Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://phys.web.ru/pubd/2008/05/27/0001180514/art03.pdf Дата изменения: Tue May 27 21:29:09 2008 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:03:29 2012 Кодировка: Windows-1251

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

УДК 550.34:551.242

СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ ПОД ВОСТОЧНУЮ КАМЧАТКУ 2004 г. Г. П. Авдейко, А. А. Палуева, С. В. Лепиньч
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, 683006, Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9 тел. (415-22)5-93-47; e-mail: gavdeiko@kcs.iks.ru Проведен анализ по следовательно сти землетрясений и их локализации в Камчатской зоне субдукции за период 1962-2001 гг. Ме тодом по с т р о ения карт, разре зов и трехмерных вращаемых блок-диаграмм выделены сейсмоактивные разломы (сдвиги и взбросы) в пределах надвигаемого края Евразиатской плиты. Структура сейсмической активно сти сответствует клавишно-блоковой модели Лобковского - Баранова (1984). Учет этих данных имеет значение для прогноза времени и о собенно ме ста сильных землетрясений.

Курило-Камчатская дуга и прилегающие участки Тихого океана являются ареной проявления современных тектониче ских движений при взаимодействии Тихоокеанской, Евразиатской и Северо-Американской литосферных плит. Падающий под Камчатку сейсмофокальный слой маркирует зону субдукции, т.е. поддвигания Тихоокеанской плиты под Евразиатскую. Изучение динамики и кинематики взаимодействия этих плит и влияния сейсмоактивных тектонических структур имеет большое значение как для прогноза времени и ме ста землетрясений, так и для понимания строения древних зон субдукции и для выработки критериев их палеотектонических реконструкций. Сейсмофокальные зоны (СФЗ) как планетарные структуры на границе океан - континент широко известны, начиная с обобщающей работы В.Х.Беньофа (Benioff,1954). Первые данные об очаговой зоне землетрясений, погружающейся под Японские острова, были опубликованы К.Вадати в 1934 году. Затем А.Н.Заварицкий (1946) опубликовал данные о наклонной СФЗ, по которой происходит надвигание материка на океаническое дно в районе Камчатки. Природа СФЗ, называемых еще зонами Беньофа, или Вадати-Беньофа, или Вадати-Заварицкого-Беньофа, получила свое объяснение в модели субдукции (Айзекс и др., 1974). Ст ро ение с ейсмофока льных зон - это ключ к пониманию динамики и кинематики взаимодействия континентальной и океаниче ской лито сферных плит. Эта проблема рассматривалась в целом ряде работ. Ей было по священо специальное совещание Межведомственного тектонического комитета и Комиссии АН по проблемам Мирового оке ана (Ст ро ение..., 1987). Геометрия СФЗ Камчатки как единой структуры до ст ат очно подробно рассмот рена в ряде рабо т (Тараканов, 1981; Федотов и др., 1985; 1987). В част18

ности, в наиболее полной работе (Федотов и др., 1985) отмечается, что СФЗ имеет горизонтальную часть на глубинах 0 - 50 км, которая про слеживается поло сой шириной около 200 км между глубоководным желобом и побережьем Камчатки, с максимумом сейсмичности на глубинах до 40 км. Глубже СФЗ имеет вид слоя толщиной 40 - 50 км, падающего под Камчатку под постоянным углом в 50њ. Выход о си фокального слоя на поверхность проходит по восточным полуостровам и маркируется линией максимальной сейсмичности. Авторы приходят к вывод у, что 'фока льная зона удивительно однородна по форме и строению вдоль Камчатки на протяжении порядка 700 км от мыса Лопатка на юге Камчатки до Камчат ского за лива' (Федотов и др., 1985, с.102), а заметных связей пространственной локализации очагов с тектоникой Камчатки не наблюдается. 'Отмечается лишь уменьшение сейсмичности в земной коре на глубинах 0 - 30 км под мысом Шипунским и южной частью Кроноцкого полуострова' (там же, стр.105) . Вместе с тем, на примере Курило-Камчатской дуги была разработана концепция сейсмических брешей и сейсмических циклов (Федотов, 1965; 1968), которая применяется для долго срочного прогноза сильных землетрясений. Наличие сейсмических брешей, заполняемых афтершоками сильных землетрясений через определенные интервалы времени, свидетельствует о некоторой неоднородно сти строения (сегментации) вдоль СФЗ. Основываясь на этом, Л.И.Лобковский и Б.В.Баранов (1984) разработали клавишно-блоковую модель. Суть ее заключается в том, что фронтальный край надвигаемой, в данном случае Евразиат ской плиты разбит продольными и поперечными разломами на отдельные блоки-клавиши. При сильных землетрясениях блок, до стигший предела напряженного
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ со стояния, скачкообразно перемещает ся в сторону глубоководного желоба, какое-то время продолжает двигаться по инерции, а затем останавливается и начинает пассивно перемещаться в противоположную сторону вместе с поддвигаемой плитой до следующего накопления сейсмической энергии. Выдвигающийся в противоположную относительно направления движения субдуцируемой плиты сторону блок маркирует ся очаговой зоной афтершоков. При сильных землетрясениях движениями могут быть охвачены два и более со седних блоков. Эта модель, к сожалению, не приним ает ся в о вним ание с ейсмологами при анализе землетрясений, хотя ее учет позволит, на наш взгляд, более обо снованно прогнозировать время и особенно места сильных землетрясений. Сильно е Кроноцко е землет ряс ение (М=7,0 ), произошедшее 5 декабря 1997 г. и сопровождаемое афтершоками, в первом приближении находится в соответствии с этой моделью (Авдейко и др., 1998). На основании анализа сильных камчатских землетрясений (Мe"6,5), сопровождаемых афтершоками, мы выделили 7 сегментов, соответствующих блокам-клавишам модели Лобковского-Баранова (Авдейко и др., 1999). П оявление новых методов и технологий компьютерной обработки сейсмологических данных позволяют на новом уровне рассмотреть проблему кинематики и геодинамики взаимодействия лито сферных плит в зоне субдукции, оценить связь сейсмических событий с тектоническим строением, выделить отдельные сейсмоактивные тектонические структуры. В данной работе мы анализируем последовательность сейсмических событий, выполненную в анимационном режиме по годам и ме сяцам, за ве сь период инструментальных наблюдений, начиная с 1962 г. При анализе сильных землет рясений, сопровождаемых афтершоками, по следовательность событий рассматривается также по часам и дням в течение месяца. Кроме того, для выделения сейсмоактивных структур мы использовали т рехмерные вращаемые модели, которые позволяют рассматривать скопления землетрясений с любой стороны, для любого отрезка времени, а также с учетом последовательности событий. В данной работе о сновно е внимание уделено структурам нависающего края Евразиатской плиты, т.е. с ейсмофокального слоя на глубине 0 - 40 км, структура которого наименее изучена и по которому получена новая информация. ИСХОДНЫЙ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ В настоящей работе использован ката лог камчатских землетрясений, составленный и пополняемый
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

