книги из ГПНТБ / Уломов, В. И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений

Впервые систематические Исследования в области прогноза землетрясении в СССР были начаты Геофизическим институтом АН СССР (ныне Институт физики Земли АН СССР) после раз­ рушительного Ашх-абадского землетрясения 1948 г. Они прово­ дились под руководством академика Г. А. Гамбурцева и носили тогда методнко-нопсконыіі характер. Работы состояли, прежде всего, в расширении сети сейсмических станций, организации гео­ физических обсерваторий, разработке новой геофизической аппа­ ратуры, проведении широких экспедиционных исследований в сейсмоактивных районах СССР и большого круга лабораторных и теоретических работ в области сейсмологии, теории упругости, ѵектонофнзики и др.

Результаты этих исследований позволили к концу 1953 г. до­ статочно четко сформулировать программу дальнейших работ по районированию сейсмической опасности и поискам возможных предвестников землетрясений. Проблему прогноза Г. А. Гамбур­ цев предполагал разрешить комплексными геолого-геофизически­ ми работами (Гамбурцев, 1960).

Программа исследований базировалась на следующих пред­ ставлениях о механизме землетрясений. Земная кора в процессе тектонического развития разбивается на относительно прочные блоки, отделенные друг от друга менее прочными сейсмическими швами. В результате медленных перемещений блоков в опреде­ ленных местах сейсмических швов концентрируются упругие на­ пряжения, которые в конечном счете, достигнув предела прочнос­ ти пород, создают очаги землетрясений. Энергия самых сильных землетрясений в ІО17 и более раз превосходит энергию слабых сейсмических толчков и зависит не столько от величины накопив­ шихся упругих напряжений, сколько от объема пород, вовлечен­ ных в движение в момент нарушения их сплошности. Таким обра­ зом, было сформулировано понятие о размерах очагов землетря­ сений, обусловленных протяженностью вспарывания сейсмичес­ кого шва. Одним из условий, при которых это происходит, явля­ ется, по мнению Г. А. Гамбурцева, подготовка разрыва предше­ ствующими слабыми землетрясениями, заключающаяся в неко­ тором перераспределении' напряжений и понижении прочности шва: «Частые слабые и редкие сильные землетрясения вместе с медленными движениями земной коры образуют единый глубин­ ный процесс, изучение которого должно лечь в основу развития методов прогноза землетрясений» (Гамбурцев, 1960).

Со всей остротой проблема прогноза землетрясений была по­ ставлена после Ташкентского землетрясения 1966 г.

Многолетние исследования, связанные с проблемой прогноза землетрясений, по специальным программам уже ведутся в Япо­ нии и США. Японская программа включает в себя массовые сей­ смометрические геодезические, наклонометрические, деформографические и другие геофизические и геохимические наблюде­ ния на всей территории страны. Основная цель исследований —>

ПО

В настоящее время в Ферганской долине (районы Андижана, Намангана, Ферганы) и Центральных Кызылкумах • (районы Зарафшана п Тамдыбулака) создаются филиалы Ташкентского геодинамнческого полигона.

В результате исследований, проведенных на ТГП, нами об­ наружены определенные закономерности в проявлении сейсмич­ ности и ее связи с некоторыми геофизическими и геохимическими явлениями.

Глубинное строение земной коры Ташкентского геодинамического полигона

Наиболее детальные сейсмологические исследования строе­ ния и динамики земной коры проводились для территории Чат- кало-Кураминского региона (Уломов, 1966) и Ташкентской об­ ласти, представляющей собой зону перехода от орогена к плат­ форме (Уломов, Безродный, 1971). Этот район выбран объектом детальных исследований неслучайно. Землетрясения, происходя­

бенности деформирования земной коры в связи с проявлениями здесь сейсмичности, б) разработать методику комплексирования различных геофизических исследований, позволяющих по­ лучить дополнительную информацию о глубинном строении региона.

На территории Ташкентского геодинамического полигона сей­ час действуют десять стационарных сейсмометрических станций, созданных здесь с целью детального изучения сейсмичности тер­ ритории полигона, поиска предвестников землетрясений и иссле­ дований глубинного строения и динамики земной коры.

