Сейсмические активизации в Белино-Бусингольской зоне

УДК 550.348.436, 571.15

Сейсмические активизации в Белино-Бусингольской зоне

А.Ф. Еманов, А.А. Еманов, Е.В. Лескова

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия Алтае-Саянский филиал Геофизической службы СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия

В статье изучена пространственная структура сейсмической активизации, вызванной Бусингольским землетрясением 27.12.1991 г. (М = 6.5). Показано, что после главного толчка сейсмический режим эпицентральной области находится в аномально активизированном состоянии почти два десятилетия. Пульсирующий характер активизации делает ее еще более уникальным явлением. Показано, что активизировалась блочная структура Шишхидского нагорья совместно с Бусингольской впадиной. Грани блоков нагорья являются оперяющими разломами для Белино-Бусингольского разлома. Установлено, что пульсации активности и главное событие Бусингольского землетрясения приурочены к одному и тому же оперяющему разлому.

Наблюдается колебательный характер в организации сейсмического процесса: распределенная во времени и пространстве сейсмичность около впадины чередуется с упорядоченной пульсацией активности на разломе по долине р. Давет-Сайлог-Гол.

Ключевые слова: сейсмология, физика очага, коллизия, рифтовые зоны, крупнейшие землетрясения

Seismic activation in the Busingol-Belinsky fault zone

A.F. Emanov, A.A. Emanov and E.V. Leskova

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk, 630090, Russia Altai-Sayan Branch of Geophysical Survey SB RAS, Novosibirsk, 630090, Russia

The paper studies the spatial structure of seismic activation induced by the Busingol earthquake of magnitude 6.5 in December 27, 1991. It is shown that since the main shock, the epicenter region has been in an anomalous activated seismic state for almost two decades. Moreover, the anomalous activation is pulsating, and this adds intricacy to the phenomenon. It is demonstrated that the block structure of the Shishkhid upland together with the Busingol depression is activated. The faces of the upland blocks are splay faults of the Busingol-Belincky fault. It is found that the pulsations of the seismic activity and the major event of the Busingol earthquake are associated with the same splay fault.

The seismic process is oscillatory: spatially and temporary distributed activity near the depression alternated with ordered pulsating activity on the fault along the valley of the river Davet-Sailog-Gol.

Keywords: seismology, focus physics, collision, rift zones, major earthquakes

Белино-Бусингольская зона является юго-западным окончанием системы впадин Байкальской рифтовой зоны. Линейно вытянутые с севера на юг впадины Белинская, Бусингольская и Терехольская формируют границу Байкальской рифтовой зоны с Алтае-Саянской горной областью (рис. 1). Исследованиями сейсмического режима показано [1, 2], что развитие сейсмического процесса в Алтае-Саянской горной области по закономерностям в приуроченности к геологическим структурам кардинально иное, чем в Байкальской рифтовой зоне. Для Алтайского типа фоновой сейсмичности характерно, что она упорядочивается в соответствии с блоковой

структурой региона, локализуясь преимущественно в горном обрамлении впадин. В Байкальской рифтовой зоне землетрясения преимущественно происходят внутри впадин. Для Белино-Бусингольской зоны характерно сочетание обоих типов развития сейсмичности.

Высокая сейсмическая активность Белино-Бусин-гольской зоны привлекала исследователей еще задолго до Бусингольского землетрясения 27.12.1991 г. (М = 6.5) [3-6]. Мы отметим некоторые факты, установленные исследователями до Бусингольского землетрясения. Установлено, что для землетрясений одних и тех же энергий в северной части Белино-Бусингольской зоны

© Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., 2010

размеры афтершоковых областей в три раза меньше, чем в южной части зоны [4]; что механизмы очагов данной области меняются с изменением пространственных координат [5]; что в Бусингольской и Белинской впадинах существуют палеосейсмодислокации, вероятно, возникшие при землетрясениях с магнитудами 7.0-7.5 [3, 7].

Бусингольское землетрясение и его афтершоки стали отдельным предметом исследования [1, 2, 8, 9]. Вытяну-тость Бусингольской впадины послужила основой проведения анализа афтершокового процесса как вытянутого вдоль одного пространственного измерения, совпадающего с ориентацией впадины. Даже при столь упрощенном представлении об афтершоковом процессе было показано, что он является пульсирующей и уникальной по длительности (более десятилетия на момент анализа) активизацией [1].

