ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ

 

    1991                                                                                          № 6

УДК 550.348.436.013.22/24 (571.56-17) © 1991 г.

Г.П. АВЕТИСОВ

 

 

ГИПОЦЕНТРИЯ И ФОКАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

ДЕЛЬТЫ Р. ЛЕНЫ И ЕЕ ОБРАМЛЕНИЯ

 

 Аннотации

На основе экспедиционных сейсмологических наблюдений в течение полевых сезонов 1985-­1988 гг. установлено, что эпицентры землетрясений в дельте р. Лены и ее обрамлении не рассеяны равномерно, а образуют две сублинейные зоны, одна из которых трассирует близосевую область южной части Усть-Ленского прогиба, а вторая - область стыка периферийных флексурно-разломных ограничений Лаптевской плиты с зоной Лено-Таймырских пограничных поднятий. Глубины гипоцентров находятся в основном в пределах 4-28 км. На основании определения фокальных механизмов установлено, что дивергентная граница Ceвepo-Американской и Евразиатской плит в районе дельты р. Лены проходит в настоящее время не вдоль южной части Усть-Ленского прогиба, находящегося в условиях поперечного сжатия, а по южной периферии Лаптевской плиты.

EARTHQUAКE HYPOCENТERS AND FOCAL MECHANISMS IN ТНЕ DELТA ОF ТНЕ LENA RIVER AND ITS SURROUNDINGS, bу А v е t i s о v G.P. Based оп the field seismological observations in 1985-1988, it has been stated that earthquake epicenters in the delta of the Lena river and around it are nо distributed evenly but form two sublinear zones. Оnе of these lies along the near-axial region of the southern part of the Ust-Lensky depression and another coincides with the jointing zone of the peripheral flexure-fractural margins of the Laptev plate and borders of the Lena-Taimyrsky rises. The hypocenters are commonly located at а depth of 4-28 km. Based оn the focal mechanism solutions it was inferred that divergent boundary of the North American and Euroasian plates in the region of the Lena river delta lies по longer along the southern part of the Ust-Lensky depression but lies along the southern margins of the Laptev plate.

(Received September 5, 1990) PGO "Sevтorgeologia", USSR Miпistry оf Geology, Leпiпgrad, 190121, USSR

 

Сейсмоактивная зона дельты р. Лены и ее обрамления является фрагментом планетарного пояса землетрясений, трассирующего срединно-океанические хребты Атлантического и Северного Ледовитого (хребет Гаккеля) океанов и протягивающегося через шельф моря Лаптевых и Восточную Якутию до соединения с Тихоокеанским поясом землетрясений.

До недавнего времени локализация эпицентров акваториального и североякутского участков пояса базировалась лишь на данных удаленных станций и единственной в этом районе станции "Тикси". Проведенные в течение весенне­-летних сезонов 1972-1976 гг. экспедиционные сейсмологические наблюдения ПГО "Севморгеология" на Новосибирских островах [1] позволили осветить сейсмические особенности архипелага и восточной части моря Лаптевых без дополнительного фактического материала по его центральной и южной частям и дельте р. Лены. Указанный уровень изученности позволил получить общие представления о распределении эпицентров: явно выраженная линейность в океанической части пояса и все более увеличивающееся рассеяние при переходе на шельф моря Лаптевых и далее в пределы азиатского континента. Очевидно, что заметного уточнения карты эпицентров моря Лаптевых можно достигнуть проведением долговременных сейсмологических наблюдений в достаточно большом количестве пунктов на его побережье и островах. Ускорение этого процесса возможно при условии организации донных наблюдений, однако обе эти рекомендации в ближайшие годы вряд ли осуществимы. Более доступна для изучения континентальная часть пояса, достаточно глубокое исследование которой можно проводить в процессе сезонных экспедиционных наблюдений.