Камчатской опытно-методиче ской сейсмологической партией (КОМСП) Геофизиче ской службы РАН по наб л юдениям региона льной с ети с ейсмиче ских станций за период 1962 - 2001 гг. Каталог размещен на странице КОМСП в Internet. Для оценки энергии землет рясений в каталоге применяется шкала энергетиче ских классов (К) С.А.Федотова. Связь с магнитудной шкалой (М) оценивается по эмпириче ской формуле: К 1.5 М + 4.6 В работе мы, в основном, использовали данные по землетрясениям с К 9.5 (М 3.3). За 40-летний перио д наб людений в иссле д у емо м районе , в интервале координат 50њ - 57њ с.ш. 157њ - 167њ в.д. насчитывается 15189 землетрясений такого класса. Для каждого землетрясения дается оценка точности опре деления его эпицент ра и гл у бины очага. В среднем, точность определения координат эпицентра с о ст ав ляет 10 - 15 км, на уд а лении о т сети с ейсмиче ских ст анций - до 30 км, а т очно сть определения глубины очага - около 20 км, на удалении возможны ошибки до 50 км. Следует подчеркнуть, что на практике обеспечивается более высокая точно сть взаиморасположения очагов землетрясений за счет по стоянства сети наблюдений и методики обработки (Федотов и др., 1985). Поэтому для анализа структурной приуроченно сти очагов землет рясений мы использовали данные по всем землетрясениям, а для более дет альных по ст ро ений выбирали те из них, точность определения глубины которых 10 км. Как правило, т аких землетрясений около 50%. При этом ка ртина взаимного расположения землет рясений о стается практиче ски неизменной, е сли не считать ис че зновения г ориз онт а повышенног о числа землетрясений на глубине 40 км при использовании то лько землет ряс ений с точно стью определения глубины 10 км. Данные о точности определения координат эпицент ров землет ряс ений и гл убины были любе зно предоставлены нам В.И.Левиной. МЕТОДИКА АНАЛИЗА На первом этапе работ мы использовали стандартные методики, применяемые в с ейсмологии, т. е. построение карт эпицентров землетрясений, построение карт на разные горизонты (0-50, 50-100, 100-200, 200-300, 300-400, >400 км) с бо лее дет а льной разбивкой в верхней части (0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 км), по ст ро ение поперечных и продольных разрезов. Для анализа последовательно сти сейсмиче ских событий, при которых может проявиться характер движения по разрывам отдельных блоков,
19


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.1. Батиметрическая карта континентального склона Восточной Камчатки (по Селиверстову, 1998) с ограничительными линиями поперечных и продольных разрезов сейсмофокальной зоны, приведенных на рис.2 и 3.