В данной работе выполняется анализ сейсмических активизаций в Белино-Бусингольской зоне с учетом их площадного развития. Роль площадной структуры в развитии сейсмического процесса после Бусингольского землетрясения уже отмечалась в работах [10, 11]. В данном исследовании делается попытка углубить представления о тектонических процессах, происходящих в Бе-лино-Бусингольской зоне, и приблизиться к пониманию причин возникновения уникальной сейсмической активизации именно здесь и именно после Бусингольского землетрясения.

Факт существования сейсмических активизаций в Белино-Бусингольской зоне удобнее всего видеть, ис-

пользуя линейное представление о развитии сейсмического процесса вдоль системы вытянутых друг за другом рифтовых впадин. Воспользуемся результатом работы [1] с исключением одного пространственного измерения. Анализ выполняется на плоскости время-длина вдоль впадин. Землетрясения из полосы сносятся на центральную линию.

На рис. 2 дан пространственно-временной анализ сейсмичности для рассматриваемой линейной зоны. В интервале расстояний 130-180 км находится Белинская впадина, а Бусингольской впадине соответствует интервал 220-310 км. Видно, что для зоны характерно наличие периодов хаотического пространственно-временного распределения землетрясений и интервалов одновременной активизации структурных элементов Бели-но-Бусингольской зоны. Достаточно ярко выраженные упорядоченные активизации наблюдаются в пределах впадин Белинской и Бусингольской. Сейсмические активизации в разных впадинах Белино-Бусингольской зоны не увязаны по времени друг с другом. Вне активизаций впадины имеют близкие характеристики фоновой сейсмичности.

В Белинской впадине отмечаются две пространственно организованные активизации. Примечательным является то, что сейсмические активизации двух рассматриваемых впадин не совпадают по времени. Создается впечатление независимости друг от друга сейсмических активизаций в окрестности этих впадин. Уже установлено [10], что сейсмические активизации в окрестности Белинской впадины связаны с процессами

97° 98° 99°

Рис. 1. Белино-Бусингольская зона

Энергетический класс о 5

о 6

о 7

О 8

О 9

О 10

О 11

О 12

О 13

014

15

16

0 50 100 150 200 250 300 350 км

Рис. 2. Пространственно-временной анализ сейсмичности при сносе событий на линию с севера на юг. Ширина области сноса — 50 км

на границах выступающего во впадину блока Шишхидс-кого нагорья, укладываются в его размеры и являются афтершоковыми процессами землетрясений 29.11.1974 г. (К = 13, М5 = 5.2) и 04.11.1999 г. (К = 13, М5 = 5.0).

Как следует из рис. 2, в районе Бусингольской впадины неоднократно происходили сейсмические активизации. В данном случае под сейсмической активизацией понимается одновременное аномальное увеличение числа землетрясений в рассматриваемой структуре. В этом случае мы наблюдаем увязанный по времени пространственно организованный сейсмический процесс.

Сейсмическая активизация, вызванная землетрясением 01.04.1976 г. (К = 14, М 8 = 5.4), приурочена к долине Бусингольской впадины и представляет собой вытянутый по всей длине впадины (около 70 км) афтершо-ковый процесс и по своей структуре существенно отли-

чается от сейсмической активизации, вызванной Бусин-гольским землетрясением. В данном исследовании, прежде всего, будут изучены двумерная структура сейсмической активизации, вызванной Бусингольским землетрясением, и особенности пульсирующего режима сформировавшейся активизации.

На рис. 3 представлен график изменения во времени числа событий с К > 7 (за неделю) для эпицентральной области Бусингольского землетрясения в пределах географических координат ф = 50.0°-51.5°К, X = 96.0°-99.0°Е с момента главного толчка до начала 2003 г. На этом рисунке четко виден пульсирующий характер активизации сейсмичности в эпицентральной зоне Бусин-гольского землетрясения. Следует отметить, что пульсирующий характер выражается в числе событий, но не в энергии. В возникновении пульсаций активности нет строгой периодичности. Интенсивность пульсаций ме-

О 100 200 300 400 500

Время, недели

Рис. 3. График числа событий (К > 7) за неделю для Бусингольской впадины и ее горного обрамления для периода 1991-2003 гг.

