Автореферат Н.Н.Полешко


 

 

 

УДК 550.348                                                                              На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

ПОЛЕШКО НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

 

 

 

МЕХАНИЗМЫ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И

 СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ И ЖОНГАРИИ

 

 

 

25.00.10 – геофизика, геофизические методы

 поисков полезных ископаемых

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

 кандидата геолого-минералогических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2009

 

Работа выполнена в ТОО «Институт сейсмологии» Министерства образования и науки  Республики Казахстан

 

 

 

Научный руководитель                         доктор физико-математических наук,

                                                                  профессор Сыдыков А.

 

 

Официальные оппоненты:                      доктор геолого-минералогических наук,

                                                                   профессор Нурмагамбетов А.Н.

 

                                                                  кандидат геолого-минералогических наук

                                                                  Бреусов Н.Г.

 

 

Ведущая организация                            Институт геофизических исследований

                                                                 НЯЦ РК

 

 

 

Защита состоится «_24_»_апреля_ 2009 года в  «_14_» часов на заседании диссертационного совета Д 14.15.07 при Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева  по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, нефтяной корпус, конференц. зал.

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева по адресу: г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.

 

 

 

Автореферат разослан  «_  _»_марта__ 2009 г.

 

 

 

 

                                                                                            

 

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор                                              Д.М. Шейх-Али

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Исследования основных характеристик действующих тектонических напряжений являются одним из приоритетных направлений в области наук о Земле. Данные о напряженном состоянии земных недр совместно со сведениями о неотектонических и современных движениях, геологическом, структурно-тектоническом строении, а также данными о действующих в литосфере физических полях позволяют корректно решать одну из основных обратных задач геофизики – создание моделей деформационных процессов крупных тектонических структур земной коры. Наряду с этой фундаментальной проблемой геофизики, данные о полях тектонических напряжений играют важную роль в решении ряда прикладных задач. Сейсмотектоническая деформация (СТД) горных масс в последнее время широко изучается в связи с задачами оценки сейсмической опасности и долгосрочного прогноза сильных землетрясений.

Исследованию сейсмотектонической деформации земной коры на основе механизмов очагов посвящены работы И.Л. Нерсесова, С.Х. Негматуллаева, А.А. Лукка, Г.П. Шкляр, С.Л. Юнги и др. Основное внимание уделялось территории Тянь-Шаня, а детального исследования сейсмотектонической деформации Северного Тянь-Шаня и Жонгарии в целом практически не проводилось. Анализируемые периоды не превышали 10-15 лет, что недостаточно для уверенного выявления средних долговременных показателей напряженно-деформированного состояния территории. Практически отсутствуют исследования временных изменений в параметрах СТД, которые чрезвычайно важны для понимания геодинамических процессов во всем регионе в целом и в зонах подготовки сильных землетрясений в частности. К настоящему времени накоплен материал о фокальных механизмах очагов 9000 землетрясений широкого энергетического диапазона (от К= 6 до Мw=7,3) за период наблюдения (1969–2005 гг.), позволяющий исследовать особенности временных вариаций, связанных с процессами формирования сильных землетрясений.

С учетом изложенного актуальность исследований заключается в необходимости анализа и обобщения накопленного статистического материала о фокальных механизмах землетрясений широкого энергетического диапазона Северного Тянь-Шаня и региона Жонгарии за весь период наблюдения.

Цель исследований состоит в поиске общих закономерностей и установлении особенностей в пространственно-временном распределении параметров механизмов очагов землетрясений и сейсмотектонической деформации земной коры Северного Тянь-Шаня и Жонгарии.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

- Усовершенствована методика построения фокальных механизмов очагов землетрясений по данным сетей сейсмических станций Казахстана и сопредельных государств. Создана электронная информационная база данных в международном формате.

- Изучены характеристики пространственного распределения фокальных механизмов и сейсмотектонической деформации земной коры в регионе.

          - Сопоставлены решения механизмов очагов, полученные разными сейсмическими методами с использованием региональной и мировой сетей наблюдения.

- Проанализированы временные вариации сейсмотектонической деформации земной коры  в связи с подготовкой сильных землетрясений.

Район исследований охватывает юго-восток Казахстана и высокосейсмичные смежные территории Кыргызстана и Китая в пределах территории, ограниченной координатами  41,5-460N и  74-800E.

Научная новизна заключается в следующем: 

- выявлена тенденция роста доли горизонтальной составляющей подвижек, а также более крутое погружение оси напряжения сжатия в механизмах очагов по мере удаления от хр. Заилийского и Кунгей Алатау на север и на юг; в зонах впадин установлено близгоризонтальное одноосное растяжение;

- установлено подобие напряженно-деформированного состояния земной коры в регионе, полученного по стандартной методике и методике СМТ Гарвардского каталога; землетрясения, для которых отмечены существенные различия в параметрах механизмов очагов по обоим методам, оказались аномальными и по другим характеристикам;

- найдена связь пространственно-временного распределения коэффициента Лоде-Надаи m  с сейсмичностью, позволяющая рекомендовать параметр m для дифференциации территории по степени сейсмической опасности и долгосрочного прогноза землетрясений;

- выявлены значимые разнонаправленные вариации параметров СТД по данным землетрясений с К<9  в пограничных точках очаговой зоны готовящегося сильного толчка, которые являются эффективными для прогноза землетрясений;

- установлена корреляция временных изменений параметров СТД по землетрясениям  с К<9 с одиннадцатилетней вариацией солнечной активности.

          Основные научные положения, выносимые на защиту:

1) Электронная база фокальных механизмов очагов землетрясений в международном формате Северного Тянь-Шаня и Жонгарии пригодна для статистического анализа.

2) Региональное поле напряжений характеризуется близгоризонтальным сжатием в близмеридиональном направлении, под действием которого наиболее вероятна реализация подвижки типа «взбросо-сдвиг».

3) Основным типом сейсмотектонического  деформирования хребтов Северного Тянь-Шаня является одноосное сжатие, для Жонгарии – сдвиг.

4) Очаги сильных землетрясений приурочены к границам участков с различным типом сейсмотектонического деформирования.

Личный вклад. Диссертантом лично определены фокальные механизмы очагов землетрясений с 1995 по 2007 гг., а также:

- рассчитаны и апробированы таблицы углов выхода P- и S-волн высокосейсмичных орогенов Тянь-Шаня и прилегающих слабосейсмичных платформ с использованием новых скоростных моделей земной коры;

- адаптирована к местным условиям программа Масаки Накамура и осуществлен переход к компьютерной технологии построения фокальных механизмов;

- выполнены программные скрипты, позволяющие в пакетном режиме проводить подготовку входных данных, рассчитывать фокальные механизмы и создавать каталог в международном формате;

- с непосредственным участием автора осуществлен расчет сейсмотектонических деформаций и их временных вариаций с построением карт и графиков; в результате собственных исследований получены средние фоновые характеристики сейсмотектонического режима Северного Тянь-Шаня и Жонгарии.

