Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование напряженного состояния литосферы с помощью анализа сейсмического режима

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Исследование напряженного состояния литосферы с помощью анализа сейсмического режима"

Объединенный институт физики Земли Российской Академии наук

РГо ОД

1 1 НОЯ 1996 Институт экспериментальной геофизики

На правах рукописи

УДК 551.1.4

ВАРУЩЕНКО Сергей Станиславович

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛИТОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ АНАЛИЗА СЕЙСМИЧЕСКОГО РЕЖИМА (НА ПРИМЕРЕ ГРЕЦИИ)

Специальность 04.00.04 - геотектоника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолото-минералогических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Объединенном институте физики Земли Российской Академии наук.

Научный руководитель - кандидат географических наук Н.В.Чигарев

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук

Шолио В.Н.

кандидат географических наук Малкин Б.В.

Ведущая организация - Геологический институт Российской Академии

наук

Защита состоится г. в " часов на заседании

специализированного совета К.^'/^с^в Объединенном институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта, по адресу: Москав, Б.Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института физики Земли .

Автореферат разослан Ж" О^ЩА 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физ.-мат. наук

Дубровский В.А.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Напряженное состояние является одной из

важнейших, но еще слабо изученных характеристик литосферы. Напряженное состояние литосферы - это тот ведущий фактор, который определяет и регулирует перенос вещества и энергии, динамику, структуру, и специализацию большинства геохимических и физических полей Земли. Перестройка напряженного состояния подчинена законам организации геоматериала, его долговременных и быстротечных изменений.

Изучение напряженного состояния литосферы является актуальным для решения целого ряда практических задач. Оценки напряженного состояния используются для, рассчета сейсмической опасности, районирования, для прогноза землетрясений и медленных движений земной коры (геодинамическое районирование). Знание напряженного состояния необходимо при гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях устойчивости склонов, строительстве и эксплуатации атомных электростанций, нефте и газопроводов, туннелей и прочих инженерных объектов. Из-за возможности возникновения наведенной сейсмичности данные о поле напряжений важны при выборе оптимального режима эксплуатации водохранилищ, проведения горных работ, прогнозировании выбросов и горных ударов в шахтах, захоронении радиоактивных отходов и устойчивости геодезических реперов.

Целью настоящей работы является:

1) Разработка автоматизированного метода выделения пространственно-ориентированных групп слабых землетрясений, называемых сейсмолинеаментами;

2) Разработка метода анализа поля напряжений литосферы на основе выделенных сейсмолинеаментов;

3) Картирование областей, на конкретном примере территории Греции, в пределах которой действуют различные факторы, обусловливающие как особенности напряженного состояния, так и механизмы деформации сейсмоактивного слоя литосферы;

4) Анализ пространственных и временных закономерностей изменения полей напряжений отдельных районов, геотектонических областей и выявление регионального поля напряжения литосферы на территории Греции; систематизация полученных данных;

Научная новизна работы заключается прежде всего в разработке нового метода реконструкции поля напряжений земной коры на основе анализа группирования слабых землетрясений и в получении конкретных результатов для региона Греции, являющегося самым сейсмически активным регионом в Европе.

По различным вариантам разработанной методики обработано более 23000 слабых землетрясения, произошедших на территории Греции за 1981-1993 гг.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1. согласием теоретических выводов и практических результатов полевых наблюдений;

2. согласием результатов, полученным по различным вариантам методики, между собой;

3. апробацией основных результатов исследования на научных симпозиумах.

Практическая ценность работы. Предлагается доведенная до практического применения методика обработки данных по эпицентрии слабых землетрясений для определения поля напряжений литосферы. Гибкость методики позволяет использовать ее в различных вариантах, в том числе и для мониторинга полей напряжений.

Апробация работы. Промежуточные результаты работы докладывались автором на 2м Конгрессе Греческого геофизического союза (Флорина, Греция, 1993}, конференциях молодых ученых ИФЗ (Суздаль, 1986, 1992), на ассамблее 1А5РЕ1 1994 (Новая Зеландия), семинарах Института Экспериментальной Геофизики ОИФЗ РАН (Москва, 1992), Генеральной Ассамблеи Европейского геофизического общества (Гамбург, 1995), семинаре Вычислительного Центра СО РАН (1995).