ст роились к а р ты эпицент ров землет ряс ений на каждый год (40 карт), а при выявлении скоплений эпицент ров землет рясений, выст раив ающихся в
20

линии, заполняющих определенные площади, а также роев землетрясений строились карты по месяцам (240 карт). Для 7-ми сильных землет рясений, сопровоВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ ждаемых афтершок ами, были по ст ро ены кар т ы эпицентров в такой по следовательности: за неделю до о сновного толчка, основной толчок и час по сле него, 6 часов, 12 часов, сутки, неделя, ме сяц после основного толчка. В некоторых случаях, в частности по Кроноцкому 5 декабря 1997 г. и по рою землет ряс ений июня - июля 1996 г., ана лизирова лись события по более коротким интервалам. Построение карт и разрезов осуществлялось с помощью комплекса программ, написанных А.А.Палуевой. Был подготовлен также анимационный вариант по следовательности землетрясений, который демонстрировался в нашем докладе на заседании Ученого совета Института вулканической геологии и геохимии ДВО РАН 4 февраля 2004 г. Карты для анимационного в арианта были изг о т ов лены с по мощью пакет а программ ArcView. С целью сопоставления сейсмоактивных структур с морфо ст р у к т урами континент альног о склона Во сточной Камчатки эпицентры землет рясений на всех картах наносились на батиметрическую основу Камчат с ко-Командорского региона (С еливерстов, 1998). Эта карта является наиболее подробной из всех, имеющихся для этого района. Карта со ставлена по результатам детальных исследований в рейсах НИС 'Вулканолог' в 1997 - 1991 гг. с учетом предыдущих материалов. Н.И.Селиверстов любезно предо ставил нам наиболее детальный цветной вариант этой карты в мерк ат орской про екции, прикамчат с к ая часть которой показана на рис.1. Линиями на этом рисунке оконтурены участки построения вертикальных поперечных и продольных разрезов. Выполнение всех этих операций, не смот ря на компьютерную обработку данных, является т рудоемким, длительным процессом. Особенно трудоемким процессом является сопоставление карт и разрезов при анализе с ейсмоактивных тектониче ских ст руктур. По следнего недостатка лишена методика построения объемных вращаемых моделей с помощью пакет а программ Maple 7. Эта методика позволяет вырезать отдельные блок-диаграммы, помещать гипоцентры всех или определенно выбранных землетрясений и путем вращения рассмат ривать землет ряс ения с любой стороны. Мы вырезали блок-диаграммы для всего исследуемого района в координатах 51њ - 57њ с.ш. и 157њ - 161њ в.д. с землетрясениями с К9.5 за весь период наблюдений, а также по годам (40 блокдиаграмм ). Более дет альные блок-диаграммы по отдельным участкам строились с учетом и без учета энергии землет ряс ений, а т акж е с учет о м по следовательно сти афтершоков для Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г. и для роя землетрясений в Авачинском заливе в июне - июле 1996 г. На
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

блоки были нане сены береговая линия, ме стоположение глубоководного желоба и положение плоскости скольжения (трения) при поддвигании Тихоокеанской плиты под Евразиатскую. Положение этой пло скости с Тихоокеанской стороны определяется положением гл убоководного желоба, а со стороны Камчатки - верхней поверхностью зоны резкого изгиба (излома по Лобков ском у, 1988) Ти хооке анской плиты на глубине около 40 км. Эта плоскость позволяет анализировать отдельно землетрясения в пределах нависающего (надвигаемого) края Евразиат ской плиты и внутри Тихоокеанской плиты. Некоторые ограничения накладывает точность определения глубины очагов землетрясений. При анализе движений по отдельным блокам мы использовали данные по механизмам очагов сильных землетрясений, определенных в Гарвардском университете (США). Эти данные обобщены в по следнее время в работе Христовой (Christova, 2001). СТРОЕНИЕ СЕЙСМОФОКАЛЬНОЙ ЗОНЫ Геометрия СФЗ Камчатки как единой структуры, маркируемой гипоцентрами землетрясений, достаточно подробно рассмотрена по результатам 20-летнего периода наблюдений (Федотов и др., 1985). Данные по следующего 20-летнего периода не вне сли су щественных изменений в представление о ее строении. Вме сте с тем, новые данные позволяют уточнить детали строения СФЗ с учетом модели субдукции. Прежде всего, речь идет о строении верхнего (до 40 км) субгоризонтального сейсмофокального слоя. На прилагаемых поперечных и продольных сейсмологических разрезах (рис.2,3) выделяется предполагаемая плоскость взаимодействия (трения) поддвигаемой Тихооке анской лито с ферной плиты с нависающей Евразиатской плитой между глубоководным желобом и з оной ре зкого изгиба (излома) Тихоокеанской плиты. Она маркируется максимумом числа землетрясений, в том числе и сильных. Сама плоско сть также выделяется увеличением числа землетрясений. Это плохо видно на прилагаемых разрезах, построенных с использованием всего массива данных по землетрясениям, но проявляется на поперечных разрезах за отдельные годы, а также на 3-х-мерных вращаемых моделях с землет ряс ениями, точно сть определения глубины которых 10 км. Угол падения пло ско сти взаимодействия составляет 10 - 12њ. Это соответ ствует углу наклона поверхно сти Мохо на сейсмических разрезах, составленных по данным ГСЗ. Один из таких разре зов проходит по Авачинскому заливу вкрест простирания дуги (Глубинное ..., 1978). По сле изгиба угол падения СФЗ увеличивается до 50
21


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.2. Поперечные разрезы сейсмофокальной зоны. Положение разрезов показано на рис.1. Пунктирной линией показано предполагаемо е положение кровли поддвигаемой Тихоокеанской плиты. 22 ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Рис.3. Продольные разрезы с ейсмофока льной зоны. Положение разре зов показано на рис.1. Пунктирная линия - предполагаемые границы между взаимодействующими литосферными плитами: ЕА - Евразиатская, СА - Северо-Американская, ТО - Тихоокеанская.