Связь данной работы с другими научно-исследовательскими работами. Работа выполнена в рамках программ фундаментальных исследований Института сейсмологии МОН РК в 1994-2007 гг.

Фактический материал. В работе использованы материалы фундаментальных и прикладных исследований Института сейсмологии МОН РК по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений, выполненных диссертантом самостоятельно или в соавторстве. Информационную основу исследований составили каталоги механизмов очагов землетрясений Северного Тянь-Шаня и Жонгарии за 1969–2007 гг., полученные в Сейсмологической опытно-методической экспедиции МОН РК лично диссертантом (с 1995 г.).

Практическая ценность. Результаты представляются важными при исследованиях сейсмических процессов и геодинамики литосферы сейсмоактивных регионов. В прикладных работах они приобретают первостепенное значение при оценке сейсмической опасности и постоянно используются при составлении карт сейсмического районирования, а также долго- и среднесрочного прогноза.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на семинарах и заседаниях ученого совета ИС МОН РК (1998-2005 гг.); на Втором Казахстанско-Японском семинаре по предотвращению последствий разрушительных землетрясений (Алматы, 23-25 сентября 2002 г.); на международной конференции «Проблемы сейсмологии III тысячелетия» (Новосибирск, 15-19 сентября 2003 г.); на Пятом Казахстанско-Китайском международном симпозиуме «Современная геодинамика и сейсмический риск Центральной Азии» (Алматы, 24-27 сентября 2003 г.); на Казахстанско-Российской международной конференции «Геодинамические, сейсмологические и геофизические основы прогноза землетрясений и оценки сейсмического риска» (Алматы, 22-24 июня 2004 г.); на Втором международном симпозиуме «Активный геофизический мониторинг литосферы Земли» (Новосибирск, 12-16 сентября 2005 г.); на Третьем международном симпозиуме «Геодинамика и геоэкология высокогорных регионов в XXI веке» (Бишкек, 30 октября-6 ноября 2005 г.); на IV международной конференции «Мониторинг ядерных испытаний и их последствий» (Казахстан, Боровое, 14-18 августа 2006 г.); на Шестом  международном симпозиуме по землетрясениям Тянь-Шаня (Китайская Народная Республика, Урумчи, 18-22 сентября 2006 г.); на XII международной конференции «Активные геологические и геофизические процессы в литосфере. Методы, средства и результаты изучения» (Воронеж, 18-23 сентября 2006 г.); на Девятых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 1-3 марта 2007 г.);  на международной конференции «Уроки и следствия сильных землетрясений»  (Украина, Ялта, 25-28 сентября 2007 г.); на Деcятых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 27-29 февраля 2008 г.); на Четвертом международном симпозиуме «Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы» (Бишкек, 15- 23 июня 2008 г.); на международной конференции посвященной 10-летию сборника «Землетрясения Северной Евразии» (Обнинск, 28-31 июля 2008 г.); на V международной конференции «Мониторинг ядерных испытаний и их последствий» (Казахстан, Боровое, 4-8 августа 2008 г.).

Работа выполнена под руководством д.ф.-м.н., профессора А. Сыдыкова, которому автор выражает глубокую признательность. Автор благодарит за ценные советы и консультации д.ф.-м.н. Н.Н. Михайлову, д.ф.-м.н. Г.Я. Хачикян, д.т.н., профессора В.И. Шацилова, д.г.-м.н., профессора А.В. Тимуша, к.ф.-м.н. А.Б. Садыкову, к.ф.-м.н. И.Н. Соколову. Особую признательность автор выражает администрации ТОО «Институт сейсмологии» и ГУ «СОМЭ КН МОН РК», способствовавшей проведению исследований. Автор искренне благодарна коллегам Н.И. Койчмановой, М.О. Гессель, Н.А. Калмыковой, к.г.-м.н. Т.М. Кайдаш, к.т.н. Н.П. Степаненко за внимание и поддержку.

Публикации. Основные научные результаты кандидатской диссертации опубликованы в 23 научных трудах, 3 из них в изданиях, рекомендованных Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОН РК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения. Объем работы – 135 страниц, 76 рисунка, 7 таблиц. Список использованных источников включает 102 наименований.

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

1 Геолого-тектоническое строение и особенности сейсмичности Северного Тянь-Шаня и Жонгарии

Дается краткое описание геолого-тектонического строения региона Северного Тянь-Шаня и Жонгарии с позиций, имеющих непосредственное отношение к его сейсмичности. Землетрясение представляет собой одну из форм дискретного, импульсного высвобождения  энергии, накапливающейся в основном в зонах повышенной мобильности вещества верхней мантии и земной коры. Поэтому, прежде всего, выделены зоны неотектонической активности.

Модель верхней части земной коры представляется в виде системы блоков, возникших на ранних этапах геологического развития и последовательно усложнявшихся; границами блоков служат разломы, имеющие большую глубину проникновения в кору. Новейшие движения характеризуются условиями горизонтального сжатия в субмеридиональном направлении, проявленными в закономерностях развития деформационного процесса.

Приводятся сведения о глубинном строении земной коры по данным геофизических методов. Отмечается важная генетическая особенность Северо-Тянь-Шаньской зоны – по ней контактируют аномально различающиеся платформенный и орогенный сегменты земной коры. К этой зоне тяготеют все очаги сильных землетрясений, подчеркивая ее сейсмогенерирующий аспект. Очаги сильных землетрясений формируются в пределах земной коры, преимущественно на глубинах 15-30 км, реже до 40 км, их пространственное положение связано с характерными аномалиями геофизических полей и упругопрочностных параметров.

Глава заканчивается описанием особенностей сейсмического процесса на территории исследования. Показано, что регион характеризуется высокой сейсмической активностью как по частоте, так и по интенсивности разрушительных землетрясений и состоит из двух крупных сейсмоактивных зон – Северо-Тянь-Шаньской и Жонгарской, разделенных слабоактивной Илийской впадиной. Повышенный уровень сейсмической активности наблюдается в районе хребтов Терскей Алатау, Заилийского и Кунгей Алатау, Жонгарского Алатау и в восточной зоне Киргизского хребта.