В течение летних сезонов 1985-1988 гг. такие наблюдения осуществлены в различных частях дельты р. Лены и прилегающих участках силами ПГО "Севморгеология" с использованием 12 регистраторов АСС-6/12 ("Черепаха"). Следует отметить, что вследствие специфики исследований ПГО "Севморгеология" основная задача сейсмологических наблюдений заключалась в получении разрезов земной коры методом обменных волн далеких землетрясений, необходимость решения которой и определила преимущественно профильное расположение пунктов регистрации. Для повышения эффективности материала по близким землетрясениям были организованы дополнительные выносные пункты наблюдений, а также использованы материалы телесейсмической станции "Тикси" (зав. М.С. Попова) и региональных станций Якутского института геологических наук СО АН СССР, любезно предоставленные нам заведующим лабораторией сейсмологии и геодинамики Б.М. Козьминым (рис. 1).

Определение положения гипоцентров наиболее уверенно зарегистрированных землетрясений осуществлялось главным образом объективным методом Вадати [13). По данным этих определений составлены местные годографы, которые затем использовались для локализации остальных событий. Ошибка определения координат не превышает 8-10 км, составляя в большинстве случаев 4-5 км. Всего за весь период наблюдений зарегистрировано свыше 150 землетрясений, положение эпицентра определено для 121.

На основании всей совокупности полученных материалов можно утверждать, что в районе дельты р. Лены и ее обрамления наблюдается не рассеянное по всей площади, как представлялось ранее, а достаточно строго упорядоченное распределение эпицентров в две основные сублинейные зоны (см. рис. 1).

Эпицентры первой из зон трассируют близосевую (с некоторым смещением к западному берегу) область губы Буор-Хая. Распределение эпицентров в пределах этой зоны неравномерное. Очевидное сгущение отмечается в 30-40 км к востоку от п-ова Быковский в районе 72° с.ш. и 130° в.д. В непосредственной близости от этого сгущения находится эпицентр Быковского землетрясения с магнитудой М = 5.4, зарегистрированного 21.VII 1964 г. (погрешность определения координат 0,2°) [10]. Южнее плотность эпицентров также довольно высока до широты 71°20'. Севернее 72° с.ш. в зоне сочленения губы с основной акваторией моря Лаптевых плотность эпицентров заметно уменьшается, и они образуют довольно редкую цепочку субмеридионального простирания.

Вторая зона следится вдоль западного побережья губы Буор-Хая и ее горного обрамления, протягиваясь на север до широты 72°-72°15', затем резко поворачивает на запад - северо - запад, огибая северную оконечность Хараулахских гор, и густой полосой уходит через центральную часть дельты р. Лены в Оленекский залив. На меридиональном участке этой зоны отмечается очевидное сгущение эпицентров к югу от пос. Тикси. В пределах центральнодельтового участка зоны, на наш взгляд, можно наметить две линии, одна из которых, менее представительная, следится вдоль Оленекской протоки, а вторая - субпараллельна ей и проходит севернее первой на расстоянии 30-40 км вдоль Арынской протоки. Наиболее явное разделение этих линий отмечается между 124 и 125° в.д., а в районе выхода в Оленекский залив наблюдается их сближение. В период наблюдений ПГО "Севморгеология" 15. VI 1986 г. здесь зарегистрировано сильное землетрясение с М = 4,6, имевшее за 2 суток 18 последующих толчков.

Кроме двух основных зон отмечается группа эпицентров в районе восточного побережья губы Буор-Хая, а также несколько в Янском заливе.

Полученное распределение эпицентров показывает значительно меньшую, чем предполагалось ранее, связь повышенной сейсмичности с Усть-Ленским прогибом (рис. 2), являющимся стержневой структурой Лаптевской плиты и прослеживающимся, по гравиметрическим данным, от континентального склона [6]. Высокой сейсмичностью характеризуется лишь самая южная часть этого прогиба в пределах губы Буор-Хая, где эпицентры трассируют его осевую зону, западный и восточный борта. Севернее губы Буор-Хая сейсмичность прогиба резко ослабевает.