На защиту выносятся следующие результаты:

# разработка автоматизированного метода выделения пространственно-ориентированных линейных групп землетрясений - сейсмолинеаментов, основанном на использовании каталогов слабой сейсмичности.

# расчет параметров группирования слабых землетрясений Греции и выделение сейсмолинеаментов.

# определение ориентации осей сжатия и растяжения земной коры Греции на основе анализа роз-диаграмм сейсмолинеаментов за 1981-1993 годы.

# определение общего напряженного состояния земной коры территории Греции по корреляции слабых землетрясений с тензором приливных напряжений.

# реконструкция современной геодинамической обстановки в регионе

Греции.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации 135 стр. В диссертации представлен 36 рисунков. Список литературы включает 85 наименования, из них 31 на иностранных языках.

Содержание работы

В первой главе "Введение" обоснована актуальность темы диссертационной работы. Сформулированы основные задачи и положения, выносимые на защиту. Обоснован выбор района исследований. Приведены основные данные, характеризующие диссертацию.

Во второй главе "История и состояние вопроса, выбор направления исследований" описана история изучения напряженно-деформированного состояния среды. В разделе 2.1. описаны существовавшие ранее методы и результаты, история применения в геологии представлений о напряженном состоянии среды. Важность изучения полей тектонических напряжений как для решения практических задач, так и основных теоретических проблем современной геодинамики и тектоники отражена в ряде сводок, опубликопанных в последние годы, среди которых можно назвать работы П.Н.Кропоткина, Н.В.Артюшкова, В.К.Кучая, Л.П.Зоненшайна, П.Н.Николаева, В.А.Ярошевского, Э.У.Спенсера и др..

В разделе 2.2. разбираются общие представления теории напряженного состояния твердых тел. Тектонофизические реконструкции полей

тектонических напряжений основаны на анализе результатов воздействия поля напряжений на горные породы, обычно выраженные тектонической трегци-новатостыо, разрывами, зеркалами скольжения, будинами, швами механических двойников кристаллов, трансляциями и др. В тектонофизике понятие внешней силы часто является неопределенным, зависящим от размеров и границ литосферы, которые выделяет исследователь в зависимости от решаемых задач. Совокупность напряжений, возникающих и действующих в земной коре в связи с развитием определенного элемента ее структуры, названа М.В.Гзовским в 1954 году тектоническим полем напряжений.

В разделе 2.3. дается обзор современных сейсмических методов исследования напряженно-деформированного состояния среды. В первую очередь сюда относится метод определения механизма очага землетрясения по знакам первых вступлений сейсмических волн. Такой метод применим только к немногочисленным, достаточно сильным землетрясениям, для которых удается определить механизм очага. Важнейшим источником информации о деформациях в литосфере является сейсмичность, большая часть которой связана с трещинами, разрывами и разломами. В тоже время, современное поле напряжений в литосфере реализуется в виде областей деструкции земной коры (обладающих повышенной трещиноватостью и большим количеством разломов), различной иерархической соподчиненности. В последние годы отечественными учеными были развиты количественные методы реконструкции напряженно-деформированного состояния (НДС) земной коры по результатам массовой обработки механизмов очагов землетрясений.

Основываясь на идеях Ю.В.Ризниченко о сейсмическом течении горных масс и Б.В.Кострова о тензоре сейсмического момента, С.Л.Юнга разработал статистический метод восстановления НДС по механизмам очагов землетрясений. Теоретическая основа этого метода заключается в следующем: статистическая обработка совокупности механизмов очагов, по сравнению с определением на основе отдельных сильных механизмов, заключается в возможности описать сейсмотектоническую деформацию (СТД) на разных масштабных уровнях.