няется во времени без видимой закономерности. Длительность единичной пульсации активности также не одинакова.

Главный толчок Бусингольского землетрясения произошел в Шишхидском нагорье в долине р. Давет-Сай-лог-Гол (Монголия). Афтершоковый процесс охватывает в целом достаточно обширные блочные структуры Шишхидского нагорья и Бусингольскую впадину по всей длине. На рис. 4 дана карта эпицентров афтершо-

ков первой пульсации сейсмической активности и положение главного толчка. Выше отмечалось, что афтершо-ковый процесс охватывает пространственную блоковую структуру эпицентральной области. Данный факт отражается и в событиях первой пульсации. Наиболее крупные афтершоки данной пульсации сосредоточены в Бу-сингольской впадине, но по количеству событий наиболее интенсивный процесс сосредоточен от эпицентра главного толчка вдоль разломной зоны, идущей до впадины и примыкающей к ней под углом. Достаточно крупные афтершоки сосредоточены южнее главного события с запада от г. Шара-Орхо-Ула. В этом случае наблюдается активизация блока земной коры, соседнего с эпицентральной областью.

На линию Е-Б снесены сейсмические события эпи-центральной области в целях изучения пространственно-временных особенностей активизации. При сносе событий на линию вдоль Бусингольской впадины мы отметили пульсирующий характер активизации. В данном случае рассматривается сечение почти перпендикулярное впадине и анализируется интервал времени от момента Бусингольского землетрясения до 2003 г.

На рис. 5 представлены землетрясения с К > 9. Для землетрясений этих энергий более точно определяются координаты эпицентров, и несмотря на то, что картина из-за отсутствия событий меньших энергий упрощается, мы получаем большую точность в интерпретации

Э7°30' 97°45' 98°0' 98°15’ 98°30'

Рис. 4. Карта эпицентров первой после главного толчка Бусингольского землетрясения пульсации активности. Е-Б — линия сноса для пространственно-временного анализа поперек впадины: 1 — энергетический класс Кр, 2 — государственная граница России-Монголии, 3 — неотектонические разломы

Годы

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

ё о ♦ ♦ о ♦ ♦ 9 о ю • И О 12 • С 5 1 2

* ,

С ♦ * ♦ ♦ ♦

♦ о ♦ ♦ ♦

♦ 0 о * * г- * ♦ ^ ♦ ♦ 3 ч /

* с о ♦ ♦ ♦

/ / '*<р < ♦ ** \ ) *

1 \ -А к ♦ | 1 / * о

/ 1 ч* > * ♦

Ег* л

-, - /о, 1 л * ♦ *

< V * ^2 4

«ч- 51 В? ♦ ) * •

— : ^—

50

60

70 80 90

Расстояние по линии ЕР, км

100

110

Рис. 5. Пространственно-временной анализ афтершокового процесса Бусингольского землетрясения по линии Е—Б (рис. 4): 1 — энергетический класс Кр, 2 — выделяемые пульсации активизации, 3 — мигрирующие события от впадины к упорядоченной во времени и пространстве пульсации активности

пространственно-временных особенностей сейсмической активизации. На рис. 5 видно смещение в пространстве пульсаций активности. Активизированная область удаляется от Бусингольской впадины вглубь Шиш-хидского нагорья. Вторая пульсация активности отличается от всех остальных присутствием миграции во времени. Процесс активизировался на границе со впадиной и мигрировал во времени в область эпицентра в Шишхидское нагорье. Остальные пульсации активности являются синхронными во времени.

Обращает на себя внимание тот факт, что в промежутках между пульсациями активности сейсмический процесс протекает в основном западнее (события выделены пунктиром на рис. 5). Это объясняется тем, что землетрясения, относящиеся к афтершоковому процессу, вне пульсаций активности происходят преимущественно около Бусингольской впадины, а сами пульсации проявляют себя как самоорганизованное в пространстве и времени смещение землетрясений в долину р. Давет-Сайлог-Гол, к которой и приурочено главное событие.

В момент таких пульсаций сейсмичность около Бусин-гольской впадины ослабевает.