Северо-западная линия эпицентров трассирует область стыка периферийных флексурно-разломных ограничений Лаптевской окраинно-материковой плиты с зоной Лено-Таймырских пограничных поднятий [6]. В гравитационном поле здесь следится переход от отрицательных значений поля силы тяжести (Dg) интенсивностью до первых десятков мгл над областью депрессий к положительным аномалиям примерно той же интенсивности над областью поднятий. Наибольшая контрастность гравитационного поля отмечается в районе юго-западных окончаний профилей 1985 г. за счет высоких положительных значений Dg над зоной поднятий: Усть-Ленский гравитационный максимум, где доказано близкое к поверхности залегание кровли кристаллического основания [6]. В то же время следует отметить, что высокая плотность эпицентров отмечается не только здесь, но и северо-западнее, где интенсивность положительного гравитационного поля заметно ослабевает. Более того, самый контрастный участок границы Усть-Ленского максимума, расположенный в районе тт. 3-5 и 16-17 профилей 1985 г. характеризуется заметно пониженной сейсмичностью.

Гипоцентры в основном находятся в пределах глубин 4-28 км, несколько - в диапазоне 35-42 и один - на глубине 55 км, т.е. подавляющее большинство землетрясений - коровые. В прогибе отмечается равномерное распределение очагов землетрясений по глубине (незначительный максимум лишь на глубине 4-5 км), свидетельствующее об относительной однородности упругих свойств среды по вертикали, в то время как в обрамлении прогиба сгущения гипоцентров отмечаются на уровнях 4-5, 8-9, 13-14, 17-19 и 24-25 км (рис. 3).

Уже сам по себе факт установления в пределах дельты р. Лены и ее непосредственного обрамления локализованных сейсмоактивных зон, позволяет, на наш взгляд, по крайней мере для этого участка отказаться от понятия "область рассеянного рифтогенеза" [11] и предположить различную тектоническую природу повышенной сейсмичности в каждой из зон. Для проверки этого предположения была предпринята попытка определения фокальных механизмов.

За весь период наблюдений (~ 7 мес.) удалось зарегистрировать, как указывалось выше, лишь одно сильное землетрясение, для которого оказалось возможным определить механизм очага. Остальная информация была получена благодаря применению способа групповой обработки по сериям слабых толчков, предложенного в [9] и успешно использованного в Байкальской зоне. Корректность этого способа впервые была обоснована многолетними наблюдениями в Прибайкалье, показавшими, что землетрясения, очаги которых приурочены к относительно ограниченным объемам литосферы, происходят в одинаковых условиях и связаны с подвижками одного и того же характера. Группа выделяется по территориальному признаку, т.е. компактности расположения эпицентров на карте, и предположительной приуроченности их к единой тектонической зоне. Справедливость выделения той или иной группы выясняется в процессе нанесения знаков первых вступлений на сетку Вульфа по взаимной согласованности их распределения и возможности разделения на квадранты сжатия и разрежения единой системой нодальных линий.

Для применения групповой обработки в северо-западной (СЗ) сейсмоактивной зоне первоначально были выделены две области по обе стороны от 125° в.д., где отмечается некоторое изменение общего простирания зоны и характера распределения эпицентров в ее пределах. После нанесения знаков первых вступлений размеры областей были скорректированы, в частности исключены данные по землетрясениям Оленекской линии, распределение знаков первых вступлений по которым не согласовывалось с полученными по землетрясениям Арынской линии. В результате для групповой обработки использованы данные по слабым землетрясениям участка IСЗ, включающего и сильное землетрясение 15.VI 1986 г., и участка IIСЗ. В сейсмоактивной зоне губы Буор-Хая выделен один участок Б-Х (см. рис. 1).

При нанесении знаков первых вступлений использовались модели среды, полученные по данным ГСЗ [7], КМПВ и МОВЗ [в печати].

Механизм очага землетрясения 15. VI 1986 г. был определен по наблюдениям 33 станций (рис. 4,а). Несмотря на относительно небольшое количество данных, положение нодальных линий устанавливается надежно.

На участке IСЗ по слабым землетрясениям (32 знака) из-за одностороннего распределения станций не удалось установить положение нодальных плос­костей, однако сравнение с результатами определения по сильному землетрясению показало хорошую согласованность распределения знаков смещений, что позволило объединить их в единое решение для участка (см. рис. 4,б).