О.И. Гущенко развил кинематический метод определения напряжений. Он исходит из ясной предпосылки механики разрушения о том, что при заданом соотношении главных действующих напряжений в однородно деформируемом объеме пород допустимы подвижки по разрывам, ориентированном в некотором телесном угле. И с другой стороны каждое направление сдвиговой подвижки

определенного масштабного уровня рассматривается как индикатор ориентации касательных напряжений в рассматриваемом однородно напряженном объеме. На основе данного подхода была развита формализованная методика расчета полей напряжений в земной коре по каталогам механизмов очагов, позволяющая выявить области однородно-напряженных блоков. На первом этапе процесса обработки формируются однородные выборки. Для этого исследуемый район разбивается на сетку и в районе каждого узла отыскивается группа землетрясений с согласующимися в пределах заданной точности механизмами очагов. Методика позволяет использовать определения механизмов, полученные для одного и того же землетрясения разными авторами. Выходными параметрами программы могут быть траектории главных напряжений, при этом выделяются границы между однородно напряженными блоками, а так же области неустойчивых решений. На основании полученных решений об углах наклона осей главных напряжений исследуемая территория может быть подразделена на блоки, характеризующиеся сбросами, сдвигами и промежуточными типами подвижек.

Недостаток определений механизмов очагов слабых землетрясений а так же ошибки, связанные с самим определением механизмов очагов и позволяют нам браться за разрабогу альтернативных методов оценки напряженного состояния сейсмоактивных областей.

В разделе 2.4. уделено внимание методам исследования напряженно-деформированного состояния земной коры с помощью анализа, аэрокосмических снимков. В настоящее время в целях повышения объективности

линеаментного анализа широко применяется автоматизация как процессов выделения линеаментов, так и построения видеоцифровых моделей статистических признаков линеаментных сетей. При таком автоматизированном дешифрировании выявляются и трассируются линии резкого изменения различных параметров {рисунка изогипс топокарты, фототонов и фоторисунков космических и аэрофотоснимков, интенсивности геофизических полей и др.) географической среды, геологической структуры (по геологическим, тектоническим и прочим картам) и геофизических полей, которые называют линеаментами и которые отражают гетерогенные линейные объекты разной глубины и времени заложения, а также разной степени проявления в структуре земной коры и современной активизации: - разломы, разрывы, зоны трещиноватости, флексуры, флексурно-разрывные зоны и др.

Задачей диссертационной работы является развитие статистического сейсмолинеаментного метода определения полей напряжений в литосфере, основанного на выделении пространственно ориентированных линейных групп слабых землетрясений.

В третьей главе "Основные черты тектоники региона" приводятся основные характеристики, характеризующие геологическое строение региона, описываются важнейшие тектонические структуры. Главная черта геотектонического строения рассматриваемого, региона-.- наличие глубокой сейсмофокальной зоны, являющейся фронтом взаимодействия Африканской плиты, расположенной на юге и Евразийской плитой на севере. Как известно, землетрясения группируются большей частью в зонах новейших и главным образом современных контрастных движений, что связано с современной геодинамикой территории Греции. По этой причине изучение новейшей

структуры является весьма важной задачей. С другой стороны, большая часть греческих землетрясений находится на преимущественных интервалах глубин 515 км, реже 20-30 км и совсем немного их в глубокофокусной зоне 90-190 км.

На террритории Греции выделяются 13 основных геотектонических

зон.

1) Зона Паксос. Это самая внешняя тектоническая зона, развитая на западной части Ионических островов, южном Пелопонесе, на Крите и Родосе. Она сложена триасовыми известняками фации Пантократор, среднеюрской фацией Посидония, верхнеюрскими известняками фации Виглос, сеноманскими известняками, эоцен-олигоценовыми известняками и миоценовым флишем.

2) Ионическая зона. Эта зона охватывает восточную часть Ионических островов, побережье Ионического моря, северо-западную часть полуострова Пелопонес, центральную часть Крита и западную часть острова Родос. Ширина зоны до 100 км. Она сложена нижнетриасовыми гипсами, среднетриасовой известняковой фацией Кардита, верхнетриасовыми известняками фации Пантократор, местами, в верхней части замещаемой известняковой фацией Синия, тоаротско-доггерской известняковой фацией Филамена, сенонскими известняками фации Виглос, палеоцен-верхнеэоценовыми известняками и эоценовым флишем.

