IDENTIFICATION OF SEISMIC SOURCE ZONES IN EASTERN MARGIN OF THE EAST EUROPEAN PLATFORM AND THE URALS

Баранов Ю.В.

ORCID: 0000-0002-5837-9290, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Горный Институт уральского отделения Российской Академии Наук

ВЫДЕЛЕНИЕ ЗОН ВОЗМОЖНЫХ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ВОСТОЧНОЙ ОКРАИНЫ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ И УРАЛА

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы выделения зон возможных очагов землетрясений восточной окраины Восточно-Европейской платформы и Урала. Впервые для данной территории при решении поставленной задачи использовался метод, основанный на связи комплекса геолого-геофизической информации о строении земной коры и данных о сейсмической активности. Результаты работы важны как корректной оценки сейсмической опасности слабоактивных регионов, так и для получения фундаментальны знаний об их строении и развитии.

Ключевые слова: зоны возможных очагов землетрясений, сейсмическая активность.

Baranov Y.V.

ORCID: 0000-0002-5837-9290,  Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of Sciences

IDENTIFICATION OF SEISMIC SOURCE ZONES IN EASTERN MARGIN OF THE EAST EUROPEAN PLATFORM AND THE URALS

Abstract

The article considers aspects of identification of seismic source zones in Eastern margin of the East European platform and the Urals. For the first time in this area to highlight such zones one used the method based on relationship between complex of geological and geophysical information about the structure of the earth's crust and seismic activity data. The results are important for seismic hazard zoning in seismically weak regions and for obtaining fundamental knowledge about their structure and development.

Keywords: seismic source zones, seismic activity.

Выделение зон возможных очагов землетрясений (зон ВОЗ) является важной частью исследования сейсмического потенциала восточной окраины Восточно-Европейской платформы и Урала. Несмотря на слабую сейсмическую активность региона, изучение землетрясений необходимо для безопасной деятельности горнодобывающих предприятий, планирования развития сети сейсмического мониторинга и получения знаний о нашей планете.

Оценка сейсмической опасности по комплексу геологических, геофизических и геодезических параметров для сейсмически слабоактивной территории осложняется невозможностью использования стандартных методов распознавания сейсмически активных зон [5].

Исследуемый регион ограничен 48° – 60°в.д. и 56° – 67°с.ш., его площадь составляет 780600 км². Регион расположен в пределах восточной окраины Восточно-Европейской платформы, центральной и южной части Тимано-Печорской плиты и примыкающей к ним части Уральской складчатой системы. Восточная окраина ВЕП осложнена Кировско-Кажимским и Камско-Бельским авлакогенами. Все крупные структуры ограничены тектоническими нарушениями, к которым приурочены основные местные землетрясения.

В литературе [1,2,4] описано большое количество региональных сейсмических событий, связанных как с тектонической активностью, так и обвальных, и импактных, а также горных ударов, связанных с разработкой месторождений полезных ископаемых. В настоящее время непрерывные сейсмологические наблюдения на территории региона проводятся с помощью более чем 70 сейсмопавильонов, одиночных сейсмостанций и сейсмических групп.

До последнего времени методы прогнозной оценки сейсмического потенциала и построения зон ВОЗ остаются разработанными недостаточно. Это относится и к сейсмоактивным областям, обеспеченным обильной сейсмологической информацией и хорошо изученным в сейсмотектоническом отношении, и к менее изученным областям со слабой сейсмической активностью.

Зачастую очаги землетрясений связаны с областями интенсивных современных тектонических движений земной коры, происходящими на границах крупных геоблоков, платформ и континентов. Прослеживается связь сейсмических явлений с разрывными нарушениями, их размерами и расположением.  Глубинные тектонические нарушения, разломы, рифты и авлакогены характеризуются большей сейсмичностью, чем вторичные тектонические нарушения с меньшей глубиной и амплитудой смещений. Отмечается связь между сейсмичностью и расположением границы Мохоровичича, мощностью земной коры и составляющих ее слоев, зонами с разными скоростями прохождения упругих волн.

Невозможно выделить единственный признак, значение которого может свидетельствовать о сейсмическом режиме региона, для выделения зон ВОЗ необходимо использовать комплекс различных параметров.

В настоящее время нет строгой математической модели, позволяющей определить вероятность и интенсивность землетрясения на основании анализа геолого-геофизической информации о строении земной коры в окрестности потенциального очага.

Выделение зон ВОЗ основывается на сопоставлении геологической, геофизической и геодезической информации о строении региона с известной сейсмической активностью и осуществляется с помощью сетевой ГИС «ГеоПроцессор 2.0», разработанной в Институте проблем передачи информации РАН [6].

