Южно-Якутское (М=6.6) землетрясения. Следующий максимум на широте 56о охватывает кряж Зверева и центральную часть Становика. На южных границах данного блока произошло Ларбинское землетрясение (М=5.9). В восточной части исследуемой территории максимум фрактальной размерности находится в пограничной зоне, разделяющей структуры северозападного простирания (правые притоки р. Тимптон) и широтные структуры Становой складчатой системы. Здесь зарегистрировано землетрясение с М=4.9. Таким образом, формальный подход к анализу пространственного поля сейсмичности позволил выявить закономерности в распределении фрактальной размерности в виде относительного увеличения в областях, приуроченных к очагам сильных землетрясений. Наличие дислокаций в данных областях [4] свидетельствует о непрерывности и об унаследованности сейсмического процесса ОСЗ.

Заключение

Методом статистического анализа аномалий геофизических полей выделены системы взаи-моортогональных зон повышенной плотности индикаторов. Узлы ортогональных систем укладываются в основные морфоструктуры Алдано-Станового мегаблока. В сопоставлении с пространственным полем фоновой сейсмичности и

очагами сильных землетрясений выделена асейсмическая в настоящее время область, как зона возможных очагов сильных землетрясений.

Рассчитаны фрактальные размерности речной сети. Относительные максимумы фрактальных размерностей на западном фланге Олекмо-Становой сейсмической зоны в плане совпадают с очагами сильных землетрясений и максимумами плотности узлов ортогональных систем. Сделано предположение, что данные области являются активными на всем интервале времени формирования современных форм рельефа. На восточном фланге исследуемого участка ОСЗ максимумы фрактальной размерности в плане очерчивают асейсмическую область. Из принципа подобия можно предположить высокий сейсмический потенциал данной области.

Литература

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

2. Сейсмическое районирование Якутии и сопредельных территорий / Под ред. К.Б. Мокшанцева. -Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1975. - 92 с.

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

4. Имаев В.С., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. Активные разломы и сейсмотектоника Северо-Восточной Якутии. - Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990. - 138 с.

5. Имаев В.С., Трофименко С.В., Гриб Н.Н. и др. Разломная тектоника и геодинамика в моделях очаговых зон сильных землетрясений Южной Якутии. -Томск: Изд-во ТГУ, 2007. - 274 с.

6. Стогний Г.А., Стогний В.В. Геофизические поля восточной части Северо-Азиатского кратона. -Якутск: ГУП НИПК «Сахаполиграфиздат», 2005. -174 с.

7. Трофименко С.В. Тектоническая интерпретация статистической модели распределений азимутов аномалий гравимагнитных полей Алданского щита // Тихоокеанская геология. - 2010. - Т. 29, №3. - С. 6477.

8. Морозова-Маршалова В.Е. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010614298. Программа расчета фрактальной размерности геометрических объектов методом клеточного анализа с абсолютным масштабированием. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 5 июля 2010 г.

9. Гладков А.С., Лунина О.В., Шишкина Л.П. Фрактальный анализ тектонической трещиноватости и речной сети Прибайкалья // Рельефообразующие процессы: теория, практика, методы исследования: материалы XXVIII пленума геоморфологической комиссии РАН. - Новосибирск: ИГ сО РАН, 2004. -С.78-80.

Поступила в редакцию 03.05.2012