3) Зона Гаврово. Эта зона примыкает с востока и севера к Ионической зоне. Она протягивается узкой, до 70 км полосой от Албании на севере, до залива Патра на юге, далее по западной части Пелепонеса, также и по южной его части, затем на большей части острова Крит и на восточную половину острова Родос. Эта зона представлена средне-верхнетриасовыми доломитами, верхнетриасовыми - юрскими известняками с доломитами, верхнемеловыми известняками, палеоцен-зоценовыми известняками и палеогеновым флишем.

4) Зона Пиндос. Эта зона примыкает с востока к зонам Гаврово и Ионической. Она протягивается от Албании на севере до Коринфского залива на юге, далее на северном Пелопонесе раздваивается - одна ее ветвь уходит в Мессинский залив, а вторая, восточная протягивается, с перерывами, до южного Крита. Ширина зоны не превышает 100 км. Эта зона представлена триасовыми кремнистыми осадками и ихвестняками, верхнеюрскими пелагическими известняками, юрско-меловым "первым флишем", состоящим из серий пелитов и радиоляриигов с песчаниками и тонкими прослоями известняков, верхнемеловыми известняками и флишем.

5) Зона Бэотического флиша. Это крайне небольшая зона, до 20 км в поперечнике, расположена на северном берегу Коринфского залива. Это юрские - нижнемеловые флишоидные фации.

6) Зона Осса. Это крайне небольшая зона, поперечником до 20 км, расположенная на западном берегу Салоникского залива. Она состоит из метаморфических пород: мезозойско-палеоценовых доломитов и мраморов, а так же флиша метоморфизованного до филлитовой стадии.

7) Зона Парнас. Это небольшая зона, протяженностью до 100 км, располагающаяся на северном и южном берегу Коринфского залива. Эта зона представлена верхнетриасовыми доломитами, нижне-среднеюрскими известняками, верхнеюрскими известняками, нижнемеловыми и

верянемеловыми известняками, палеоценовыми известняками и палеогеновым флишем.

8) Пелагонийская зона. Это одна из самых протяженных и широких тектонических зон Греции. Она простирается от юго-западной Македонии на севере через Аттику до северного Крита на юге. По форме она выпуклая к югу, как бы соответствует форме островной дуги. Ширина зоны до 150 км. Эта зона сложена нижне- среднетриасовыми известняками и доломитами, нижнеюрскими известняками и доломитами, местами метаморфизованными до мраморов, юрскими радиоляриитами, песчаниками, пелитами с линзами известняка и отдельными включениями офиолитов, верхнеюрскими известняками, верхнемеловыми флишоидами, кристаллизованными известняками и мраморами.

9) - 10} Зона Аксиос и Родопская кольцевая зона. Эти зоны, тесно связанные друг с другом, прилегают на западе к Пелагонийской зоне, и протягиваются полукругом от южной Македонии на западе, через южную Халкидикию до восточной Фракии на западе. Ширина зоны до 150 км. Зоны эти сложены мезозойскими мраморами и филлитами, мезозойской магматической серией Хортиатиса, триасовой вулканогенно-осадочной серией и кварцитами, триасово-юрской серией.

11) Сербомакедонский массив. Он занимает восточную часть полуострова Халкидикия. В этом районе ширина его до 100 км. В Эгейском море он выклинивается. Сложен Сербомакедонский массив метаморфическими породами палеозойского возраста: гнейсами, амфиболитами, мраморами и метаморфизованными известняками.

12) Родопский массив. Он располагается на территории Южной Болгарии и греческой Фракии. Протяженность его в широтном направлении достигает 300 км. Сложен Родопский массив полеозойско-мезозойскими метаморфическими породами: мраморами, гнейсами, глаукофановыми сланцами, амфиболитами, мигматитами.