Проведение работы основывается на следующих предположениях:

1. В районе исследований за исторический период зарегистрированы многочисленные землетрясения. В настоящее время не наблюдается существенного изменения сейсмической активности, что позволяет использовать имеющийся каталог сейсмических событий для построения прогнозных карт эпицентров землетрясений.
2. Исследуемый регион находится на древней платформе с устоявшейся тектоникой, на которой отсутствует вулканизм. Человеческая деятельность – технологические и ядерные взрывы, добыча полезных ископаемых и создание водохранилищ оказывает ограниченное влияние на имеющиеся процессы, свойства же самой геологической среды, по сравнению с периодом наблюдений, изменяются относительно слабо.
3. Крупные тектонические землетрясения связаны с движениями больших блоков земной коры вдоль региональных и глобальных тектонических нарушений, причем на границах более крупных блоков генерируются сейсмические события с большей энергией.

В основе формализованного метода построения зон ВОЗ лежит алгоритм нахождения возможных связей максимальных магнитуд землетрясений с геолого-геофизическим строением региона. Выбираются элементарные ячейки с центрами, привязанными к координатной сетке, при этом каждая ячейка обладает своим набором физических характеристик. Предполагается, что значение магнитуды землетрясения в этой ячейке является функцией от них. Размер ячеек и набор их характеристик выбираются исследователем на основании доступности и детальности имеющихся данных, шага съемки, размеров региона и другой информации. После выбора ячеек по определенному алгоритму производится вычисление и нанесение на карту ячеек с соответствующими геолого-геофизическими параметрами и оконтуривание полученных зон. Для территории исследуемого региона дифференциация зон ВОЗ не проводится, выборка ячеек осуществляется для построения зон ВОЗ с магнитудами 1 и более.

В работе используются данные гравиметрической и магнитной съемки, глубина залегания поверхности Мохоровичича, карта мощности нижнего слоя земной коры, тектонические карты, карта современных вертикальных движений земной коры. В каталог землетрясений вошло 91 сейсмическое событие.

Необходимо учитывать ширину зон влияния тектонических нарушений, которые  представляют собой сложные геологические структуры, с не менее сложным внутренним строением. Связанные с ними сейсмически опасные зоны контролируются не только дислоцированной осевой, или центральной частью разломов, но и более широкой областью, окружающей приразломное пространство, или областью динамического влияния разломов (ОДВР).

На основании исследований региональных тектонических нарушений, шага гравиметрической и магнитной съемки и масштаба тектонической карты для крупнейших тектонических нарушений в исследуемом регионе ширина зон ОДВР выбрана равной 44 км, чему соответствовал используемый в программе параметр близости к крупным тектоническим нарушениям, составлявший 22 км и равный половине ОДВР.

Для выделения зон возможных очагов землетрясений используется отношение аномального гравитационного поля к аномальному магнитному полю или адмиттанс. Способ адмиттанса позволяет оценить взаимосвязи между различными физическими полями, создаваемыми геологическими телами разных масштабов [3].

Выделение зон возможных очагов землетрясений производится с помощью двух учебных выборок, в которых учитываются особенности регионального строения земной коры.

На территории исследуемого региона расположены два основных комплекса сейсмически активных структур – Кировско-Кажимский авлакоген и совокупность тектонических структур, связанных с границей Восточно-Европейской платформы,  Предуральского краевого прогиба, складчатого Урала и Тиманской плиты. Поскольку условия, благоприятные для возникновения землетрясений, в этих комплексах отличаются,  необходимо использовать несколько учебных выборок для выделения  всех зон возможных очагов землетрясений.

Первая учебная выборка взята на севере региона, в районе Восточно-Тиманского разлома. Выборка связывает размер зоны влияния тектонического нарушения, градиент гравитационного поля, мощность нижнего слоя земной коры и глубину залегания поверхности Мохоровичича.

Вторая выборка взята в южной части региона. Выборка связывает адмиттанс и современные вертикальные движения земной коры, а также учитывает влияние градиента гравитационного поля, мощность нижнего слоя земной коры и глубину залегания поверхности Мохоровичича.