- 51њ. Этот угол практически постоянный на проанализированных поперечных разрезах 15 - 20 на участке от Кроноцкого пол уо с т рова до С е верных Курил, ме стопол ожение которых дано на рис.1. Разре з ы
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

построены путем проецирования гипоцентров землет ряс ений на вертика льную пло ско сть из соответствующего объема, ограниченного вертикальными пло ско стями между ограничительными линиями на
23


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.4. Карты эпицентров землетрясений на разных горизонтах на глубине.

рис.1. На рис.2 приведены только три разреза - 14, 17 и 19. В отличие от разрезов 17 и 19, на разрезе 14 угол в ерхней поверхно сти СФЗ до гл у бины ~100 км являет ся пологим и только на гл убине 100 м ст ановится крутым.
24

На рис.3 приведены продольные вертикальные сейсмологиче ские разрезы, постро енные таким же образом, как и поперечные разрезы. На всех показанных разрезах (разрезы 4 - 7) проявлена граница между Ти хоок е анской и С е веро-Америк анской
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ лито сферными плит ами за счет увеличения числа землет рясений. На разре зе 7 Тихооке анская плит а граничит с Северо-Американской еще до ее субдукции под Евразиатскую плиту. Разрез 6 фиксирует начальный этап субдукции (см. рис.1 и 3). Разрез 5 соответствует зоне перегиба Тихоокеанской плиты, где наблюдается максимальное число землетрясений и почти все крупные землетрясения (К>14.5, М>6.6), зарегистрированные за 40-летний период наблюдений. Граница между поддвигаемой Тихоокеанской и надвигаемой Евразиатской плитами проведена, исходя из анализа поперечных разрезов. На разрезе 4 видно, что кровля Тихооке анской плиты, фиксируемая гипоцентрами землетрясений на глубине примерно 100 км, отделена от Евразиатской плиты асейсмичной зоной. На разре зе 6, в поло се между зоной сгущения землет ряс ений на изгибе Тихооке анской плиты и глубоководным желобом видны участки пониженной сейсмической активности (асейсмичные участки) и участки сгущения землетрясений (с ейсмоактивные участки). Границы между с ейсмоак тивными и ас ейсмичными участками, располагающимися в пределах нависающей Евразиатской плиты, являются субвертикальными. Сейсмоактивные и асейсмичные участки (сегменты) отчетливо видны также на погоризонтных к а рт ах (рис. 4). О дин из ас ейсмичных участков располагается к северо-востоку от Шипунского полуострова, второй - к юго-востоку от Кроноцкого полуо строва. По следний оказался даже не з аполненным афтершоками сильного Кроноцкого землетрясения 1997 г. (М=7,7), хотя он расположен внут ри очаговой области афтершоков этого землетрясения. На этих же картах отчетливо видно смещение эпицентров землетрясений в сторону Камчатки, что соответствует наклону плоскости взаимодействия Евразиат ской и Тихоокеанской лито сферных плит. Большинство очагов землетрясений на горизонтах 0- 10 и 10-20 км локализовано в пределах Евразиатской плиты, за исключением землетрясений, располагающихся с тихоокеанской стороны от оси глубоководного желоба. На горизонте 30-40 км большинство землетрясений относится уже к Тихоокеанской плите. Здесь же отчетливо проявлена зона резкого изгиба Тихоокеанской плиты. Конечно, низкая точно сть определения гипоцент ров землет ряс ений позволяет выявить только с амые общие закономерно сти ст ро ения зоны субдукции. Тем не менее, анализ погоризонтных карт, поперечных и продольных сейсмиче ских разрезов позволяет выявить пло скость взаимодействия (скольжения) Евразиатской и Тихоокеанской плит и отделить землетрясения, заведомо отно сящиеся к той или иной плите. Природа землетрясений, относящихся к обеим
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