13) Кикладский массив. Он занимает центральную часть Эгейского моря, слагая острова Кикладского архипелага. Размеры этого массива 200 км на 300 км. Сложен от тоже метаморфическими породами палеозоя - нижнего мезозоя: глаукофановыми сланцами, мраморами, гнейсами, амфиболитами и мигматитами.

Вкратце геотектоническое строение территории Греции можно охарактеризовать так: в центральной части района располагаются срединные массивы, сложенные метаморфическими породами палеозойского-раннемезозойского возраста. Эти срединные массивы концентрически опоясываются с запада и юга более молодыми, протяженными и узкими тектоническими зонами, сложенными в основном мезо-кайнозойскими известняками и мраморами. В свою очередь, эти концентрические тектонические зоны ограничиваются с юга и запада глубоководным желобом, за которым начинается глубоководная равнина Средиземного моря.

Земная кора в регионе раздроблена большим количеством современных активных разломов - кроме наиболее крупных - глубокофокусной границы между плитами и Северо-Анатолийского разлома, известно много других активных разломов меньшего ранга. В зоне островной дуги преобладают надвиги, а в континентальной части встречаются сбросы и сдвиги.

Регион является очень сейсмически активным - за наше столетие здесь известно более 10 землетрясений с мегнитудой более 6.5.

Анализ поля напряжений на основе анализа сейсмического режима на территории Греции поможет лучше попять современную геодинамику региона. Формализованная обработка информации о большом количестве слабых землетрясений на территории Греции может помочь осуществлению мониторинга напряженного состояния земной коры.

В четвертой главе "Исследование напряженного состояния литосферы с помощью сейсмолинеаментного анализа" излагаются вопросы группирования слабых землетрясений, выделения отдельных линейных групп, названных нами сейсмолинеаментами.

В разделе 4.1. обсуждаются вопросы анализа групповых землетрясений.

В отличие от сильных землетрясений, генетическая связь слабых землетрясений с достоверными разломами является менее определенной. Характер распределения слабых с М менее 4 землетрясений является по восприятию даже в среднем масштабе более площадным, чем линейным. Естественно, при площадном распределении эпицентров трудно сопоставить каждое из землетрясений с конкретным разломом (трещиной). Из-за этого появляется необходимость разрабатывать новые формализованные и автоматизированные методы изучения сейсмически активных регионов.

Так же известно: что многие землетрясения генетически связаны между собой в пространстве и времени: а так же объединяются в группы. Группируемость землетрясений, особенно линейная, отражает ход разрывных деформаций и, следовательно, является показателем степени раздробленности и напряженного состояния литосферы.

Методика выделения групповых землетрясений теоретически основывается на принципе несоответствия распределения последовательности землетрясений в пространстве и во времени случайному распределению Пуассона.

Я т

5 ' " 55,

где Я п и Тп - критические (предельные) значения расстояния и

времени между землетрясениями, когда их можно объединять в группы, АЛ и Д/1 - средние значения расстояния и времени между последовательными толчками, ^ - площадь наблюдений и = Я ■ - площадь взаимного влияния землетрясений, вероятность случайного появления группы из двух и более эпицентров не превышает величины р>2 < 0.02 •

В разделе 4.1.1 приводятся результаты исследования группирования землетрясений на территории Греции.

Нами проанализировано 23000 землетрясений на территории Греции в пределах координат 19-28 в.д. и 34-42 с.ш. с М = 2 - 4 за период 1981-1993. Именно с 1981 года на территории Греции начала действовать

автоматизированная сейсмическая система ТЕЬЕШЫЕ, состоящая из более 20 сейсмических станций, позволившая регистрировать представительные землетрясения с магнитудой более 2.0 на большей части изучаемой нами территории. Именно поэтому мы отобрали данные, начиная с 1981 года.