2 Методика построения механизма очага, сети наблюдения, база данных по механизмам очагов землетрясений

Определение механизмов очагов землетрясений (МОЗ) проводится на основе моделирования очага в рамках теории дислокаций по стандартной методике А.В. Введенской. С 2001 г. диссертантом осуществлен переход к компьютерной технологии с использованием программы Масаки Накамура «Определение механизмов очагов землетрясений при помощи знаков первых вступлений P- и S-волн». Как и в ранее применяемой стандартной методике, силовой моделью очага служит плоский дипольный тензор-девиатор, а исходной информацией – знаки первых вступлений продольных и поперечных волн. Важнейшим фактором, влияющим на достоверность определения механизма очага, является правильное установление знака первого вступления волны. Использование знаков первых вступлений поперечных волн, менее подверженных влиянию пути  «очаг-станция», позволяет существенно повысить надежность решения. По  результатам статистического анализа совместное использование знаков первых вступлений Р- и S-волн в 70% случаев дало возможность повысить надежность решения фокальных механизмов.

Следующим важным фактором надежного построения механизмов очагов является точность нанесения знаков на фокальную полусферу, которая, в свою очередь, зависит от точности скоростного разреза среды. В связи с этим осуществлен переход к использованию новых P- и S-скоростных моделей земной коры высокосейсмичного Тянь-Шаньского орогена и прилегающих слабосейсмичных платформ, созданных в лаборатории земной коры ИС МОН РК.

Третьим фактором повышения надежности решения является применение вероятностного учета возможных ошибок исходных данных за счет «размывания» положения знаков в области неопределенности. Применительно к региону исследования, характеризующемуся достаточно детальной геофизической изученностью, с учетом результатов проведенного анализа используемой методики, размер области неопределенности выбран как Q=Qmin+0,5. В каталог заносятся те механизмы очагов, в которых разброс значений параметров в этой области менее 0,35 радиан (20О) и значение согласованности больше 80%. В большой степени надежность определения механизма очага в используемой методике зависит от числа пунктов наблюдения и хорошего окружения ими очага. Поэтому в качестве исходного материала, наряду с записями сейсмических станций сетей Казахстана, дополнительно привлекаются бюллетени станций сейсмических сетей соседних государств. Для сильных землетрясений (К>11) привлекались данные сети IRIS, бюллетеней ИОЦ (г. Обнинск). Использование данных  удаленных станций повышает надежность решения фокальных механизмов, так как в этом случае на точность нанесения знаков на стереографическую поверхность перестают влиять ошибка определения глубины очага и неопределенность скоростной модели среды.

В рассматриваемом регионе большинство сейсмических станций расположено вдоль хребтов Северного Тянь-Шаня и Жонгарского Алатау. Оценка эффективности сети показывает, что территория Северного Тянь-Шаня и часть Жонгарского Алатау находятся в области представительной регистрации с Кmin = 7,5, а центральная части территории – с Кmin = 6,0. Эти значения Кmin представляют нижний энергетический уровень землетрясений, начиная с которого возможно построить фокальные механизмы.

Результаты определений МОЗ представляются в виде каталогов в международном формате, на основе которых создается база данных "СЕЙСМО". Каталоги механизмов очагов землетрясений с К>9,5 публикуются в ежегоднике «Землетрясения Северной Евразии». Завершает главу характеристика базы данных "СЕЙСМО". В частности, указывается, что данные о механизмах очагов землетрясений с К<12 составляют 97% всего каталога, причем более 50% приходится на долю слабых толчков с К<8. Для землетрясений с К³10 механизмы очагов определены в 100% случаев. В энергетическом диапазоне землетрясений К=8-9 начиная с 1980-х гг. найдены решения механизмов очагов в 60-90% случаев, а с 1990-х гг. – в 80-100%. В результате исследований, связанных с формированием базы данных механизмов очагов землетрясений, установлено, что используемая методика и сеть наблюдения позволяют получать надежное решение механизмов очагов землетрясений широкого энергетического диапазона для создания достоверной картины поля сейсмотектонической деформации территории Северного Тянь-Шаня и Жонгарии.

3 Характеристика типов механизмов очагов и сейсмотектонической деформации региона

В начале главы рассмотрено распределение механизмов очагов землетрясений с М>4 по типам подвижек. Показано, что подавляющее большинство подвижек реализуется в условиях преобладающего напряжения близгоризонтального сжатия по плоскостям разрыва, согласующихся с важнейшими глубинными разрывными нарушениями.

Для более подробного описания тектонического процесса и выявления общих закономерностей в пределах рассматриваемых геоструктур в следующем разделе главы применен сейсмостатистический подход с использованием данных о фокальных механизмах в широком энергетическом диапазоне на исследуемом (1969-2007 гг.) временном интервале, на котором сильных сейсмических событий для сейсмостатистического подхода недостаточно. На первом этапе исследования установлено подобие результатов, полученных по материалам статистически представительных слабых и немногочисленных сильных землетрясений для территории Северного Тянь-Шаня и Жонгарии. Дальнейший анализ проводился с привлечением материалов землетрясений всего энергетического диапазона. В результате определены основные закономерности в пространственном распределении типов подвижек, составлено представление о поле упругих напряжений в земной коре и характере деформаций отдельных ее участков, что является важной частью информации о современном движении горных масс.

Выявлена преобладающая роль фонового близгоризонтального сжатия в субмеридиональном направлении, под действием которого наиболее вероятна реализация подвижек типа «взбросо-сдвиг», свидетельствующая о том, что земная кора почти всей рассматриваемой территории испытывает воздымание.

Исследование распределения параметров фокальных механизмов в зависимости от глубины сейсмических событий показало, что в диапазоне глубин от 0 до 20 км, на которых происходит основная масса землетрясений исследуемого региона, тип механизма соответствует региональной направленности поля. На глубинах более 20 км наблюдается тенденция роста сдвиговой и сбросовой составляющих подвижек. В ориентации углов наклона осей главных напряжений отмечается более крутое залегание оси сжатия и более пологое – оси растяжения. В азимутах оси растяжения на глубинах более 30 км преобладает субмеридиональное направление. Сопоставление с данными томографии показывает, что гипсометрический уровень земной коры 20-30 км является уровнем максимально контрастной дифференциации значений эффективных геофизических параметров вследствие температурного воздействия. На этих глубинах значения мгновенной прочности на сдвиг под влиянием температуры становятся соизмеримыми или превышают действующие на нее внешние силы (тектонические, ротационные, космические и т.п.).

В ходе изучения средних фоновых характеристик в основных сейсмогенных зонах региона было обнаружено, что близгоризонтальная ось напряжения сжатия ориентирована перпендикулярно простиранию основных структур, ось напряжения растяжения – по простиранию структур. В Терскей Алатау преобладает северное направление в азимутах осей напряжения сжатия. В хребтах Заилийского и Кунгей Алатау северное и южное направления равновероятны, а в Жонгарии доминирует юго-восточная направленность осей сжатия. Это обусловлено существованием в регионе двух разнонаправленных систем вергентных структур: Жонгаро-Кетменской – юго-восточной вергентности, и Кунгей-Заилийской – северо-западной. Установлена тенденция роста сдвиговой составляющей подвижек, а также более крутое погружение оси напряжения сжатия в очагах землетрясений по мере удаления от хр. Заилийского и Кунгей Алатау.