Три станции расположены вокруг Ташкента на расстоянии 30— 40 км от центра города и связаны радиорелейными каналами с Центральной сейсмической станцией «Ташкент» (ЦСС). Сейсмиче­ ская информация, поступающая от сейсмоприемников этих станций, непрерывно регистрируется в центре сбора данных (ЦСС «Таш­ кент»), который одновременно является четвертым сейсмометри­ ческим пунктом телеметрической системы наблюдений Ташкент­ ской сейсмологической обсерватории (Катренко, Уломов, 1972). На трех сейсмотелеметрических станциях установлена также наклонометрическая аппаратура, а сейсмотелеметрическая стан­ ция, расположенная в центре полигона, совмещена с крупной магнитно-ионосферной обсерваторией Института сейсмологии (Янгибазар). Все станции увязаны между собой нивелирными ходами, по которым регулярно проводятся повторные высокоточ­ ные геодезические измерения.

112

О с н о в н ы е ч е р т ы т е к т о н и к и Чаткало-Курамы и Приташкентского района в связи с проявлениями здесь сейсмичности в той или иной мере рассматриваются в работах Д. И. Мушкетова, Н. П. Васильковско­ го, Г. П. Горшкова, В. И.

Попова, Б. А. Петрушевского, О. А. Рыжкова, Р. Н. Ибрагимова, Д. X. Якубова и др.

Современный сильно расчлененный высокогор­ ный рельеф Чаткало-Ку- раминской горной систе-

Рис. 28. Местоположение рай­ она исследований п система сейсмологических наблюдений. Территория Ташкентского геоди намического полигона

оконтурена окружностью.

нальные сейсмические станции; 3 —вре­ менные сейсмические станции, дей­ ствовавшие в разное время на террито­

лительный центр Ташкентской сейсмо­ логической обсерватории; телеметри­ ческая сейсмостанцня. расположенная в центре ТГП, совмещена с магнитноионосферной обсерваторией; о —эпи­ центры мощных взрывов; 6 —то же. но за пределами планшета; 7—траектории зарегистрированных сейсмических волн от взрывов (а) и Ташкентского земле­ трясения 26.ІѴ.1966 г. (<?); 8 ~плотина

Чарвакского гидроузла.

мы начал развиваться на древней денудационной поверхности мезо­ зойско-кайнозойских отложений после регрессии олигоценового моря. Чаткало-Кураминский район по геологическому формированию и протекавшим денудационным процессам подразделяется на юж­ ную — Кураминскую и северную — Чаткальскую подзоны. Они яв­ ляются частями единого геосинклинального бассейна Срединной зоны Западного Тянь-Шаня, существовавшего с нижнего палеозоя до начала триаса. Мощность и фациальный состав палеозойских толщ являются источниками информации об особенностях развития тектонических структур и условиях осадконакопления.

Основные этапы геологического развития Кураминской и юж­ ной части Чаткальской подзон характеризуются образованием антиклинальных поднятий и последующей их перестройкой, обу­

словившей формирование здесь комплексов осадочных и магма­ тических пород.

Тектонические движения различных фаз складчатости сопро­ вождались трансгрессией и регрессией моря и интенсивной вул­ канической деятельностью. Отсутствием вулканизма, как и всюду в Тянь-Шане, отличается возникшая в конце палеогена новейшая тектоническая активизация. Процесс горообразования начался с отступления палеогенового моря и характеризовался возникнове­

тичное время свидетельствуют мощность континентальной толщи (1000—1600 м) и высота поднятия остаицов морского палеогена, соответствующая, примерно, абсолютной высоте современных во­ дораздельных гребней (3500—3900 иг). Третичная континенталь­ ная свита в пределах района смята в складки и несогласно пере­ крыта четвертичными отложениями.

В течение четвертичного времени в результате различных под­ нятий земной коры образовались речные террасы. Причем в меж­ горных областях их больше, чем в равнинных, что обусловлено' возрастанием вверх по течению количества поднятых глыб. Про­ цесс поднятия верховьев рек происходит и в настоящее время, на что указывают эрозионная деятельность, геодезические измерения и сейсмичность. Средняя величина градиента скорости вертикаль­

имеется, но есть указания на существенные повороты в новейшее время блоков коры против часовой стрелки (палеомагнптные сведения X. А. Абдуллаева и приведенные выше наши сейсмоло­ гические данные).