плит ам , рассмот рена в ряде работ ( Лобко в ский, Сорохтин, 1979; Лобковский, Баранов, 1984; Лобковский, 1988 и др.). По увеличению числа и энергии землетрясений четко выделяется зона изгиба Тихоокеанской плиты на глубине около 40 км. Над этой зоной количество землетрясений также повышено. На горизонтах 0-10, 10-20 км и в меньшей степени на горизонтах 20-30 и 30-40 км проявлена вторая зона увеличения числа землетрясений, протягивающаяся параллельно оси глубоководного желоба. Выявляются участки (с ег менты) повышенной и пониженной сейсмической активности, перпендикулярные общему про стиранию дуги, с субвертикальными границами между ними. СЕЙСМОАКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ Как указывалось в методическом разделе, нами рассмотрена последовательность проявления землетрясений по годам, месяцам, а для сильных землетрясений, сопровождаемых афтершоками, - по дням и час ам. На рис.5 прив е дены к а р ты эпицент ров землет ряс ений по наиболее харак терным годам, позв оляющим выявить с ейсмоак тивные блоки и разломы. Кроме того, проведен анализ вращаемых трехмерных блок-диаграмм за ве сь период наблюдений, за каждый год отдельно, а также за более короткие периоды времени для сильных землетрясений, сопровождаемых афтершоками, и для роя земле-трясений 1966 г, произошедших в 90-120 км от берега на траверзе вулк.Мутновского. На рис.6 показано два вида такой блок-диаграммы за 1977 г, когда произошло сильно е Кроноцкое землетрясение (М=7.0): вид на рис.6а с юго-запада, т.е. вдоль простирания глубоководного желоба и восточного побережья Камчатки, и вид 6б - вкрест про стирания. На самом деле, можно рассмат ривать и анализировать блок-диаграмму с любого направления, в том числе и сверху (карта), и снизу. Непрозрачная пло ско сть - граница между плитами - позволяет рассматривать землет рясения отдельно в Евразиатской и Тихоокеанской плит ах с учетом точности определения глубины землетрясений. По следовательно сть с ейсмиче ских событий и положение в пространстве гипоцентров роя землетрясений 1966 г проанализировано на вращающихся блок-диаграммах в студенческой работе С.В.Лепиньча. Ме тодом вращения блок-диаграмм ув еренно выделяются плоскости разрывов (разломов) и элементы их залегания, когда гипоцентры землетрясений выстраиваются в линии. Наиболее характерны разломы, субперпендикулярные к простиранию дуги, в целом соо тв етствующие направлению движения
25


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.5. Карта эпицентров землетрясений за отдельные годы (1962, 1965, 1966, 1968).

26

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Рис.5а. Карта эпицентров землетрясений за отдельные годы (1975, 1980, 1983, 1986).

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

27


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.5б. Карта эпицентров землетрясений за отдельные годы (1991-1994).

28

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Рис.5в. Карта эпицентров землетрясений за отдельные годы (1996-1999).

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

29


АВДЕЙКО И ДР.

Рис.6. Пример вращаемых блок-диаграмм. а - вид с юго-запада, сверху; б - вид с северо-запада сверху. Белый кружок - ме стоположение основного толчка (М=7.0), линия с зубцами - ось глубоководного желоба.

Тихоокеанской плиты (рис.7). Наиболее активным является разлом, протягивающийся к юго-востоку от Шипунско го по л уо с т ров а (Шипунский разлом). Движения по нему проявлены на картах эпицентров землетрясений за 1966, 1980, 1986, 1991, 1994, 1996, 1998 годы и на отдельных участках - в 1962, 1975, 1983 (рис.5). Анализ вращаемых 3-х-мерных блокдиаграмм показывает, что этот разлом локализован в пределах Евразиатской плиты и имеет субвертикальное падение (рис.7, разлом 3). Менее активным являет ся Авачинский разлом (разлом 2 на рис.7), расположенный в центральной части Авачинского залива и параллельный Шипунскому разлому. Он отчетливо проявлен землетрясениями 1998 и 1999 годов и на отдельных участках - землетрясениями 1965, 1966, 1983, 1991 и 1994 годов.
30

Менее уверенно юго-западнее Авачинского разлома выделяются еще 2 разлома: Мутновский, отходящий к юго-востоку от устья р.Мутной, и Хадуткинский, простирающийся на юго-восток от устья р.Хадутка (разлом 1 на рис.7). Первый маркируется линейной зоной землетрясений, проявленных в 1975г. (рис. 5), и отдельными землетрясениями в 1991 и 1992 гг., а Хадуткинский - афтершоками землетряс ения (М=6.9, К=15.0), произошедшего в июне 1993 г. Основной т о лчок произ ошел на ре зко м изло ме Тихоокеанской плиты на глубине 40 км, а линейная цепочка афтершоков локализована в навис ающей части Евразиатской плиты. К юго-западу от Хадуткинского, по-видимому, выделяют ся еще 2-3 поперечных разлома, однако т очно сть опре деления коор динат и гл у бины не
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Рис.7. Схематиче ская карта сейсмоактивных разломов континентального склона Во сточной Камчатки. 1 - ось глубоководного желоба; 2 - зона резкого изгиба Тихоокеанской плиты на глубине около 40 км; 3 - поперечные разломы (сдвиги) в надвигаемом (нависающем) краю Евразиатской плиты; 4 - взбросы; 5 - сейсмоактивные разломы в пределах полуострова; 6 - эпицентры землетрясений. Размер квадрата пропорционален энергии землетрясений. ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3 31