Для участка IIСЗ, где расположение станций было более благоприятным, удалось построить обе нодальные плоскости по 30 определениям знаков смещений (см. рис. 4,в).

Фокальный механизм участка Б-Х получен по 68 определениям (см. рис. 4,г).

Здесь имеется несколько несогласованных знаков, появление которых вызвано, скорее всего, наличием неучтенных отклонений реального разреза от используемой модели среды, что подтверждается заметным поперечным рассеиванием эпицентров. Тем не менее, и в этом случае зоны смены знаков первых вступлений устанавливаются достаточно уверенно. Все параметры фокальных механизмов по групповым определениям сведены в табл. 1.

 

Табл. 1. Параметры очагов землетрясений, объединенных в группы

Полученные количественные оценки направлений главных напряжений оказались достаточно неожиданными. Повышенная сейсмичность Усть-Ленского прогиба связывалась с продолжением на шельф процессов рифтогенеза, установленных на хребте Гаккеля в Евразийском бассейне и приводящих к горизонтальному растяжению вкрест простирания прогиба. В этом случае отмечаются сбросовые и сбрососдвиговые деформации. В пользу рифтогенной природы южной части Усть-Ленского прогиба свидетельствовали данные ГСЗ [7] и сейсмологических наблюдений о пониженных скоростях сейсмических волн в верхней мантии <7,5 км/с).

Возникновение и разрядка напряжений в боковых от прогиба зонах, и в частности в северо-западной зоне дельты р. Лены, связывались с сейсмичностью, обусловленной оживлением имеющихся ослабленных зон литосферы под воздействием активных тектонических процессов в центральной зоне (1-3]. В этом случае ожидаются близгоризонтальное положение оси сжатия и взбросовые или сдвиговзбросовые деформации. Как следует из табл. 1, проведенные нами определения фокальных механизмов дали обратную картину.

По Арынской линии эпицентров северо-западной зоны дельты р. Лены получены субгоризонтальные растягивающие напряжения, ориентированные примерно вкрест простирания линии эпицентров и трассируемой ими структуры, оси сжатия - близвертикальны. Основываясь на имеющихся геолого-геофизических данных, показывающих тяготение Лено-Таймырской зоны пограничных поднятий к глубинным разломам северо-запад - юго-восточного простирания, из двух нодальных плоскостей рабочими плоскостями разрыва следует, по­-видимому, признать плоскости II, имеющие достаточно устойчивый азимут падения 220 и 228° под углом к горизонту соответственно 60 и 32°. На участке IСЗ этой зоны подвижки по простиранию и падению примерно равны, что с учетом знаков соответствует сбросу с правосторонним сдвигом, на участке IIСЗ подвижки по простиранию почти отсутствуют и отмечается чистый сброс.

Для северо-западной зоны известны определения фокальных механизмов сильных землетрясений 01.II 1980 г. и 20. V 1963 г., причем по каждому из них имеется два независимых решения, предложенных различными авторами (табл. 2). В решении [14] приведены лишь параметры нодальных плоскостей, по которым нами определено положение осей напряжений.

Как видно в табл. 2, для землетрясения 01. II 1980 г. оба решения достаточно близки и в целом не противоречат результатам группового определения. Можно отметить лишь заметное приближение к горизонту оси сжатия и увеличение сдвиговой компоненты.

По второму землетрясению решения существенно различаются между собой, несмотря на то, что оба автора относят их к категории надежных. Низкая точность определения координат эпицентра (± 0,5°) [10] с равной достоверностью допускает отнесение этого землетрясения как к Арынской, так и к Оленекской линии. В первом случае хорошо согласуется с результатами групповой обработки решение [14], во втором - решение [4]. Учитывая отмеченную неоднозначность параметров землетрясения 20. V 1963 г., данные по нему нельзя использовать в качестве аргументов "за или против" результатов групповой обработки.

По участку Б-Х близгоризонтальное напряжение сжатия ориентировано по азимуту 60°, т.е. примерно вкрест простирания линии эпицентров, а напряжение сжатия близвертикально. Кинематический тип подвижек соответствует взбрососдвигу с преобладанием подвижки по падению. Нодальные поверхности имеют азимуты падения 75 и 233° с углами падения 30 и 63° соответственно.