Обсуждение результатов

Бусингольское землетрясение послужило началом изменения сейсмического режима эпицентральной области (Шишхидское нагорье, Бусингольская впадина) уже как минимум почти на два десятилетия.

Как это сейсмическое явление назвать? Афтершо-ковый процесс или просто сейсмическая активизация? Афтершоковые процессы такой длительности и с такими характеристиками, как в рассмотренном нами случае, неизвестны ни при каких других землетрясениях. По результатам исследований авторы пришли к выводу, что мы имеем дело с уникальной сейсмической активизацией блочной структуры, развитие которой во времени и пространстве не укладывается в рамки обычного афтершокового процесса.

Существование пульсаций активности делает активизацию, вызванную Бусингольским землетрясением, уникальным явлением. Подобные пульсации не соответствуют закону Омори и, как нам представляется, являются весьма редким явлением.

Сейсмическая активизация, инициированная Бусин-гольским землетрясением, охватывает достаточно распределенную по площади геологическую структуру Бу-сингольской впадины и центральной части Шишхидс-кого нагорья. Пульсации активности кратковременны, не строго периодичны, не выдержаны по длительности и без видимой закономерности меняют свою интенсивность, но при этом приурочены к одному и тому же разлому по долине р. Давет-Сайлог-Гол, и закономерно отслеживается пространственное смещение эпицентров пульсаций активности вдоль этого разлома в Шишхидс-кое нагорье. Фактически мы наблюдаем нестрого периодическую кратковременную самоорганизацию сейсмичности на разломе, к которому приурочен главный толчок Бусингольского землетрясения. Смещение эпицентров от пульсации к пульсации вдоль разлома свидетельствует о существовании многоэтапности в разгрузке напряженного состояния вдоль этой разломной зоны. Пульсирующий характер сейсмического процесса вдоль разлома, по-видимому, увязан с распределенным сейсмическим процессом в окрестности Бусингольской впадины. Наблюдается колебательный характер в организации сейсмического процесса: распределенная во времени и пространстве сейсмичность около впадины чередуется с упорядоченной пульсацией активности на разломе по долине р. Давет-Сайлог-Гол.

В эпицентральной зоне Бусингольского землетрясения проходит весьма крупный Белино-Бусингольский разлом и серия оперяющих разломов, под углом отходящих от него в Шишхидское нагорье, разделяя последнее на систему блоков. Бусингольское землетрясение стало

началом активизации, распределенной между оперяющими разломами и основным. Само Бусингольское землетрясение и пульсации активности приурочены к одному из оперяющих разломов. В целом в эпицентральной зоне Бусингольского землетрясения наблюдается сейсмичность как впадины, так и горного обрамления с доминированием числа землетрясений в горном обрамлении.

Для Белинской впадины наиболее крупные землетрясения с хорошо выраженными афтершоковыми процессами также связаны с блочным строением Шиш-хидского нагорья. В целом для всех трех рифтовых впадин (Белинская, Бусингольская, Терехольская) рассматриваемой зоны хоть и характерно наличие землетрясений и внутри впадин, и в горном обрамлении, но все же интенсивность сейсмического процесса в горном обрамлении значительно сильнее, чем во впадинах. Именно в этой зоне меняются взаимосвязи сейсмичности с рельефом местности [2]. Если с запада Белино-Бусин-гольской зоны фоновая сейсмичность концентрируется в основном в горном обрамлении впадин, а с востока — во впадинах, то в данной зоне мы наблюдаем сочетание сейсмического процесса и во впадинах, и в горном обрамлении.

Весьма вероятно, что в Белино-Бусингольской зоне имеет место сочетание в геодинамическом развитии коллизионных процессов и рифтовых. Граница изменения характеристик сейсмичности проведена именно по этой зоне [1]. Исследование области проявления коллизионной тектоники в рельефе местности выполнено в работе [12]. Восточная граница проявления в рельефе местности характерных черт коллизионной тектоники проводится перед массивом Хангай и, огибая его с севера, заходит в нагорье Сангилен и хр. Обручева. Геоморфологические данные свидетельствуют о том, что зона влияния коллизии на земную кору близка к Белино-Бу-сингольской зоне.