АВДЕЙКО И ДР. достаточна для проведения их на карте. Сейсмическая активность между Хадуткинским разломом и о.Шумшу на Курилах имела ме сто в 1962, 1965, 1966, 1968, 1975, 1980, 1986, 1992, 1993, 1994, 1996-1999 годах. Поперечные разломы между полуо стровами Шипунским и Камчатского Мыса отчетливо проявились по афтершокам сильных землетрясений: Усть-Камчатского (1971 г, М=7.0, К=15.4) и Кроноцкого (1997 г, М=7.0, К=15.5). Зде сь выделяют ся: Каменистый разлом (разлом 6 на рис.7), т рассирующийся на юговосток от мыса Каменистого на Кроноцком полуострове, Кроноцкий разлом в Кроноцком заливе (разлом 5 на рис.7), трассирующийся от устья р.Кроноцкой, и менее уверенно - Жупановский разлом (разлом 4 на рис.7) в Кроноцком заливе против устья р.Жупановой. Между пол уо стровами Кроноцким и Камчат ского Мыса, т.е. в зоне Камчатско-Алеутского сочленения выделяются еще 3-4 поперечных разлома, сейсмическая активно сть которых будет проанализирована в следующей статье. Поперечные субпараллельные сейсмоактивные разломы навис ающего края Евразиат с кой плиты практически нигде не пересекают зону максимального сгущения эпицентров землетрясений, которая маркирует перегиб Тихоокеанской плиты, за исключением Авачинского разлома и разломов Камчатско-Алеутского сочленения (рис.7). Они разделяют край Евразиатской плиты на отдельные сегменты. В соответствии с клавишно-блоковой моделью Л.И.Лобковского и Б.В.Баранова (1984), эти разломы, разделяющие сегменты, по-видимому, являются сдвигами, однако землетрясения на границе сегментов, как правило, являются слабыми, и механизмы их очагов не определяются. Наряду с поперечными разломами в пределах каждого сегмента выделяются короткие продольные разломы, как правило, не выходящие за границы с егментов. Эти разломы маркиру ют ся участками сгущения эпицент ров землет ряс ений за короткие интервалы времени практически на всех демонстрируемых на рис.5 картах за отдельные годы. Они являются взбросами с падением плоскости разрыва на югово сток, т.е. обратным отно сительно направления поддвига Тихоокеанской плиты. Угол падения плоскости сместителя колеблется в пределах 45о-60о. Особенно четко взбро совая природа т аких разломов выявляется на вращаемых трехмерных блок-диаграммах, но демонстрация их в двумерном виде, к сожалению, не очень выразительна. Характерно, что поднятые по взбро сам блоки представляют собой возвышенности на батиметриче ской карте Н.И.Селиверстова (1998). Почти на всех выделенных на этой карте между гл убоководным
32

желобом и во сточным побережьем Камчатки возвышенностях (рис.1) наблюдаются скопления очаговых зон землетрясений, проявленных в короткие интервалы времени (рис.5). Скопления эпицентров землетрясений протягиваются прерывистой полосой, параллельной глубоководному желобу, на расстоянии 3060 км от него (рис.4, горизонты 0-10 и 10-20 км). Выходы взбросов на поверхность располагаются на северо-западной стороне этих возвышенностей, субпараллельно простиранию желоба. Взбросовый характер т аких с ейсмоактивных разломов уст ановила Л.М.Балакина (1979) для Курильской ветви дуги и юга Камчатки. По данным Христовой (Christova, 2001), взбросовый характер подвижек определяется механизмами очагов большинства сильных землетрясений на глубинах 0-40 км, т.е. в пределах нависающего края Евразиатской плиты. ВЫВОДЫ При анализе карт, разрезов и вращаемых блокдиаграмм выявляются следующие закономерно сти. 1. Большинство гипоцент ров землет ряс ений с глубиной до 40 км приурочено к полосе шириной 180190 км между осью глубоководного желоба и восточным побережьем Камчатки (рис.4). Максимум эпицентров землетрясений в этой полосе протягивается непо средственно вдоль Камчатки, захватывая Во сточные полуо строва. Этот максимум расположен над зоной резкого излома Тихоокеанской плиты, где угол поддвига увеличивается с 10-12о до 50-51о, и совпадает в плане с линейным максимумом положительных гравит ационных анома лий в редукциях Бу ге и в свободном воздухе. 2. Между поло сой сгущения землет ряс ений и о сью глубоководного желоба отчетливо проявлено пятнистое расположение эпицентров землетрясений с участками относительного молчания, или асейсмичными участками, в которых число землетрясений заметно ниже, чем на соседних участках. 3. Очаги почти всех сильных землетрясений, произошедших в период 1962-2003 г, приурочены либо к зоне перегиба Тихоокеанской плиты, либо вблизи нее в пределах навис ающей Евразиат с кой плиты на глубинах до 40 км (рис.3, разрез 5). На продольных сейсмических разрезах в нависающей плите отчетливо проявлены сейсмоактивные участки и участки резко пониженной сейсмической активности (рис.3, разрезы 5 и 6). Такая же картина видна и на погоризонтных картах эпицентров землетрясений (рис.4), но на них просвечивают очаги более глубоких землетрясений, располагающихся уже в пределах Тихооке анской плиты.
ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ 4. В пределах навис ающего края Евразиатской плиты наблюдаются поперечные сейсмоактивные разломы, по-видимому, являющиеся сдвигами, разделяющими со седние сейсмоактивные блоки (сегменты). В свою очередь, в каждом сегменте выделяются более мелкие сейсмоактивные блоки, ограниченные взбросами с падением пло скости сме стителя в направлении, противоположном направлению субдукции (рис.7). Полученные данные являются подтверждением реально сти клавишно-блоковой модели Л.И.Лобковского, Б.В. Баранова (1984). Особенно показательным является сильное Кроноцкое землетрясение 1997г с магнитудой 7.0. Очаговая зона этого землетрясения охватила два блока, т.е. в этих блоках произошла разрядка напряжений, и они были выдвинуты в сторону, противоположную движению Тихоокеанской плиты. Предварительный анализ данных о механизмах основного толчка (М=7,0) в первом блоке 1 и наиболее сильного афтершока (М=6,8) во втором блоке 3 находятся в соответствии с этой моделью. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что реальная картина является значительно более сложной, чем модель. Так, участки относительного молчания, располагавшиеся на ме сте зоны афтершоков Кроноцкого землетрясения до него, оказались незаполненными и во время землетрясения (рис.6б). В отличие от сейсмических брешей в понимании С.А.Федотова (1965), которые располагаются между очаговыми зонами сильных землетрясений магнитудой обычно более 7,0 и маркируют блоки-клавиши, пассивно движущие ся на субдуцируемой Тихоокеанской плите по сле разрядки напряжения во время сильного землетрясения, эти участки молчания располагаются внутри очаговой зоны землетрясения. Относительно природы этих участков молчания возможны два а льтернативных объяснения: либо это участки сильного сцепления (трения) между Тихоокеанской литосферной плитой блоками-клавишами Евразиатской плиты, либо это, наоборот, участки очень слабого трения плит, при котором смещение их относительно друг друга происходит без заметных толчков. Известно, что значительная часть относительного движения плит происходит при асейсмиче ском скольжении (Kato, Hirasava, 1997). Как сильное, так и слабое сцепление могут быть обусловлены неровностями рельефа поддвигаемой Тихо-окенской плиты. Характерной о собенно стью рассмат риваемого участка взаимодействия Тихоокеанской и Евразиатской плит является поддвигание поднятия Обручева, являющегося продолжением Гавайско-Императорской цепи вулканов, сильные неровно сти рельефа которой сглажены перекрывающими о садками. Сцепление за счет трения частей вулканиче ских построек в зоне субдукции с подошвой нависающего блока ЕвразиВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