Дальнейший тектонофизический анализ многочисленных подвижек в очагах землетрясений проведен в рамках представлений о сейсмотектонических деформациях (СТД) в литосфере. Теоретические предпосылки расчета СТД разработаны Ю.И. Ризниченко. При этом осуществлен переход от смещения в одном отдельно взятом очаге к деформации некоторого объема, обусловленной совокупностью возникших в нем землетрясений. Вследствие того, что очаги землетрясений изучаемой территории имеют глубину преимущественно 0-30 км, проведенное далее исследование сейсмотектонического деформирования относится к верхнему слою земной коры мощностью 30 км. Для оценки неслучайности результатов расчетов параметров СТД для различных районов по землетрясениям средней силы (К≥9,6) и слабым толчкам (К≤7,5) рассчитывался коэффициент интенсивности, который далее сравнивался с критическим уровнем Ккр=0,2. Результаты расчетов показали, что в подавляющем большинстве случаев значения коэффициентов выше Ккр, что свидетельствует о представительности используемых данных. Кроме того, выявлено, что для землетрясений с К³9,6  коэффициент интенсивности выше, чем для слабых. Это связано с повышением упорядоченности процесса деформации при переходе к землетрясениям больших энергий.

В результате расчетов получено площадное распределение совокупности параметров реконструируемого напряженно-деформированного состояния, отражающего динамику сейсмотектонических движений: осей главных деформаций тензора СТД; угла w, характеризующего соотношение между величинами главных напряжений, компонент тензора СТД; коэффициента Лоде-Надаи (m), характеризующего вид сейсмотектонической деформации; скорости сейсмотектонической деформации. Последующая интерпретация результатов указанных расчетов сопряжена с их тектоническим описанием, отнесением однородно деформируемых областей к определенному типу деформации, определением главных направлений максимального сокращения и удлинения.

Анализ площадного распределения оси максимального сжатия, представленного на рисунке 1, свидетельствует о том, что в целом исследуемой территории свойственна близгоризонтальная ориентация в субмеридиональном направлении вкрест простирания основных структур. В зонах впадин отмечено

 

   

Рисунок 1 - Ориентация оси максимального  сжатия Р                            

    

      

Рисунок 2 - Площадное распределение   коэффициента Лоде-Надаи

 

субширотное простирание максимального сжатия при близвертикальных углах погружения. Направление погружения оси максимального сжатия преимущественно северное, реже южное. Ориентация осей максимального растяжения в центральной части территории, включающей Иссык-Кульскую впадину с обрамляющими ее орогенами Тянь-Шаня, близвертикальна. Углы падения этой оси становятся более пологими  от центральной части территории к периферии, при этом доминирует субширотное направление максимального растяжения по простиранию основных структур.

Выявленные однородность площадного распределения ориентации напряжения сжатия и угла вида w, а также большая контрастность в распределении растягивающих напряжений, свидетельствуют, что в целом для изучаемой территории характерны условия близгоризонтального сжатия в близмеридиональном направлении.

При исследовании площадного распределения коэффициента Лоде-Надаи получена сложная блоковая структура поля сейсмотектонических деформаций в регионе: зоны простого сдвига чередуются с зонами сжатия и растяжения (рисунок 2). Преобладающим типом деформирования в районе Северного Тянь-Шаня является одноосное сжатие, в Жонгарии – сдвиг. Это возможно связано со структурно-формационными различиями этих зон, а также с различными геодинамическими условиями взаимодействия со смежными платформенными массивами.

В зонах, приуроченных к Жонгарской и Прибалхашской впадинам, деформированное состояние характеризуется одноосным растяжением, что связано с геодинамическими условиями пододвигания погружающегося фундамента под структуры пограничных хребтов. Деформированное состояние зоны, охватывающей Иссык-Кульскую впадину с обрамляющими ее хребтами, представлено сдвигом (в механическом смысле) с вертикальной ориентацией максимального растяжения. Приуроченность зоны к наиболее значимой температурной аномалии может свидетельствовать об участии в геодинамическом режиме тепломассопотоков верхней мантии.

Сравнение полученных в работе средних фоновых характеристик напряженно-деформированного состояния с результатами предыдущих работ, охватывающих периоды, относящиеся к различным этапам активизации сейсмотектонического процесса,  обнаруживает ряд существенных отличий. Картина СТД отличается от средних фоновых показателей наиболее резко в периоды повышенной сейсмической активности в регионе.

В результате сопоставления параметров пространственного режима сейсмичности с распределением коэффициента Лоде-Надаи выявлены наиболее вероятные сейсмогенерирующие зоны и установлено, что очаги сильных землетрясений приурочены к границам участков с различным типом сейсмотектонического деформирования. Показано, что все зоны вблизи г. Алматы, которые оценены максимально возможными магнитудами, потенциально опасны возникновением землетрясений взбросового типа, характеризующегося наиболее мощным и интенсивным излучением.

Расчет среднегодовой скорости сейсмотектонической деформации проведен методом суммирования сейсмических моментов пространственно-временного объема. Наиболее высокая скорость СТД свойственна территории Терскей-Алатау  и достигает (1-5)·10-10год-1. При движении с юга на север скорость сейсмотектонической деформации уменьшается, в Илийской впадине и Жонгарском Алатау она не превышает 3·10-11год-1. К Северо-Тянь-Шаньской деструктивной зоне, пограничной между Казахским щитом и Тянь-Шанем, приурочено резкое уменьшение скорости сейсмотектонической деформации.

Анализ материалов по механизмам очагов позволяет считать, что земная кора исследуемого региона находится в условиях горизонтального сжатия, что в сочетании с локальными неоднородностями среды приводит к реализации разнонаправленных подвижек в очагах и блоковой структуре поля сейсмотектонических деформаций.

4 Сопоставление региональных  определений  механизмов очагов с решениями тензора момента центроида

Впервые проведено сопоставление результатов, полученных в процессе реконструкции поля тектонических напряжений двумя различными сейсмическими методами, примененными к одним и тем же сильным землетрясениям территории Казахстана и приграничных с ним районов. Поля первичных движений продольных волн образуются вследствие начального движения разрыва, весь ход развития разрыва по ним проследить нельзя. При расчете параметров тензора центроида сейсмического момента (СМТ) с помощью инверсии волновых форм реконструируется механизм главной фазы разрывообразования на основе длиннопериодных колебаний.

В целом картина напряженно-деформированного состояния земной коры, полученная по параметрам тензора момента центроида, не отличается от той, которая ранее была получена по данным о механизмах очагов по стандартной методике. Из 20-ти рассматриваемых событий выявлены два, для которых отмечены существенные различия в параметрах фокальных механизмов. Оказалось, что контрастно различающиеся по двум методам определений механизмы очагов относятся к событиям, аномальным по другим, независимым характеристикам. Различие в механизмах по двум сейсмическим методам, возможно, связано с природой землетрясений и несоответствием используемой модели очага реальным процессам.