Примечательным является факт, что сейсмичность оперяющих разломов в Белино-Бусингольской зоне сильнее, чем основного разлома, проходящего через рифтовые впадины. Уже было отмечено ранее [2], что для крупного Болнайского разлома в фоновой сейсмичности оперяющие разломы в настоящее время более сейсмически активны, чем основная разломная зона. Весьма вероятно, что большая сейсмическая активность

оперяющих разломов относительно основных является характерной чертой сейсмического процесса на восточном окончании Алтае-Саянской горной области, сформировавшегося в соответствии с особенностями напряженного состояния земной коры в данной области.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 10-05-00699-а).

Литература

1. Еманов А.Ф., Еманов А.А., Филина А.Г., Кунгурцев Л.В., Лескова Е.В., Шейкина Ж.В., Ярыггина М.А. Пространственно-временной анализ сейсмичности Алтае-Саянской складчатой зоны // Проблемы сейсмологии III тысячелетия: Матер. Межд. геофиз. конф., Новосибирск, 15-19 сент. 2003 г. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. - С. 73-86.

2. Еманов А.Ф., Еманов А.А., Филина А.Г., Лескова Е.В. Пространственно-временные особенности сейсмичности Алтае-Саянской складчатой зоны // Физ. мезомех. - 2005. - Т. 8. - №2 1. - С. 49-64.

3. Вдовин В.В. Следы землетрясений в Белино-Бусийнгольской впади-

не Восточной Тувы // Сейсмогеология восточной части Алтае-Саянской горной области. - Новосибирск: Наука, 1978. - С. 6872.

4. Кочетков В.М., Хилько С.Д., Зорин Ю.А. и др. Сейсмотектоника и сейсмичность Прихубсугулья. - Новосибирск: Наука, 1993. -184 с.

5. Мишарина Л.А., Мельникова В.И., Балжинням И. Юго-западная граница Байкальской рифтовой зоны по данным о механизме очагов землетрясений // Вулканология и сейсмология. - 1983. - №2 2. -С. 74-83.

6. Хилько С.Д. Отражение Байкальского рифтогенеза в морфострук-туре и сейсмотектонике Северной Монголии // Континентальный рифтогенез. - М.: Советское радио, 1977. - С. 47-55.

7. Хилько С.Д., Курушин Р.А., Кочетков В.М., Мишарина Л.А., Мель-

никова В.И., Гилева Н.А., Ласточкин С.В., Балжинням И., Мон-хоо Д. Землетрясения и основы сейсмического районирования Монголии. - М.: Наука, 1985. - 224 с.

8. Филина А.Г. Землетрясения Алтая и Саян // Землетрясения в СССР в 1991 г. - М.: ОИФЗ РАН, 1997. - С. 38-39.

9. КлючевскийА.В. Кинематика и динамика афтершоков Бусийнгольс-

кого землетрясения 1991 г. // Вулканология и сейсмология. -2003.- № 4. - С. 65-78.

10. Еманов А.Ф., Еманов А.А., Филина А.Г., Лескова Е.В., Колесни-ковЮ.И., Рудаков АД. Общее и индивидуальное в развитии аф-тершоковых процессов крупнейших землетрясений Алтае-Саянс-кой горной области // Физ. мезомех. - 2006. - Т. 9. - № 1. - С. 3343.

11. Еманов А.Ф., Филина А.Г., Еманов А.А., Лескова Е.В., Фа-теевА.В., Корабельщиков Д.В., Шатрова Н.В. Алтай и Саяны // Землетрясения Северной Евразии. 2002 г. - Обнинск: ГС РАН, 2008. - С. 175-184.

12. Уфимцев Г.Ф. Тектонический рельеф Внутренней Азии между Таримом и Долиной Озер // Геология и геофизика. - 2007. - Т. 48. -№ 5. - С. 521-528.

Поступила в редакцию 15.04.2010 г.

Сведения об авторах

Еманов Александр Федорович, д.т.н., дир. АСФ ГС СО РАН, emanov@gs.nsc.ru Еманов Алексей Александрович, к.г.-м.н., снс ИНГГ СО РАН, alex@gs.nsc.ru Лескова Екатерина Викторовна, нс ИНГГ СО РАН, katya@gs.nsc.ru