атской плиты должно быть значительно выше, чем в вогнутых частях подножий вулканов. На участках отно сительного молчания, обусловленных сильным сцеплением, должно происходить накопление энергии и по следующая ее разрядка, так что эти участки должны стать в будущем очагами сильных землетрясений. Таким образом, по своей природе и последствиям участки отно сительного молчания, обусловленные сильным сцеплением, аналогичны с ейсмиче ским брешам, но имеют меньшие размеры. Как правило, такие участки находят ся на границе сейсмиче ских блоков-клавиш и способствуют накоплению касательных напряжений, приводящих к некоторому повороту блоков (Викулин, Иванчин, 1998) и усложнению разломной тектоники. Вогнутые подножия вулканических гор, особенно е сли они покрыты глинистыми осадками, могут быть участками слабого сцепления, где практически не происходит накопления энергии. Проце сс затягивания осадков рассмотрен в ряде публикаций (см., например, Лобковский, 1988), а затягивание их под КурилоКамчат скую дугу подтверждено данными по 10Be (Цветков и др., 1989). Поддвигание поднятия Обручева влияет также и на геометрию зоны субдукции. К югу от поднятия Обручева Тихоокеанская плита сначала погружается под углом 10-120, а затем угол наклона резко увеличивает ся до 50-510. В пределах зоны поддвигания поднятия Обручева угол наклона сначала почти такой же (10-120), а по сле изгиба на глубине 20-30 км он увеличивается лишь до 30-350, но на глубине около 80-100 км отмечается второй изгиб с увеличением угла падения до 50-510. Выполаживание угла наклона Ти хооке анской плиты в зоне поддвига поднятия Обручева является причиной отодвигания современного вулканического фронт а к западу с увеличением расстояния между о сью глубоководного желоба и вулканическим фронтом. На наш взгляд, такое изменение геометрии зоны поддвига обусловлено повышением плавучести, вернее, уменьшением отрицательной плавуче сти поддвигаемой Тихоокеанской плиты за счет увеличения мощно сти коры, удельный вес которой меньше, чем литосферной части мантии. Смещение же вулканиче ского фронт а обусловлено тем, что Р-Т-условия дегидрат ации в поддвигаемой коре и Р-Т-условия плавления в мантийном клине под во здействием летучих, отделяющихся от поддвигаемой плиты, достигаются на большем удалении от глубоководного желоба, чем при более крутых углах поддвига (Авдейко и др., 2003). В заключение следует подчеркнуть, что выявленная сегментация, на наш взгляд, является е стествен33