Альпийская тектоника в пределах Чаткало-Кураминской зоны проявилась в образовании крупных складок мегантиклиналей и мегасинклиналей. Первые сложены в основном палеозойскими, вторые — относительно маломощными мезозойско-кайнозойскими отложениями. Структуры вытянуты преимущественно с северо-вос­ тока на юго-запад. Их названия соответствуют названиям горных хребтов (Чаткальская, Кураминская, Угамская и др. мегантиклинали) и рек (Чирчикская, Пскентская, Ангренская мегасннклинали).

Разломы, проявившиеся в альпийское время, подразделяются по отношению к простиранию мезозой-кайнозойской складчатости на параллельные и ортогональные. Последние отмечаются в цен­ тральной части Чаткало-Кураминского орогена и трассируют границу раздела Чаткальской и Кураминской подзон. Юго-вос­ точная часть пучка ортогональных разломов состоит из Кумбельского, Кенкольского и Арашанского, а северо-западная — из груп­ пы Угамских разломов.

114

На всем протяжении разломы сопровождаются мощной зоной дробления пород и представляют собой сбросо-сдвиги. Парал­ лельные разломы располагаются преимущественно между мегантиклиналями и мегасинклиналями, на крутых крыльях. Эта груп­ па разломов представлена взбросами и надвигами.

С севера горную систему Чаткальских хребтов ограни­ чивает региональный ТаласоФерганскпй сдвиг, с юго-восто­ ка — Северо-Ферганский раз­ лом. На северо-западе в непо­ средственной близости от Таш­ кента на юго-запад протягива-

ется сейсмоактивная Каржантауская флексурно-разрывная зона.

гравитационном полях мы заимствовали из опубликованных ма­ териалов Министерства геологии УзССР, а данные о сейсмичнос­ ти привлечены из многочисленных публикаций (Васильковский, Репников, 1940; Бутовская, Захарова и др., 1964 и др.) и собст­ венных наблюдений.

Поле силы тяжести в пределах ТГП и его окрестностей так же, как и на всей территории орогенической части Средней Азии, ха­ рактеризуется высоким отрицательным фоном. Наибольших отри­ цательных величин гравитационные аномалии Буге достигают в Чаткальской подзоне, где они обусловлены значительными погру­ жениями подошвы земной коры и поверхности «гранит—базальт» (Уломов, 1966). Большие градиенты поля силы тяжести отмеча­ ются в юго-западных отрогах Чаткальского и с юго-восточной стороны Кураминского хребтов и, по-видимому, связаны с систе­ мами Ангренских и Северо-Ферганского разломов. В сторону Туранской плиты гравитационное поле возрастает'-дбводъно быстро.

Поле магнитных аномалий выглядит пестро. Однако, и здесь можно усмотреть некоторую его связь с проявлениями тектоники

115

района. Интенсивные положительные магнитные аномалии, ско­ рее всего, соответствуют древним глубинным тектоническим нару­ шениям, консолидированным в результате магматической дея­ тельности в доальпийскую эпоху. Мозаичность расположения в плане таких упрочненных участков земной коры может свидетель­

указывать на значительное погружение магнитообразующих масс. Примечательно, что оси зон повышенной сейсмической активности тяготеют к полям наибольших градиентов магнитного поля. Именно на таком участке произошло Ташкентское и ряд другиѵ сильных землетрясений.

На рисунке 29 вместо обычно принятых обозначений эпицент­ ров показаны проекции на горизонтальную плоскость очагов зе­ млетрясений, размеры которых изображены здесь в масштабе карты в натуральную величину.