Численные значения предельных расстояний и времени оказались

равными: оказались равны Лп <25кпХ и Тп <25 суток. Это значения

стабилизируются дм этого же района по независимым срокам сейсмических наблюдений к 3 - 5 годам. Вместе с тем при изменении площади исследований критические радиусы и время группирования между землетрясениями изменяются при тех же самых вероятностях их случайного объединения. Но и эти измененные критические радиусы и время группирования тоже стабилизируются к 5 годам независимых сроков наблюдений. Так, например, для Ионической эпицентральной зоны, где плотность эпицентров наиболее высока, а площадь меньше общей в 10 раз, критические радиусы группирования становятся равными Кп < 15кт и Тп < 10 суток. Такие изменения также

подтверждают, что критерии группирования это относительное понятия: зависящие от конкретной выборки землетрясений. Как уже отмечалось выше, при малых радиусах группирования выделяются наиболее сильно связанные между собой землетрясения, а при больших радиусах проявляются менее жесткие связи.

При заданных вероятностях группируются 65% землетрясений заданного диапазона магнитуд. Важным выводом по территории Греции является тот факт, что наибольшей степенью группирования обладают районы островной дуги (75%), а наименьшей степенью (45%) обладают слабосейсмичные зоны.

В разделе 4.1.2. рассматриваются вопросы выделения пространственно-ориентированных групп - сейсмолинеаментов

Важным доказательством связи линейного группирования эпицентров слабых землетрясений с разрывными нарушениями является тот факт, что в Южной Калифорнии слабые землетрясения с магнитудой менее 3 трассируют известные активные разломы, то есть являются индикатором тектонического крипа. Однако далеко не во всех сейсмоактивных регионах связь между слабыми землетрясениями и разломами столь хорошо выражена (по-видимому, это свойственно регионам с преобладанием чисто сдвиговых деформаций). Автором разработан новый метод анализа пространственного группирования очагов слабых землетрясений, заключающийся в выделении пространственно ориентированных групп, условно называемыми нами "сейсмолинеаментами". Эти сейсмолинеаменты выделяются с помощью описанного выше метода пространственно-временного группирования.

Существующие точности определения эпицентров слабых землетрясений - до 5 км. Из-за этого выделяемые пространственно-временные группы с удалением эпицентров друг от друга менее 5 км не будем считать линейными объектами (то есть линеаментами). При имеющихся точностях определения эпицентров такие группы являются скорее точечными чем линейными, да и погрешности в определении азимута для таких групп особенно велики.

По Ризниченко Ю.В., средний размер очаговой области для

землетрясения с магнитудой 4 это 8 км. Автор отдает себе отчет в том, что один и тот же эпицентр будет формировать более одного сейсмолинеамента являясь конечной точкой для одного сейсмолинеамента и начальной для другого. В дальнейшем мы будем оперировать только со статистическими параметрами, а не с отдельными сейсмолинеаментами. Для слабых землетрясений неправомочно брать большие (по длине более 25 км) сейсмолинеаменты, поскольку неправомочно с тектонической точки зрения группировать эпицентры, удаленные друг от друга на расстояния в несколько раз превышающие размеры их очаговых областей.

По нашему определению, сейсмолинеамент это пространственно-ориентированная группа из двух эпицентров. Сейсмолинеамент имеет начальную точку, соответствующую первому по времени группирующемуся землетрясению, и конечную, соответствующую последнему по времени группирующемуся землетрясению.

В разделе 4.2. рассмотрены методические основы сейсмолинеаментного анализа.

В разделе 4.2.1. обсуждается проблема выбора размера окон осреднения сейсмолинеаментов. Существенная информация о поле напряжений и о

реализованных хрупких деформациях заключена в ориентации сейсмолинеаментов. Эту информацию удобно представлять для визуального анализа в виде роз-диаграмм. Роза-диаграмма - это функция в полярных координатах которая характеризует степень выраженности направления

Сг, , вернее целого сектора направлений. В нашем исследовании сектор равен

22.5°. После выделения на исследуемой территории прямоугольных окон в каждом из них строится роза. В таких секторах мы суммируем длину сейсмолинеаментов, а не их количество, ввиду того, что по длине они могут различаться в 1-5 раз.

Мы использовали окна несколько размеров, однако окончательно остановились на окне размером 0.5° * 0.5°, обеспечивающем при имеющемся количестве и качестве данных необходимый компромисс между детальностью и точностью.