Проведен расчет отношений величин средних собственных значений тензоров к одному из максимальных собственных значений (ε) для землетрясений исследуемого региона с целью оценки возможности использования компонент тензора сейсмического момента для выявления землетрясений со сложным разрывом в очаге. Результаты анализа параметра ε в землетрясениях Тянь-Шаня и Жонгарии свидетельствуют, что величина ε, полученная при расчете компонент тензора сейсмического момента, не может служить прямым указанием для перехода к сложной модели источника. Это соответствует выводам, сделанным Ж.Я. Аптекман и Р.Э. Татевосян для других сейсмотектонических условий. Для выявления сложного разрыва необходимо рассматривать дополнительную информацию об очаге, в частности результаты сопоставления параметров фокальных механизмов, полученных разными сейсмическими методами. Наиболее полную характеристику НДС можно получить при использовании данных обоих методов, дополняющих друг друга.

5 Временные вариации параметров механизмов очагов

Изучению и прогнозированию сейсмотектонического процесса способствует исследование временных вариаций механизмов очагов для выявления особенностей временного хода и его связи с процессами формирования сильных землетрясений. В первом разделе главы описаны методика и параметры, используемые для анализа. Поскольку характер проявления временных вариаций существенно зависит от пространственно-временных масштабов рассмотрения сейсмотектонического процесса, анализ проведен как на  региональном, так и на локальном уровнях. В начале второго раздела приведены результаты исследования временных вариаций параметра, характеризующего отношение типичных для рассматриваемой территории положительных подвижек в очагах к общему числу механизмов (Nв/No) за период наблюдения 1969–2005 гг. в различных пространственно-временных масштабах. Периоду высокой активности сильных землетрясений в регионе (рисунок 3, слева)  соответствует период по-вышенных значений отношения Nв/Nо (на уровне 70%). В пределах зоны Заилийско-Кунгей Алатау этому периоду отвечает прямая корреляционная связь между среднегодовыми вариациями Nв/Nо и числом землетрясений (N ) и обратная между Nв/Nо и Vp/Vs. Отмечается изменение параметра Nв/Nо в противофазе в хребтах Заилийского, Кунгей и Терскей Алатау за 12–15 месяцев перед сильным землетрясением (рисунок 3, справа).

         

Рисунок 3 - Изменение во времени относительного количества

землетрясений разных типов механизмов (Nв/Nо)

 

В ближнем от эпицентра районе толчку предшествует снижение значений Nв/Nо, а в удаленном – рост, при этом прослеживается зависимость продолжительности существования предвестника в точке наблюдения от расстояния до очага.

Далее исследуются пространственно-временные вариации сейсмотектонической деформации. На первом этапе были изучены региональные временные вариации средних фоновых параметров СТД в четырех крупных сейсмоактивных зонах. Построены графики временных вариаций азимутов и углов погружения осей максимального сжатия и растяжения, коэффициента Лоде-Надаи (μ), коэффициента интенсивности (χ). Для всех районов во всем энергетическом диапазоне получены значения c >0,2, свидетельствующие о хорошей согласованности индивидуальных механизмов и пригодности используемого материала для статистического анализа за период 1980-2005гг. Из анализа временных вариаций коэффициента μ следует, что вид напряженно-деформированного состояния существенно изменяется (рисунок 4). При этом существенно изменяется и ориентация оси максимального растяжения. Наиболее стабильна во вре мени ориентация оси напряжения сжатия. Причем, в разных зонах временные изменения параметров протекают неодинаково. Детальное рассмотрение всей совокупности параметров СТД (коэффициентов интенсивности и Лоде-Надаи,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения кривых: 1, 2, 3 – графики землетрясений: 1- К³ 9,6; 2 - К£9,5; 3 - К£7,5. Стрелками показаны моменты сильных землетрясений.

 

    Рисунок 4 – Вариации      

 коэффициента  Лоде-Надаи

 

азимутов и углов погружения осей сжатия и растяжения) в сопоставлении с сейсмичностью позволило выявить следующие общие закономерности:

1) Для разных районов характерен свой тип напряженно-деформирован-ного состояния, на фоне которого происходит главное событие. В хребтах Заилийский, Кунгей, Терскей Алатау сильные землетрясения происходят на фоне деформаций одноосного сжатия среды. В Жонгарии и Киргизском хребте фоновыми являются сдвиговые деформации.

2) В период, предшествующий сильному событию, наблюдается упорядочивание системы напряжений во всех энергетических уровнях землетрясений, о чем свидетельствует рост значений коэффициента интенсивности СТД. После событий происходят перестройка системы напряжений, рассогласование индивидуальных механизмов.

Выявлены одиннадцатилетние вариации коэффициентов интенсивности (c) и Лоде-Надаи (m) в Кунгей-Заилийской и Терскейской сейсмогенных зонах по данным землетрясений с К<9,6. При сопоставлении с одинадцатилетним циклом солнечной активности (W) (рисунок 5) в зоне, подстилаемой мощным слоем активной мантии, установлена корреляция в противофазе вариаций m и W (r=–0,7), что может указывать на отклик напряженно-деформированного состояния среды на вариации космической погоды.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Вариации коэффициента m (а) и числа солнечных пятен W (б)

 

 

Заканчивает главу детальный анализ вариаций параметров СТД по материалам слабой сейсмичности (5,6<K<9,6) в Кунгей-Заилийской сейсмогенной зоне в локальном масштабе (0,50´0,50). Выявлено, что сильным землетрясениям предшествует ситуация с различным ходом вариаций коэффициента m в пограничных районах эпицентральной зоны (рисунок 6). В результате в окрестностях готовящегося землетрясения формируется зона несовместности поля сейсмотектонических деформаций, приуроченная к глубинным разломам (рисунок 7).


      

Рисунок 6 – Временные вариации            Рисунок 7 –  Площадное распреде-       

       параметров СТД в очаговой зоне          ление m в очаговой зоне на стадии 

 землетрясения 1990 г.                                     подготовки землетрясения 1990 г.

       

            Размер зоны, а также перепад значений m в пограничных районах тем больше, чем выше магнитуда готовящегося события. Таким образом, участки разломов, вдоль которых наблюдается резкое изменение типа напряженно-деформированного состояния, следует рассматривать как области нестабильности, потенциально опасные для возникновения динамических разрывов.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследований, направленных на выявление общих закономерностей и особенностей пространственно-временного распределения механизмов очагов и сейсмотектонической деформации земной коры Северного Тянь-Шаня и Жонгарии, получены следующие основные результаты:

– Усовершенствована методика построения механизма очага землетрясения с использованием компьютерной технологии, повышена надежность решений фокальных механизмов очагов землетрясений и объективность их оценок. В итоге создана электронная база параметров фокальных механизмов в международном формате, что позволило провести анализ поля сейсмотектонических деформаций на более высоком уровне точности и информативности.