Для расположенного в непосредственной близости от участка Б-Х Быковского землетрясения имеются два индивидуальных решения (см. табл. 2). Согласно очень уверенному решению [8], сжимающее усилие действует почти горизонтально по азимуту 38°, а вектор растяжения ориентирован по азимуту 139° под углом к горизонту 41°. Рабочей плоскостью разрыва принята плоскость II. Очевидна достаточно хорошая сходимость основных параметров фокального механизма этого землетрясения с полученным нами по групповому определению. В решении [14] по Быковскому землетрясению получены близкие к [8] параметры нодальных плоскостей при противоположном распределении по квадратам знаков первых вступлений, что наводит на мысль о какой-то случайной ошибке. Подробное описание определения с приведением диаграммы обработки исключает, на наш взгляд, ошибку в [8].

Таким образом, по совокупности имеющихся в настоящее время сейсмологических данных можно считать надежно установленным, что в дельте р. Лены и ее обрамлении эпицентры не рассеяны по всей площади района, а образуют две основные сублинейные зоны, одна из которых имеет меридиональное простирание в близосевой зоне губы Буор-Хая, а вторая двумя субпараллельными линиями протягивается на северо-запад через дельту и уходит в Оленекский залив. По определениям фокальных механизмов, полученным с использованием группового способа обработки слабых землетрясений, в зоне губы Буор-Хая сжимающие напряжения близгоризонтальны и направлены близортогонально простиранию линии эпицентров и трассируемой ею южной части Усть-Ленского прогиба; в Арынской линии эпицентров северо-западной зоны растягивающие напряжения близгоризонтальны и ориентированы близортогонально простиранию линии эпицентров и трассируемой ею системы флексурно-разломных ограничений Лаптевской плиты; в Оленекской линии эпицентров распределение знаков первых вступлений не согласуется с полученным в Арынской линии. Этим выводам в целом хорошо удовлетворяют имеющиеся данные по фокальным механизмам сильных землетрясений этого района.

Полученный новый фактический материал подтверждает высказанные ранее [2. 3] предположения о том, что в дельте р. Лены и на шельфе моря Лаптевых нет генеральной, окончательно сформированной границы Евразийской и Северо-­Американской плит, подобной той, что имеет место по хребту Гаккеля в Евразийском суббассейне Северного Ледовитого океана. Очевидно, следует говорить о наличии одной или более промежуточных микроплит, на контактах которых между собой, а также с основными плитами даже в условиях общего растяжения возможна различная ориентировка осей напряжений вплоть до взаимно противоположной в субпараллельных ослабленных зонах. На наш взгляд, следует считать, что в настоящее время дивергентная граница в районе дельты р. Лены проходит не по Усть-Ленскому прогибу (губа Буор-Хая), а по зоне контакта краевых структур юго-западной части Лаптевской плиты и ее обрамления. На акватории она, скорее всего, расположена в западной части шельфа моря Лаптевых, однако решение этого вопроса требует дополнительной информации.

В кайнозойское время на территории Северо-Востока СССР установлены частые смены во времени режимов сжатия и растяжения, что обусловлено изменением кинематики движения литосферных плит и нахождением в его пределах полюса вращения [12. 14). В частности, образовавшаяся в миоцене структура растяжения Момского грабена в настоящее время, по сейсмологическим данным, находится в режиме сжатия [11, 12, 14] в результате недавнего (0-3 млн. лет) перескока полюса вращения с юга в район губы Буор-Хая (φ = = 71,24° N, λ. =132,05° Е) [14]. По-видимому, с этим же событием можно связать смену режима растяжения на режим сжатия в южной части Усть-Ленского прогиба.

Вообще на основании имеющихся геолого-геофизических данных (смена режимов сжатия и растяжения, колебательные, меридиональные с амплитудой до десятков тысяч километров перемещения полюса вращения) можно сделать вывод о пульсирующем характере раздвижения Евразийской и Северо-Амери­канской плит: чередовании периодов убыстрения, замедления и даже смены знаков движения. При каждой очередной пульсации возможны смены тектони­ческих режимов в уже имеющихся древних ослабленных зонах литосферы: изменение направленности подвижек, оживление пассивных, залечивание ранее активных.