Большая часть (85%) имеющихся данных имеет глубину не более 15 км, с точностью определения глубины до 5 км. По этой причине наши дальнейшие реконструкции, типа построения роз-диаграмм, осей напряжений, будут носить плоский, двумерный характер.

Эмпирически найдено, что размер окна должен примерно на порядок превышать минимальный размер отдельного линеамента, то есть в нашем случае это 5 км х 10 = 50 км или иол-градуса.

В разделе 4.2.2. произведена оценка статистической значимости роз-диаграмм сейсмолинеаментов. После получения роз-диаграмм, нами проведена статистическая оценка того, насколько значимо эти розы-диаграммы отличаются от роз-диаграмм случайно-ориентированных на плоскости линеаментов. Для этого мы использовали тест Шустера, основной параметр которого равен:

А = ¿сое у/, ■

1=1

В = V/

¡=1

где хр. - угол I- го сейсмолинеамента, N - суммарная длина сейсмолинеаментов в окне. Если роза-диаграмма имеет случайный характер относительно различных направлений, то А и В распределятся вокруг среднего нулевого значения, л Ж2 подчиняется распределению % с двумя степенями свободы. Параметр р, равный

р = ехр

-К'

N

определяет уровень значимости, позволяющий отвергнуть нулевую гипотезу, что сейсмолинеаменты распределены случайно по всем направлениям. Чем меньше параметр р , тем выше вероятность отвержения нулевой гипотезы.

Применение этого статистического теста к сейсмолинеаментам показало, что 90% всех роз-диаграмм, построенных нами по сейсмолинеаментам за 19811993 годы, имеют статистически значимое отклонение от случайных, и их с вероятностью 0.95 можно принимать неслучайными, то есть детерминированными, имеющими преобладающие направления.

_-т-к-н-

2Е 17 23 24 25 36 21

Рис.1. Геотектоническая схема Рис.2. Розы-диаграммы сейсмо-Греции. Номера - геотекго- линеаментов за 1981-1993 гг.

нические зоны.

В разделе 4.2.3. произведено сравнение результатов реконструкции поля напряжений с помощью сейсмолинеаментного анализа и по механизмам очагов землетрясений на примере Средней Азии. Корреляция между роз-диаграммами полученными этими двумя способами .по одной и той же выборке оказалась равна 0.4, что является достаточно высоким значением. Подобное

сходство следует расценивать как независимую проверку метода использования сейсмолинеаментов, выделенных по слабым землетрясениям, для реконструкции поля напряжений литосферы.

В разделе 4.3. описана реконструкция поля сейсмолинеаментов территории Греции по результатам обработки каталога слабых землетрясений за 1981-1993 гг, содержащего 23000 землетрясений с магнитудой 2 - 4. С помощью специальной программы выделены пространственно-ориентированные линейные группы землетрясений,

Далее реконструировано поле напряжений. Для этого в пределах заранее определенного скользящего окна (0.5 х 0.5 градусов) автоматизирование рассчитывается роза-диаграмма, определяются два ее первых максимума, биссектриса острого угла между которыми и будет определять направление оси сжатия.

Карта сейсмолинеаментов содержит более 10000 сейсмолинеаментов. Для сейсмолинеаментов в пределах окон 0.5 на 0.5 построены стандартизированные розы-диаграммы. Общая картина расположения результирующих векторов роз-диаграмм для территории Греции достаточно хаотична, то есть встречаются самые разнообразные направления, однако во внешней зоне, практически все векторы перпендикулярны границе литосферных плит и направлены в сторону внутренней зоны (континентальной Греции). С точки зрения группирования это означает, что раньше происходит землетрясение ближе к Средиземному морю, а уже потом происходит землетрясение ближе к внутренней зоне Греции.