– Установлена определяющая роль в современном напряженно-деформированном состоянии глубинных частей земной коры регионального близгоризонтального сжатия в субмеридиональном направлении, под действием которого наиболее вероятна реализация подвижки типа «взбросо-сдвиг»,  что свидетельствует о воздымании земной коры рассматриваемой территории. Ориентация разрывов в очагах сильных (К>12) землетрясений согласуется с простиранием важнейших рельефообразующих разломов.

– Выявлено, что в Терскей Алатау преобладает северное направление осей напряжения сжатия, в Жонгарии – юго-восточное; в Заилийском и Кунгей Алатау северное и южное направления равновероятны. Это обусловлено существованием в регионе двух разнонаправленных систем вергентных структур – юго-восточной и северо-западной.

– Показано, что условия горизонтального сжатия в сочетании с локальными неоднородностями среды приводят к реализации разнонаправленных подвижек в очагах и блоковой структуре поля сейсмотектонических деформаций. Обнаружена тенденция роста горизонтальной составляющей подвижек, а также более крутое погружение оси напряжения сжатия по мере удаления от хребтов Заилийского и Кунгей Алатау.

– В локальных зонах предгорных и межгорных впадин, деформированное состояние представлено одноосным растяжением, что согласуется с геодинамическими условиями пододвигания погружающегося фундамента под структуры пограничных хребтов. Иссык-Кульская впадина с обрамляющими ее хребтами характеризуется сдвиговым типом деформации с вертикальной ориентацией максимального растяжения, что закономерно проявляется в взбросовых подвижках в очагах землетрясений. Приуроченность зоны к наиболее значимой температурной аномалии, а также изменение напряженно-деформированного состояния на глубинах более 20 км, на которых увеличивается температурное воздействие на физические свойства среды,  свидетельствуют об участии в геодинамическом режиме тепломассопотоков верхней мантии.

– Установлено, что преобладающим типом деформирования в Северном Тянь-Шане является одноосное сжатие, в восточной его части и Жонгарии – сдвиг. Это согласуется с структурно-геодинамическими различиями этих зон.

– К Северо-Тянь-Шаньской деструктивной зоне, пограничной между Казахским щитом и Тянь-Шанем, приурочено резкое уменьшение скорости сейсмотектонической деформации.

– Определено, что напряженно-деформированное состояние земной коры, полученное по стандартной методике и СМТ-методом на основе Гарвардского каталога, в целом подобны. Отдельные землетрясения, в которых параметры механизмов очагов по обоим методам существенно различаются, относятся к событиям, аномальным по независимым характеристикам.

– Обнаружено, что в период, предшествующий сильному землетрясению, в пограничных районах эпицентральной зоны наблюдается ситуация с различным ходом временных вариаций коэффициента m. Очаги сильных землетрясений тяготеют к границам участков с различным типом сейсмотектонического деформирования.

– Установленные факты существования одиннадцатилетней вариации параметров СТД в пределах хребтов Терскей, Заилийский и Кунгей Алатау позволяют сделать вывод об отклике напряженно-деформированного состояния среды на вариации космической погоды.

Рекомендации по использованию полученных результатов

Полученные в диссертационной работе результаты имеют огромное значение при оценке сейсмической опасности, долгосрочном прогнозе землетрясений и при составлении различных карт сейсмического районирования.

Cписок опубликованных работ по теме диссертации

1. Жунусова А., Кулбаева У., Ли А.Н., Полешко Н.Н. и др. Определение механизмов очагов трех сильных землетрясений, зарегистрированных на сейсмической обсерватории «Медео» // Доклады второго Казахстанско-Японского семинара 23-25 сентября 2002 года.– Алматы, 2003.– С.126-131.

2. Жунусова А., Кулбаева У., Ли А.Н., Полешко Н.Н., Кен Судо и др. Анализ данных, полученных широкополосной сейсмической аппаратурой на обсерватории «Медео». Распределение скоростей (Vp, Vs) и характеристика среды (Q) верхней мантии под Средней Азией // Доклады второго Казахстанско-Японского семинара 23-25 сентября 2002 года.– Алматы, 2003.– С.132-137.

3. Ли А.Н., Калмыкова Н.А., Неверова Н.П., Полешко Н.Н.. Сейсмичность и сейсмотектоническая обстановка по данным определения механизмов очагов Северного Тянь-Шаня // Доклады второго Казахстанско-Японского семинара 23-25 сентября 2002 года.– Алматы, 2003.– С.210-215.

4. Дядьков П.Г., Полешко Н.Н., Тихомиров А.В. и др.  Региональные изменения напряженного состояния земной коры Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий // Материалы международной конференции 15-19 сентября 2003 года.– Новосибирск: СО РАН, 2003.– С.283-285.

5. Дядьков П.Г., Полешко Н.Н., Ли А.Н. и др. Региональные изменения напряженного состояния земной коры Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий: возможная роль западнотихоокеанских субдукционных процессов // Тез. докл. Казахстанско-Росийской международной конференции 22-24 июня 2004 года.– Алматы, 2004. – С.53-55.

6. Кальметьева З.А., Полешко Н.Н., Гиязова Ш.Ш. Механизмы очагов землетрясений Центральной Азии // Землетрясения Северной Евразии в 1998 году. – Обнинск, 2004. – С.87-91.

7. Сычева Н.А., Юнга С.Л., Бейсенбаев Р.Т., Богомолов Л.М., Ли А.Н., Полешко Н.Н. Сейсмотектонические деформации земной коры Иссык-Кульской зоны и Казахского Тянь-Шаня // Материалы международной конференции 12-16 сентября 2005 года. – Новосибирск: СО РАН, 2005. – С.344-351.

8. Кальметьева З.А., Полешко Н.Н., Гиязова Ш.Ш. Механизмы очагов землетрясений Центральной Азии // Землетрясения Северной Евразии в 2000 году. – Обнинск, 2006. – С.227-230.

9. Бейсенбаев Р.Т., Ли А.Н., Полешко Н.Н. Сейсмотектоническая обстановка сейсмоопасных регионов Казахстана по материалам определения механизмов очагов землетрясений // Материалы 12-й международной конференции – Воронеж, 2006. – Т.1. – С.64-69.

10. Бейсенбаев Р.Т., Ли А.Н., Полешко Н.Н. Характеристика сейсмотектонической деформации земной коры в районах Казахстана // The Sixth International Sumposium on Tianshan Earthquakes: Тез. докл. – Urumqi, China, 2006. – P. 193-196.

