Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
геолого-минералогических наук : 25.00.10 – геофизика, геофизические
методы поисков полезных ископаемых. — Улаанбаатар, 2017. — 39
с.
Работа выполнена в Институте Астрономии и Геофизики Академии наук Монголии (г. Улаанбаатар, Монголия). Научный консультант: Ключевский А.В. – доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник лаборатории инженерной сейсмологии и сейсмогеологии ФГБУН Института земной коры СО РАН (г. Иркутск).
Цель исследования – оценка структуры и особенностей НДС, выделение главных закономерностей сейсмогеодинамики и распределения землетрясений на трех иерархических уровнях литосферы Монголии с акцентом на проявлениях сейсмичности, почвенного радона и GPS-скоростей в окрестностях г. Улаанбаатар.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Статистический анализ сейсмичности показал, что активизации в литосфере Байкальской рифтовой системы (БРС) приводят к кратковременной упорядоченности энергетической структуры и синхронизации динамики землетрясений Монголии.
Вариации сейсмических моментов землетрясений Монголии обусловлены сменой типа подвижки в очагах под влиянием геодинамических активизаций в литосфере БРС. Региональные геодинамические источники БРС формируют переменное поле напряжений в северной и центральной Монголии, а стохастическое воздействие глобальных источников повышает уровень напряжений сжатия в юго-западной Монголии.
Поле сейсмотектонических деформаций на территории Монголии отличается отчетливо выраженной неоднородностью. На юго-западе литосфера менее дислоцирована, чем на севере и, тем более, в центре, где сейсмотектонические деформации характеризуются высокой неоднородностью.
Повышение сейсмической активности в окрестностях г. Улаанбаатар обусловлено усилением тектонических подвижек по сети разломных зон на современном этапе их развития, что отчетливо проявляется при количественном анализе сейсмологических, эманационных и GPS-геодезических данных. Крупные разломы территории обладают потенциалом, который, судя по оценкам голоценовых землетрясений, может привести к сейсмическим событиям высокой магнитуды.
Научная новизна.
Впервые выполнена статистическая обработка и интерпретация представительного фактического материала инструментальных сейсмологических наблюдений и определений параметров очагов землетрясений с целью изучения пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности и НДС литосферы Монголии. Работа выполнена преимущественно на фактическом материале автора и его коллег.
Большинство данных являются новыми, как по фактическому материалу для конкретных изучаемых объектов, так и по интерпретации.
Главные результаты:
– установлено, что главные особенности наблюдаемых изменений сейсмических моментов землетрясений Монголии обусловлены сменой типа подвижки в очагах под влиянием геодинамических активизаций в литосфере БРС. Региональные геодинамические источники БРС создают переменное поле напряжений северной и центральной Монголии, а стохастическое воздействие глобальных источников приводит к повышению уровня напряжений сжатия в юго-западной Монголии.
– анализ радиусов дислокаций показал, что литосфера северной и центральной Монголии дислоцирована сильнее, чем на юго-западе страны. Выделены неоднородности НДС, причем повышенная изменчивость наблюдается в центральной части страны. В динамике изменений напряженного и деформированного состояний литосферы выявлен небольшой фазовый сдвиг.
– установлено, что основные стадии изменчивости сейсмичности и НДС литосферы Монголии обусловлены геодинамическими активизациями БРС и между активизациями и моментами усиления изменчивости верифицирована связь. Этот результат развивает феноменологическую модель стационарного сейсмического процесса, отражая особую роль и существенное влияние структурных перестроек НДС в литосфере БРС на геодинамику Монголии.
Наблюдаемая на исследуемом уровне сейсмогенеза стадийность и системность геодинамики является одним из атрибутов механизма возвращения иерархической системы разломов-блоков в метастабильное состояние после геодинамических активизаций и сильнейших землетрясений. В контексте детерминированного хаоса эти процессы могут быть поняты как отклики на переход неустойчивой геолого-геофизической среды различного иерархического уровня из одного метастабильного состояния в другое.