В пределах изучаемой территории крупные очаги землетрясе­ ний, с одной стороны, согласуются с простиранием осей зон по­ вышенной сейсмической активности, вычисленной по слабым зе­ млетрясениям (/С = 10), а с другой — приурочены к зонам глубин­

ского региона изучено недостаточно. Качественные представления о нем дают исследования механизма очагов землетрясений мето­ дом А. В. Введенской. Эти результаты указывают, как обычно, на сжимающие усилия, направленные вкрест простирания горных сооружений. Отмечается тенденция переориентации осей главных напряжений по мере удаления к юго-западу от орогеиа (Захарова, Матасова, 1969 и др.), а также появление вращательного момен­

упругих напряжений Чаткало-Курамы сведений пока недостаточно (Уломов, 1970, Ulomov', 1969). Эти исследования только пред­ принимаются нами и заключаются в инструментальных измере­ ниях напряженного состояния горных пород в различных текто­

вались материалы наблюдений 25 сейсмических станций, распо­ ложенных в разное время в пределах рассматриваемой террито­ рии и оборудованных сейсмометрической аппаратурой региональ­ ного типа, обладающей большой чувствительностью (около 20 тыс.). В отдельных случаях привлекались результаты наблюде­

ніе

ний стационарных сейсмических станций общего типа (Чимкент, Ташкент, Яигиюль и др.). И, наконец, для специальных наблюде­ ний над крупными промышленными взрывами, производившимися строго по сигналу времени в пределах Чаткало-Кураминского ре­ гиона (или вблизи него), создавалась дополнительная сеть сейсми­ ческих станций. В результате вся территория ТГП вдоль и

Т а б л и ц а 1

Времена пробега продольных волн Р° в пределах Чаткало-Кураминского региона и Приташкентского района

рованной у верхней границы консолидированной коры, залегающей в пределах региона на глубине от 1,0—2,0 до 3,0—4,0 км ниже ур. м. Скорость распространения волны Р° равна 6,0 км/сек и характе­ ризует «гранитную» толщу. Выше этого слоя продольная волна распространяется не быстрее чем 4,5 км/сек. В качестве приме­ ра годографов волн Р* и Р, преломленных на границах К и М в земной коре, в таблице 2 приведены времена вступлений этих волн от землетрясения, зарегистрированного сетью сейсмических станций Чаткало-Кураминского региона. Сейсмограммы земле­ трясения 25 октября 1964 г. (М= 5,0) характеризуются исключи­ тельно сильным и четким вступлением волны Р*, распространяю­ щейся со средней скоростью 6,4 км/сек. Скорость распростране­ ния волны Я= 7,9 км/сек.

Годографы продольных волн, прошедших на различной глуби­ не в земной коре Чаткало-Кураминского региона, изображены на рис. 30 а. Поскольку очаг землетрясения, по которому построены годографы Р* и Р, находится в районе с несколько иным строени­ ем земной коры, расположение графиков по высоте не характери­

зует глубину залегания границ раздела в земной коре изучаемого района. Однако такие годографы дают возможность определять среднее значение скорости распространения сейсмических волн на разных глубинных горизонтах. На рисунке приведен также ско­ ростной разрез земной коры Чаткало-Кураминского региона.

Годограф продольных сейсмических волн для области пере­ хода от платформы к орогену составлен нами совместно с Б. Б. Таль-Вирским (1971) по комплексным данным сейсмологии, ГСЗ и наблюдений станциями «Земля» (рис. 30 в, табл. 3).

Г а б л и ц а 2

Времена вступления волн Р и Р* на сейсмические станции Чаткало-Кураминского региона при землетрясении 25 октября 1964 г.

Волна Р, распространяющаяся под корой со скоростью 8,0— 8,1 км/сек, прослеживается в виде прямолинейного отрезка годо­ графа в первых вступлениях независимо от типа аппаратуры на расстоянии 200—600 км. Вступления волны Р* выделяются в пре­ делах эпицентральных расстояний 210—220 км и видны не только на сейсмологических, но и на сейсморазведочных осциллограммах. Скорость распространения ее вычислена ненадежно и близка к 6,7 км/сек. Волна Р°, распространяющаяся в «гранитном» слое со

Средней Азии, в земной коре области перехода от орогена к Туранской плите скорости сейсмических волн заметно увеличивают­ ся. Прежде всего это относится к волне Р, распространяющейся в подкоровой оболочке со скоростью на 0,1—0,2 км/сек быстрее, чем в коре орогена. Это явление может быть объяснено большей кон­ солидацией литосферы платформенной области по сравнению с орогеном.

Комплексные исследования особенностей распространения сейсмических волн от взрывов и землетрясений позволили полу­

118