Как и следовало ожидать, настоящие исследования подтвердили, что в районах, расположенных в непосредственной близости от полюса вращения, расстояния между зонами с противоположно ориентированными тектоническими движениями зачастую не превышают километры или первые десятки километров. Поэтому совершенно очевидно, что эффективное изучение современных тектонических режимов этих регионов должно проводиться на базе высокоточных сейсмологических наблюдений. Ценность проведенных сейсмологических работ помимо всего прочего состоит в том, что полученная информация позволяет наметить план и перспективы дальнейших исследований по детальному изучению сейсмического режима этого уникального по своему тектоническому положению региона. Проблема эта имеет и прикладное народнохозяйственное значение в свете стоящей сейчас задачи создания новых карт сейсмического районирования и микрорайонирования.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Аветисов Г.П. Сейсмичность моря Лаптевых и ее связь с сейсмичностью Евразийского бассейна / / Тектоника Арктики. Л., 1975. Вып. 1. С. 31-36.

2.Аветисов Г.П. К вопросу о тектонической природе Арктического сейсмического пояса // Тектоника Арктики. Разломы материковой отмели и океана. Л.,  изд-во НИИГА, 1979. С. 69-80.

3.Аветисов Г.П. Сейсмичность и глубинное строение района моря Лаптевых и Новосибирских островов // Структура земной коры континентов и океанов. Тр. Ленингр.о-ва естествоиспытателей. 1983. Т. 77. Вып. 2. С. 117-124.

4.Балакина Л.М., Введенская А.В., Голубева Н.В. и др. Поле упругих напряжений 3емли и механизм очагов землетрясений. М: Наука, 1972. 192 с.

5.Виноградов В.А., Гanоненко ГИ., РусаковИ.М., Шимараев В.Н.  Тектоника Восточно-Арктического шельфа СССР // Тр. НПО "Севморгео". Л.: Недра, 1974. Т. 171. 144 с.

6.Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых  // Моря Советской Арктики. Л.: Недра, 1984. Т. 9. 270 с.

7.Kоган А.Л. Постановка сейсмических работ методом КМПВ-ГС3 с морского льда на шельфе арктических морей (опыт работ в море Лаптевых) / / Геофизические методы разведки в Арктике. Л.: Изд-во НИИгеологии Арктики. 1974. Вып. 9. С. 28-33.

8.Козьмин Б.М. Сейсмические пояса Якутии и механизмы очагов их землетрясений. М.: Наука, 1984. 127 с.

9.Мишарина Л.А., Солоненко Н.В., Леонтьева Л.Р. Локальные тектонические напряжения в Байкальской рифтовой зоне по наблюдениям групп слабых землетрясений // Байкальский рифт. Новосибирск: Наука, 1975. С. 9-21.

10.Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР. М.: Наука, 1977.535 с.

11.Паlрфенов Л.М., Козьмин Б.М., Гриненко О.В. и др. Геодинамика сейсмического пояса Черского // Вулканология и сейсмология. 1988. № 1. С. 75-89.

12.Савостин Л.А., Драчев С.С. Кайнозойское сжатие в районе Новосибирских островов и его связь с  раскрытием Евразийского бассейна // Океанология. 1988. Т. ХХVШ. Вып. 5. С. 775-782.

13.Тресков А.А. Интерпретация наблюдений над близкими землетрясениями // Вопросы сейсмичности Сибири: Тр. Ин-та земной коры. Новосибирск, 1964. Вып. 18. С. 106-135.

14.Сооk D., Fиjita К., МсМиllе G. Present-day plate interaction in northeast Asia: North American, Euroasian and Okhotsk plates //  J. Geodynamics. 1987. У. 6. р. 33-51.

 

ПГО "Севморгеология", Ленинград                                                            Поступила в редакцию 5.09.1990

Вернуться на главную страничку