– проведённые в окрестностях г. Улаанбаатар сейсмогеологические исследования показали, что активные разломы в бортах впадин наследуют разрывные структуры, оформившиеся на завершающем этапе каледонской складчатости до заложения впадин. Благодаря этому наследованию современные активные разломы имеют преимущественно взбросовую кинематику, а их расположение не совпадает с границами впадин мезозойского возраста. Причиной активизации разломов является продолжающийся рост сводового поднятия, хотя и не столь интенсивный как в позднем палеозое или мезозое.
– расчеты GPS–скоростей на полигоне “Ulaanbaatar” показали, что деформации поверхности земной коры неоднородны и уменьшение скорости деформации происходит с СЗ на ЮВ. Повышенные значения деформаций приурочены к зонам сейсмодислокаций, а максимальные сдвиговые деформации имеют вид вытянутых полос, разделяющих блоки с меньшей деформацией. На западе полигона выделяется зона субмеридиональной ориентации с преобладанием раздвиговой составляющей деформации и к этой зоне с максимальным проявлением
составляющей растяжения приурочено скопление землетрясений.
– сейсмологические и эманационные данные подтверждает, что разломообразование в земной коре Улаанбаатарского полигона происходит в соответствии с глобальным полем напряжений. Стиль активного разрывообразования определяется обстановкой сдвига с ориентацией оси сжатия в направлении ЮЗ-СВ, что согласуется с ЮЗ-СВ направленностью оси максимального главного горизонтального напряжения SHmax в центральной части Монголии.
– повышение сейсмической активности в окрестностях г. Улаанбаатар обусловлено усилением тектонических подвижек по сети разломных зон и отчетливо проявляется при обработке сейсмологических, эманационных и GPS7 геодезических данных. Поскольку активные в голоцене крупные разломы этой территории обладают сейсмическим потенциалом, который может быть реализован землетрясениями с магнитудой до M≈7.5, то современная активизация разломной сети и выделение сильных палеоземлетрясений свидетельствуют о
необходимости уточнения оценки уровня исходной сейсмической опасности столицы Монголии в сторону ее увеличения.
Практическая значимость работы.
На практике реализована технология получения и обработки сейсмологической и геофизической информации на различных пространственно-временных масштабах, включающая в себя автоматизацию процесса, обеспечение решения задач определения текущих и
прогнозных оценок и компьютерную визуализацию материалов очаговой и структурной сейсмологии, эманационного и GPS-мониторинга. Технология в перспективе создает возможность перехода к мониторингу литосферы в режиме реального времени с целью оперативного решения задач сейсмической безопасности и прогноза сильных землетрясений. Проведенные сейсмогеологические исследования ориентированы на оценку потенциальной сейсмичности главных сейсмогенерирующих структур Монголии. На основании карт пространственного распределения сейсмических моментов сильных землетрясений и разломов выделены территории реализации разного
типа подвижки в очаге. Такая регионализация территории, в совокупности с другими геолого-геофизическими методами, дает возможность более надежно и обоснованно подойти к дифференциации зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ). Развиты методики и алгоритмы, позволяющие определить основные очаговые параметры землетрясений Монголии. Установление типа современного разломообразования имеет важное значение для оценки сейсмической опасности г. Улаанбаатар. Наиболее высокая сейсмическая опасность для столицы Монголии создается потенциалами разломных зон Хустай (до VIII баллов по шкале МSK-64) и Гунжин (до VIII–IX баллов), расположенных рядом с городом. Здесь в поле напряжений развивается сеть из четырех направлений разломных зон, а наиболее крупные представители субширотной и субмеридиональной систем являются лево- и правосторонними сдвигами. Разломные зоны северо-
западной и северо-восточной систем наследуют сеть разломов новейшего возраста и интенсивно развиваются в обстановках сжатия или растяжения. Ранее считалось, что сейсмическая опасность г. Улаанбаатар невысока из-за удаленности основных сейсмогенных разломов и низкого уровня сейсмичности. Исследованиями последних лет в непосредственной близости к городской агломерации установлены сейсмогенные структуры и выявлен высокий уровень сейсмичности. Изучение зон повышенной сейсмичности в окрестностях города методами GPS–геодезии и радонометрии показало наличие локальных аномалии горизонтальных деформации и высокой эмиссии радона на различных участках зон разломов. Установленная высокая современная и голоценовая геодинамическая активность территории поднимает вопрос о пересмотре уровня исходной сейсмической опасности г. Улаанбаатар в сторону ее увеличения.