Алгоритм работы программы можно описать следующим образом:

Для первой учебной выборки:

Эпицентр землетрясения возможен в такой точке, где одновременно выполняются следующие условия:

• градиент гравитационного поля > 0.3 мГал/км
• близость к крупным тектоническим нарушениям <  22 км
• глубина залегания поверхности Мохоровичича > 40 км
• мощность нижнего слоя земной коры > 8 км
• скорость вертикальных движений земной коры > 1.9 мм/год

Для второй учебной выборки:

Эпицентр землетрясения возможен в такой точке, где одновременно выполняются следующие условия:

• градиент гравитационного поля > 0.3 мГал/км
• близость к линиям максимальных значений адмиттанса < 8 км
• глубина залегания поверхности Мохоровичича > 40 км
• мощность нижнего слоя земной коры > 8 км
• скорость вертикальных движений земной коры > 5.5 мм/год

Таким образом, были учтены наиболее значимые геолого-геофизические факторы, наличие которых позволяет выделить зоны возможных очагов землетрясений для восточной окраины Восточно-Европейской платформы. Занимаемая ими площадь составляет 269700 км², или 34.6% площади территории исследуемого региона. Из 91 эпицентра сейсмических событий 85 находятся внутри зон ВОЗ, что составляет 93.4% от всех очагов землетрясений и позволяет сделать вывод о правильности выбранного подхода.

Наиболее сейсмически активными участками являются расположенные в южной части региона места сочленения зон ВОЗ, связанные с Предуральским краевым прогибом и Камско-Бельским авлакогеном.

Проведено сопоставление зон возможных очагов землетрясений c тектонической картой (рис. 1), которое показывает хорошее совпадение зон ВОЗ с крупнейшими структурами исследуемого региона.

Рис. 1 - Расположение зон возможных очагов землетрясений на тектонической карте региона

Литература

1. Ананьин И.В. Европейская часть СССР. Урал, Западная Сибирь / И.В. Ананьин // Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. – М., 1977. – С. 465-470.
2. Вейс-Ксенофонтова З.Г. К вопросу о сейсмической характеристике Урала / З.Г. Вейс-Ксенофонтова, В.В. Попов. – М., Л.: Изд-во АН СССР, 1940. – 12 с., 1 вкл. л. карт. – ( Тр. Сейсмологического ин-та № 104).
3. Гравиметрия, магнитометрия, геоморфология и их параметрические связи / М.С. Чадаев, В.А. Гершанок, Л.А. Гершанок, И.С. Копылов, А.В. Коноплев; Перм. гос. нац.-исслед. ун-т. – Пермь, 2012. – 91 с.
4. Никонов А.А. Сейсмические сотрясения на Русской равнине в XI – XVIII вв. // Физика Земли. – 1990. – № 1. – С. 85-94.
5. Сейсмичность и сейсмическое районирование слабоактивных территорий / Т.С. Блинова, В.В. Удоратин, Р.А. Дягилев, Ю.В. Баранов, Н.Н. Носкова, Н.В. Конанова; ГИ УрО РАН [и др.]. – Пермь, 2015. – 178 с.
6. Сетевая аналитическая ГИС. ГеоПроцессор 2.0: рук. пользователя / Ин-т проблем передачи информации РАН. – М., 2007. – Режим доступа: http://geo.iitp.ru/GeoProcessor-2/new/GeoProc2-UG.htm

References 

1. Anan'in I.V. Evropejskaja chast' SSSR. Ural, Zapadnaja Sibir' / I.V. Anan'in // Novyj katalog sil'nyh zemletrjasenij na territorii SSSR s drevnejshih vremen do 1975 g. – M., 1977. – S. 465-470.
2. Vejs-Ksenofontova Z.G. K voprosu o sejsmicheskoj harakteristike Urala / Z.G. Vejs-Ksenofontova, V.V. Popov. – M., L.: Izd-vo AN SSSR, 1940. – 12 s., 1 vkl. l. kart. – ( Tr. Sejsmologicheskogo in-ta № 104).
3. Gravimetrija, magnitometrija, geomorfologija i ih parametricheskie svjazi / M.S. Chadaev, V.A. Gershanok, L.A. Gershanok, I.S. Kopylov, A.V. Konoplev; Perm. gos. nac.-issled. un-t. – Perm', 2012. – 91 s.
4. Nikonov A.A. Sejsmicheskie sotrjasenija na Russkoj ravnine v XI – XVIII vv. // Fizika Zemli. – 1990. – № 1. – S. 85-94.
5. Sejsmichnost' i sejsmicheskoe rajonirovanie slaboaktivnyh territorij / T.S. Blinova, V.V. Udoratin, R.A. Djagilev, Ju.V. Baranov, N.N. Noskova, N.V. Konanova; GI UrO RAN [i dr.]. – Perm', 2015. – 178 s.
6. Setevaja analiticheskaja GIS. GeoProcessor 2.0: ruk. pol'zovatelja / In-t problem peredachi informacii RAN. – M., 2007. – Rezhim dostupa: http://geo.iitp.ru/GeoProcessor-2/new/GeoProc2-UG.htm