11. Нусипов Е., Сыдыков А., Садыкова А.Б., Жунусова А., Полешко Н.Н. Сейсмический режим и оценка сейсмической опасности территории Казахстана // The Sixth International Sumposium on Tianshan Earthquakes: тез. докл. –  Urumqi, China, 2006. – Р. 225-228.

12. Nusipov E., Sydykov A., Sadykova A.B., Zhunusova A.Z., Poleshko N.N. Seismic Mode and Hazard estimation in the territory of Kazakhstan // Collection of paper abstracts the sixth International Symposium on Tianshan Earthquakes. – Urumqi, China, 2006. – P. 227-228.

13. Сыдыков А., Садыкова А.Б., Полешко Н.Н. Сейсмотектоническое деформирование среды по данным о механизмах  очагов землетрясений // Вестник КазНТУ.– 2007. – №2.– С.12-17.

14. Михайлова Н.Н., Полешко Н.Н. Сопоставление региональных  определений механизмов очагов землетрясений Центральной Азии с решениями тензора момента центроида по данным глобальных сейсмических сетей // Вестник НЯЦ РК. – 2007. – Вып.2. – С.96-103.

15. Полешко Н.Н., Садыкова А.Б., Сыдыков А. и др. Солнечная активность, космические лучи, глубинная геодинамика и поле сейсмотектонических деформаций на Северном Тянь-Шане // Проблемы эволюции открытых систем.–2007. – №4. – T.2. – С.124-126.

16. Михайлова Н.Н., Полешко Н.Н. Тензоры моментов центроидов и механизмы очагов землетрясений Центральной Азии // Изв. НАН РК. Сер. геол. –2007. – №6. – С.87-90.

17. Нусипов Е., Жунусова А.Ж., Полешко Н.Н., Садыкова А.Б., Сыдыков А., Тимуш А.В., Шацилов В.И. Сейсмичность и сейсмотектоническая опасность // Геодинамика и сейсмичность литосферы Казахстана. – Алматы, 2007. – С.243-244.

18. Нусипов Е., Садыкова А.Б., Полешко Н.Н., Сыдыков А. Сейсмотектоническое деформирование среды по данным о механизмах очагов землетрясений // Геодинамика и сейсмичность литосферы Казахстана. – Алматы, 2007. –С.272-274.

19. Михайлова Н.Н, Полешко Н.Н. Временные вариации параметров механизмов очагов в сейсмоактивных регионах // Промышленность Казахстана. – 2008. – №1(46). – С.39-42.

20. Полешко Н.Н., Садыкова А.Б., Сыдыков А., Тимуш А.В., Хачикян Г.Я., Шацилов В.И. Напряженно-деформированное состояние земной коры на Северном Тянь-Шане по механизмам очагов землетрясений: связь с глубинной геодинамикой и 11-летними вариациями солнечной активности // Тез. докл. Четвертого международного симпозиуму 15-20 июня 2008 года.– Бишкек, 2008. – С.372-375.

21. Полешко Н.Н. Временные вариации параметров сейсмотектонической деформации в Джунгаро-Северо-Тянь-Шаньском регионе//Тез. докл. Четвертого международного симпозиуму 15-20 июня 2008 года.– Бишкек, 2008. – С.376.

22. Сыдыков А., Садыкова А.Б., Жунусова А.Ж., Полешко Н.Н. Особенности сейсмичности и сейсмотектонического  деформирования земной коры Казахстана // Науки о Земле в Казахстане. – Международный геологический конгресс МГК-33. – Алматы, 2008. – С.130-138.

23. Ли А.Н., Сыдыков А., Садыкова А.Б., Калмыкова Н.А., Неверова Н.П., Жунусова А.Ж., Полешко Н.Н. Сейсмический режим Джунгаро-Северо-Тянь-Шаньского региона за 1992-2001 гг.// Сейсмичность Северной Евразии. – Материал Международной конференции, посвященной 10-летию выпуска сборника научных трудов «Землетрясения Северной Евразии». – Обнинск, 2008. – С.151-157.

 

Полешко Наталья Николайқызы

 

25.00.10 – геофизика, пайдалы қазбаларды іздеудің геофизикалық әдістемелері

 

«Солтүстік Тянь-Шань және Жоңғария жер қыртысының сейсмотектоникалық деформациялануы және жерсілкінулері ошақтарының механизмдері»

 

Түйін

 

Жоңғар-Солтүстік Тянь-Шань жер қыртысының жерсілкінулерінің ошактар механизмінің және сейсмотектоникалық деформацияның жалпы заңдылықтарын және олардың уақыт пен кеңістік арасында таралуының ерекшеліктерін аныктауға арналған зерттеу барысында келесідей негізгі нәтижелер алынды:

Солтүстік Тянь-Шань және Жоңғар аймағы жойқын жерсілкіністердің қарқындылығы және олардың қайталану уақыты бойынша ең жоғары сейсмикалық активтілік деңгейімен сипатталады. Ең ірі сілкіністер эпицентрлері Іле, Күнгей, Теріскей және Жоңғар Алатауы жоталарында орналасқан.

- Компьютерлік технологияны қолдану арқасында ошақ механизмін  тұрғызу және қолданылатын параметрлерді дайындау әдістемелері жетілдіріліп, фокальді механизмдерді шешу және оларды анықтаудың дұрыстығын бағалаудың сенімділігі жоғарылады. Нәтижесінде сейсмотектоникалық деформация өрісін статистикалық сараптауға мүмкіндік беретін фокальдық механизмдердің халықаралық форматтағы  электрондық базасы құрылды. Осының арқасында ошақ механизмі деректерін сараптау жоғары дәлдікпен жаңа ғылыми деңгейде жүргізілді.

- Көптеген әлсіз жерасты дүмпулерінің және аз санды ірі сілкіністерінің ошақ механизмдері арқылы алынған деректер бойынша аймақтық кернеу өрісі бойлыққа жақын бағыттағы көлденең сығылу процесімен сипатталады. Осының әсерінен ошақтағы бірінші қозғалыстың ең ықтымал түрі “қаусырма-ығыспа” болып табылады.

- Жерсілкіну ошағандағы қозғалыстың жүзеге асуына жергілікті (локальдық) кернеудің де маңызы зор екені көрсетілген. Ошақ механизмдері параметрінің орташа деректері бойынша созылу және аралық кернеуінің сызықтары негізгі геологиялық құрылымдардың созылу бағытымен бағдарланса, көлденең сығылу кернеуінің сызығы оларға перпендикуляр түрде бағытталған. Ошақтық қозғалыстың көлденең құраушысының сан мәні Іле –Күнгей тау жоталарынан солтүстікке қарай алыстаған сайын өсетіні анықталған. Бұл сығылу кернеуінің аталмыш бағытта азаюының жанама дәлелі болып табылады. Бас кернеулер сызықтарының және фокальдық механизмдер сипатының 20 км тереңдіктен бастап өзгеретіні көрсетілген. Бұл кұбылыс активті мантияның ықпалымен қоршаған ортаның физикалық          қасиеттеріне температура әсерінің артуымен ұштастырылған.