Работа выполнена в Институте Астрономии и Геофизики Академии наук Монголии (г. Улаанбаатар, Монголия). Научный консультант: Ключевский А.В. – доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник лаборатории инженерной сейсмологии и сейсмогеологии ФГБУН Института земной коры СО РАН (г. Иркутск).
Цель исследования – оценка структуры и особенностей НДС, выделение главных закономерностей сейсмогеодинамики и распределения землетрясений на трех иерархических уровнях литосферы Монголии с акцентом на проявлениях сейсмичности, почвенного радона и GPS-скоростей в окрестностях г. Улаанбаатар.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Статистический анализ сейсмичности показал, что активизации в литосфере Байкальской рифтовой системы (БРС) приводят к кратковременной упорядоченности энергетической структуры и синхронизации динамики землетрясений Монголии.
Вариации сейсмических моментов землетрясений Монголии обусловлены сменой типа подвижки в очагах под влиянием геодинамических активизаций в литосфере БРС. Региональные геодинамические источники БРС формируют переменное поле напряжений в северной и центральной Монголии, а стохастическое воздействие глобальных источников повышает уровень напряжений сжатия в юго-западной Монголии.
Поле сейсмотектонических деформаций на территории Монголии отличается отчетливо выраженной неоднородностью. На юго-западе литосфера менее дислоцирована, чем на севере и, тем более, в центре, где сейсмотектонические деформации характеризуются высокой неоднородностью.
Повышение сейсмической активности в окрестностях г. Улаанбаатар обусловлено усилением тектонических подвижек по сети разломных зон на современном этапе их развития, что отчетливо проявляется при количественном анализе сейсмологических, эманационных и GPS-геодезических данных. Крупные разломы территории обладают потенциалом, который, судя по оценкам голоценовых землетрясений, может привести к сейсмическим событиям высокой магнитуды.
Научная новизна.
Впервые выполнена статистическая обработка и интерпретация представительного фактического материала инструментальных сейсмологических наблюдений и определений параметров очагов землетрясений с целью изучения пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности и НДС литосферы Монголии. Работа выполнена преимущественно на фактическом материале автора и его коллег.
Большинство данных являются новыми, как по фактическому материалу для конкретных изучаемых объектов, так и по интерпретации.
Главные результаты:
– установлено, что главные особенности наблюдаемых изменений сейсмических моментов землетрясений Монголии обусловлены сменой типа подвижки в очагах под влиянием геодинамических активизаций в литосфере БРС. Региональные геодинамические источники БРС создают переменное поле напряжений северной и центральной Монголии, а стохастическое воздействие глобальных источников приводит к повышению уровня напряжений сжатия в юго-западной Монголии.
– анализ радиусов дислокаций показал, что литосфера северной и центральной Монголии дислоцирована сильнее, чем на юго-западе страны. Выделены неоднородности НДС, причем повышенная изменчивость наблюдается в центральной части страны. В динамике изменений напряженного и деформированного состояний литосферы выявлен небольшой фазовый сдвиг.
– установлено, что основные стадии изменчивости сейсмичности и НДС литосферы Монголии обусловлены геодинамическими активизациями БРС и между активизациями и моментами усиления изменчивости верифицирована связь. Этот результат развивает феноменологическую модель стационарного сейсмического процесса, отражая особую роль и существенное влияние структурных перестроек НДС в литосфере БРС на геодинамику Монголии.
Наблюдаемая на исследуемом уровне сейсмогенеза стадийность и системность геодинамики является одним из атрибутов механизма возвращения иерархической системы разломов-блоков в метастабильное состояние после геодинамических активизаций и сильнейших землетрясений. В контексте детерминированного хаоса эти процессы могут быть поняты как отклики на переход неустойчивой геолого-геофизической среды различного иерархического уровня из одного метастабильного состояния в другое.
– проведённые в окрестностях г. Улаанбаатар сейсмогеологические исследования показали, что активные разломы в бортах впадин наследуют разрывные структуры, оформившиеся на завершающем этапе каледонской складчатости до заложения впадин. Благодаря этому наследованию современные активные разломы имеют преимущественно взбросовую кинематику, а их расположение не совпадает с границами впадин мезозойского возраста. Причиной активизации разломов является продолжающийся рост сводового поднятия, хотя и не столь интенсивный как в позднем палеозое или мезозое.