АВДЕЙКО И ДР. ным процессом и обусловлена, по-видимому, неравномерно стью трения двух взаимодействующих плит. Сейсмические события в сегментах, очевидно, происходят асинхронно. Ретроспективный анализ сейсмиче ских событий в каждом сегменте позволит более точно, чем по методике сейсмических брешей, прогнозировать время и особенно место следующего сильного землетрясения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Авдейко Г.П., Савельев Д.П., Попруженко С.В., Палуева А.А. Принцип актуа лизма: критерии для па леотект ониче ских реконст р укций на примере Курило-Камчатского региона // Ве стник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2003. ?1. С.32-59. Авдейко Г.П., Широков В.А., Егоров Ю.О., Палуева А.А. Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 г. и взаимодействие Ти хооке анской и Евразиа тско й лито сферных плит // Кроноцко е землетряс ение на Камчатке 5 декабря 1997 года. Предвестники, о собенности, по следствия. Петропавловск-Камчатский. 1998. С. 222-239. Ав д ейк о Г.П., Широков В.А., Егоров Ю.О., Палуева А.А. Особенно сти взаимодействия Тихоокеанской и Евразиатской литосферных плит в районе Камчатки по сейсмологиче ским данным // Тектоника, геодинамика и процессы магматизма и метаморфизма. Материалы совещания. М.,1999. С.24-28. Айзекс Б., Оливер Дж., Сайкс Л. Сейсмология и новая глобальная тектоника // Новая глоба льная тектоника. М.: 'Мир'. 1974. С. Глубинное сейсмическое зондирование Камчатки (Авт. Г.И.Аносов, С.К.Биккенина, А.А.Попов и др.) М.: Наука. 1978. 130 с. Балакина Л.М. Сейсмично сть и механизм очагов землетрясений // Геофизика океана. Т.1. Геофизика океанского дна. М.: Наука. 1979. С.357-374. Викулин А.В., Иванчин Г.А. Ротационная модель сейсмического проце сса // Тихоокеанская геология. 1998. Т.17. ?6. С.95-103. Заварицкий А.Н. Некоторые факты, которые надо учитывать при тектонических построениях // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1946. ? 2. С. 3-12. Крол евец А.Н. Иерархическая модель активной геофизической среды // Вулканология и сейсмология. 2003. ?6. С.71-80. Лобковский Л.И. Геодинамика зон спрединга, субдукции и двухъярусная тектоника плит. М.: Наука. 1988. 256 с. Лобковский Л.И., Баранов Б.В. Клавишная модель сильных землетрясений в островных дугах и активных континентальных окраинах // Докл. АН СССР. 1984. Т. 275. ?4. С.843-847. Лобковский Л.И., Сорохтин О.Г. Стро ение зон по ддвига лит о с ферных плит и проис хо ждение окраинных морей // Геофизика океана. Т. 2. Геодинамика. М.: Наука. 1979. С. 108-119. Селиверстов Н.И. Строение дна прикамчатских акваторий и геодинамика зоны сочленения КурилоКамчатской и Алеутской островных дуг. М.: Научный мир. 1998. 164 с. Строение сейсмофокальных зон / Ред. Ю.М.Пущаровский. М.: Наука. 1987. 216 с. Тараканов Р.З. Фокальные зоны и их роль в развитии островодужных систем // Геология дальневосточных окраин Азии. Владиво сток. 1981. С. 53-66. Федотов С.А. О закономерно стях распределения сильных землетряс ений К амча тки, Курильских о ст ровов и с еверо-во сточной Японии // Тр. Ин-т а физики Земли АН СССР. 1965. ?36(203). С. 66-93. Федотов С.А. О сейсмиче ском цикле, возможности количественного сейсмического районирования и долгосрочном сейсмическом прогнозе // Сейсмическое районирование СССР. М.: Наука. 1968. С. 121-150. Фе дотов С.А., Гу с ев А.А., Чернышов а Г.В., Шумилина Л.С. С ейсмофокальная зона Камчатки (геометрия, размещение очагов землетрясений и связь с вулканизмом) // Вулканология и сейсмология. 1985. ? 4. С. 83-90. Фе дотов С.А., Гу с ев А.А., Чернышов а Г.В., Шумилина Л.С. Зона Вадати-Заварицкого-Беньофа на Камчатке // Ст ро ение сейсмофока льных зон. М.: Наука. 1987. С. 5-29. Цве тк ов А.А., Гл адков П.Г., Во лынец О.Н. Проблема субдукции осадков и изотоп 10Ве в лавах Курильских о стровов и Камчатки // ДАН СССР. 1989. Т.306. ?5. С.1220-1225. Benioff V.H. Orogenesis and deep crustal structure // Geol. Soc. Amer. Bull. 1954. V.65, ?5. P. 385-400. Christova C. Depth distribution of stress in the Kamchatka Wadati-Benioff zone inferred by inversion of earthquake fokal mechanisms // Journ. of Geodynamics. 2001. ?31. Р.355-372. Kato N., Hirasava T. A numerical study on seismic coupling along subduction zones using a laboratory-derived friction law. // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1997, v.102, ?1-2. Р.51-68.

34

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3


СЕЙСМОАКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

Seismic Active Tectonic Structures of the Kamchatkan Subduction Zone G. P. Avdeiko, A. A. Palueva, S. V. Lepintch
Institute of Volcanology and Seismology. An analysis of earthquake succession during 1962-2001 years and location their hypocenters has been made within the Kamchatkan subduction zone. Seismic active faults (strike-slip and upcast) were reconstructed within an edge of Eurasian plate. Structure of the seismic focal zone show the best correlation with the Lobkovsky, Baranov model (1984). It is important for a prediction of a time and especially a location of next strong earthquakes.

ВЕСТНИК КРАУНЦ. СЕРИЯ НАУКИ О ЗЕМЛЕ. 2004. ? 3

35