- Сейсмотектоникалық деформацияланудың аудан бойынша таралуы аймақтық және локальдық кернеудің ортақ әсерінен пайда болған күрделі мозаикалық сурет тәрізді жай ығысу, сығылу және созылу белдемдерінен тұратыны айқындалған. Күнгей және Іле Алатауы белдемдері ең жоғары көлденең кернеу өрісінде орналасқан. Жоңғар және Көкшал тау жоталары ығысу күшінің жоғары мәндерімен сипатталады. Тау бөктерінде және ойпаттарда созылу кернеуі байқалады. Солтүстік Тянь-Шань тау жоталарында  негізгі сейсмотектоникалық деформациялану түрі бір осьтік сығылу, ал Жоңғарияда ығысу болып табылады.

- Күшті жерсілкінулерінің ошақтарының әртекті сейсмотектоникалық деформацияланған аудандардың шекарасына орналасатыны анақталған.

- Жер қыртысының кернеулену-деформациялану күйінің стандартты және Гарвард каталогі деректері бойынша СМТ-әдіспен алынған суреттерінің біріне-бірі ұқсас екендігі көрсетілген. Екі әдістемемен айқындалған ошақ механизмі параметрлерінің өзара айырмашылығы бар кейбір жерсілкіністердің басқа да  тәуелсіз сипаттамалары бойынша өзгеше екендігі дәлелденді.

- Күшті жерсілкіндуі пайда болуы алдында кернеу жүйесінің жерсілкінулерінің энергетикалық деңгейінде реттелу процесі жүретіні табылған. Ошақтық ауданда сейсмотектоникалық деформация өрісінің біртексіздігі қалыптасады. Сонымен  қатар шекаралық локальдық аудандарда µ параметрлерінің сан мәні болашақ жерсілкіністің магнитудасына байланысты өзгереді.

- Сейсмотектоникалық деформацияның түрін сипаттайтын g және m параметрлерінің күн дақтарының 11 жылдық циклімен жоғарғы деңгейдегі  өзара байланысы анықталды. Бұл қоршаған ортаның кернеулену-деформациялану күшінің ғарыштық ауа-райының өзгеруіне тәуелді екендігі туралы қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Табылған зандылықтың себебін анықтау үшін жер қыртысының қазіргі уақыттағы қозғалыстары туралы GPS- деректеріне сүйенген терең ізденістер  қажет.

Диссертациялық жұмыста алынған нәтижелер сейсмикалық қауіптілікті анықтауда және ірі сілкіністерді ұзақ және орта мерзімді болжауда өте үлкен мәні бар. Бұл деректер әртүрлі сейсмикалық аудандау карталарын тұрғызу барысында қолданылады. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poleshko Natalya Nikolaevna

 

Speciality 25.00.10 – Geophysics, geophysical methods of mineral exploration  

 

Focal mechanisms and seismotectonic deformation of earth crust North-Tien Shan and Dzungaria

 

Summary

 

Earth crust of south-east Kazakhstan is characterized by high seismic activity from one part and high population density and large amount of industrial facilities from another. The necessity of detailed study of seismotectonic deformation of the earth crust is corroborated by its significant practical importance for solving the tasks of seismic hazard estimation during designing hydrotechnical, industrial and civil buildings in seismically active regions. 

Investigation of focal mechanisms is still one of the main means for receiving the information about stress-strain state of deep earth crust. 

The purpose of the work is investigation of common regularities and revealing of features of spatial-time distribution of focal mechanisms and seismotectonic deformation of earth crust in Dzungaria-North-Tien Shan region.

During the investigation process the following results were achieved:

- focal mechanism construction method was improved; reliability of focal mechanisms solutions was increased as well as objectivity of their estimation.

- electronic database of focal mechanisms valid for statistical analysis of seismotectonic deformation field was created in international format.  This allowed to analyze data of focal mechanisms on a new level of accuracy and informativity.

- significance of regional stress field which is characterized by near horizontal compression in near meridional direction by both representative statistics of small earthquakes focal mechanisms and some large events was revealed.

- essential role of local stress in forming definite type of shifts in earthquake focuses was defined. According to data of average background parameters of focal mechanisms, compression strain axes are directed transversely to the main structures strike, and tension stress axis and intermediate – along the strike. The tendency of the shift horizontal component growth as the distance from Zailiyskiy-Kungey Alatayu increases was revealed. It indicates indirectly on compressing stress value decrease. 

 - change of main stresses orientation and focal mechanisms character at depths >20 km beginning from which thermal effect on physical properties increases under influence of active mantle is shown.

Areal distribution of deformation type is characterized by complex pattern of mosaic alternating zones of normal shear, compression and tension.  This pattern is stipulated by a superposition of regional and local stresses. The main type of seismotectonic deformation of Northern Tien Shan ridges is axial compression, and shear for Dzungaria. 

As a result of seismic setting parameters comparison with distribution of Lode-Nadai coefficient the most probable seismogenerating zones were revealed and it was determined that large earthquake focuses are in sites boundaries with different type of seismotectonic deformation. 

During comparison of results of seismotectonic deformation field reconstruction obtained by standard method and СМТ method on the basis of Harvard catalogue it was revealed that:

– on the whole, according to data of different methods the strain-stress pattern of earth crust state is the same; 

– individual events for which focal mechanisms parameters differs significantly are abnormal by other independent characteristics too. Difference in mechanisms obtained by two seismic methods is probably connected with the events nature. It is necessary to use data of both methods to reveal the events which main phase mechanism differs significantly from initial. They probably have information about abnormal physical conditions in medium.

As a result of detailed analysis of seismotectonic deformation field change in time the following common regularities were revealed according to data of the whole parameter part of focal mechanisms:

– large earthquake is corresponded by the situation with different type of strain-stress medium state in boundary regions;

- different regions have its own type of stress-strain state on which background the main event occurs;

– before a large event, ordering of strain system in all energy earthquake ranges occurs;

– inconsistence of seismotectonic deformation field is formed in focal zone before the large event; the larger magnitude of forthcoming event is the greater is the m value difference in local boundary zones. 

During comparison of annual average STD parameter variations within Northern Tien Shan ridges with change of solar activity and intensity of space radiation a high correlation rate of g and m parameters characterizing the type of seismotectonic deformation with 11 year cycle of variations of sunspot number W was revealed. It allows to make a conclusion about stress-strain medium state response on space weather variations. To understand the reasons of revealed connection, additional and more penetrating studies including GPS data about modern motions of earth crust in this region are needed.

Obtained results can be used in works on seismic zoning, long-term earthquake forecast and seismic impact estimation.