– расчеты GPS–скоростей на полигоне “Ulaanbaatar” показали, что деформации поверхности земной коры неоднородны и уменьшение скорости деформации происходит с СЗ на ЮВ. Повышенные значения деформаций приурочены к зонам сейсмодислокаций, а максимальные сдвиговые деформации имеют вид вытянутых полос, разделяющих блоки с меньшей деформацией. На западе полигона выделяется зона субмеридиональной ориентации с преобладанием раздвиговой составляющей деформации и к этой зоне с максимальным проявлением
составляющей растяжения приурочено скопление землетрясений.
– сейсмологические и эманационные данные подтверждает, что разломообразование в земной коре Улаанбаатарского полигона происходит в соответствии с глобальным полем напряжений. Стиль активного разрывообразования определяется обстановкой сдвига с ориентацией оси сжатия в направлении ЮЗ-СВ, что согласуется с ЮЗ-СВ направленностью оси максимального главного горизонтального напряжения SHmax в центральной части Монголии.
– повышение сейсмической активности в окрестностях г. Улаанбаатар обусловлено усилением тектонических подвижек по сети разломных зон и отчетливо проявляется при обработке сейсмологических, эманационных и GPS7 геодезических данных. Поскольку активные в голоцене крупные разломы этой территории обладают сейсмическим потенциалом, который может быть реализован землетрясениями с магнитудой до M≈7.5, то современная активизация разломной сети и выделение сильных палеоземлетрясений свидетельствуют о
необходимости уточнения оценки уровня исходной сейсмической опасности столицы Монголии в сторону ее увеличения.
Практическая значимость работы.
На практике реализована технология получения и обработки сейсмологической и геофизической информации на различных пространственно-временных масштабах, включающая в себя автоматизацию процесса, обеспечение решения задач определения текущих и
прогнозных оценок и компьютерную визуализацию материалов очаговой и структурной сейсмологии, эманационного и GPS-мониторинга. Технология в перспективе создает возможность перехода к мониторингу литосферы в режиме реального времени с целью оперативного решения задач сейсмической безопасности и прогноза сильных землетрясений. Проведенные сейсмогеологические исследования ориентированы на оценку потенциальной сейсмичности главных сейсмогенерирующих структур Монголии. На основании карт пространственного распределения сейсмических моментов сильных землетрясений и разломов выделены территории реализации разного
типа подвижки в очаге. Такая регионализация территории, в совокупности с другими геолого-геофизическими методами, дает возможность более надежно и обоснованно подойти к дифференциации зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ). Развиты методики и алгоритмы, позволяющие определить основные очаговые параметры землетрясений Монголии. Установление типа современного разломообразования имеет важное значение для оценки сейсмической опасности г. Улаанбаатар. Наиболее высокая сейсмическая опасность для столицы Монголии создается потенциалами разломных зон Хустай (до VIII баллов по шкале МSK-64) и Гунжин (до VIII–IX баллов), расположенных рядом с городом. Здесь в поле напряжений развивается сеть из четырех направлений разломных зон, а наиболее крупные представители субширотной и субмеридиональной систем являются лево- и правосторонними сдвигами. Разломные зоны северо-
западной и северо-восточной систем наследуют сеть разломов новейшего возраста и интенсивно развиваются в обстановках сжатия или растяжения. Ранее считалось, что сейсмическая опасность г. Улаанбаатар невысока из-за удаленности основных сейсмогенных разломов и низкого уровня сейсмичности. Исследованиями последних лет в непосредственной близости к городской агломерации установлены сейсмогенные структуры и выявлен высокий уровень сейсмичности. Изучение зон повышенной сейсмичности в окрестностях города методами GPS–геодезии и радонометрии показало наличие локальных аномалии горизонтальных деформации и высокой эмиссии радона на различных участках зон разломов. Установленная высокая современная и голоценовая геодинамическая активность территории поднимает вопрос о пересмотре уровня исходной сейсмической опасности г. Улаанбаатар в сторону ее увеличения.