После получения роз-диаграмм можно рассчитывать ориентацию осей сжатия и напряжения в горизонтальной плоскости. Напомним, что по Гзовскому, предложившиму в 1954 году графический метод восстановления ориентировки осей напряжения по сопряженным сколовым трещинам, биссектриса острого угла между двумя первыми максимумами розы-диаграммы сейсмолинеаментов и определит направление оси сжатия. На рис. 3 показана ориентация осей сжатия в горизонтальной плоскости для территории Греции за 1981-1993 гг. Характерная особенность ориентации осей сжатия в том, что они в большой степени следуют простираниям крупнейших тектонических структур региона, особенно в северозападной его части, так на побережье Ионического моря от южного Пелопонеса до Албании (тектонические зоны Паксос, Ионическая, Гаврово и Пиндос) оси сжатия ориентированы параллельно береговой линии и соответственно границе литосферных плит. На южной части Эллинической островной дуги, от западной части Крита до острова Родос, наоборот, оси сжатия перпендикулярны границе литосферных плит. Поле напряжений внутренней части региона характеризуется мозаичным строением с различными ориентировками осей сжатия, однако все же преобладает северо-западное простирание (особенно в тектонических зонах Пелагонийской, Аксиос и Родопской кольцевой).

На рис. 4 показана ориентация осей растяжения для территории Греции за это же время. На побережье Ионического моря от южного Пелопонеса до Албании (тектонические зоны Паксос, Ионическая, Гаврово и Пиндос) оси растяжения ориентированы перпендикулярно береговой линии и соответственно границе литосферных плит. На южной части Эллинической островной дуги, от западной части Крита до острова Родос, наоборот, оси растяжения параллельны границе литосферных плит. Поле напряжений внутренней части региона характеризуется мозаичным строением с различными ориентировками осей растяжения, однако все же преобладает северо-восточное простирание (особенно в тектонических зонах Пелагонийской, Аксиос и Родопской кольцевой).

Первые результаты анализа свидетельствуют о том что полученное поле напряжений в самых общих чертах согласуется с известными данными, полученными по анализу механизмов сильных землетрясений.

19 го 21

2г 23 24 25 26 27

Рис. 3. Ориентация осей сжатия на территории Греции за 1981-1993 гг.

Рис. 4. Ориентация осей растяжения на территории Греции за 1981-1993 гг.

Данные, полученные по механизмам сильных землетрясений настолько немногочисленны, что их невозможно отобразить в виде сглаженного поля. В то же время, картина ориентации осей сжатия и растяжения, полученная нами для внешней (куда входят тектонические зоны Паксос, Ионическая, Гаврово) и внутренней зоны (в которую входят тектонические зоны Парнасская, Пелагонийская, Аксиос, Родопская кольцевая и все массивы) является более подробной и позволяет выделить отдельные блоки, внутри которых ориентация осей напряжения достаточно однородна.

В разделе 4.4. рассматриваются возможности сейсмолинеаментного метода для мониторинга напряженно-деформированного состояния литосферы. Рассмотрим два равных временных интервала: первый 1981-1987 и второй 19883993 гг. Эти два интервала содержат примерно равное количество слабых землетрясений и выделенных сейсмолинеаментов, что обеспечивает равную статистическую значимость последующим расчетам. Для этих интервалов рассчитаны роз-диаграммы 'сейсмолинеаментов и рассчитана площадная корреляция между ними из анализа которой оказалось, что области положительной корреляции значительно превышают по площади области с отрицательной. Высокие значимые положительные значения корреляции наблюдаются в западной части региона - от полуострова Пелопонесс до северной Албании (тектонические зоны Ионическая и Паксос); в юго-восточной части Эллинской островной дуги (к востоку от о. Крит) и в восточной - Фракии. Значимая отрицательная корреляция наблюдается в высокосейсмичном участке островной дуги от южного Пелопонесса до западного Крита; на большей части юго-западной Турции; в северной части Эгейского моря (южная часть тектонической зоны Аксиос) и б северной Македонии (северная часть зоны Аксиос). Рассмотрена возможность применения сейсмолинеаментного метода для целей мониторинга напряженного состояния литосферы.

В глава 5 "Изучение напряженно ■ деформированного состояния литосферы Греции па основании связи сейсмичности с земным приливом" рассмотрена возможность оценки полей напряжения по приливному триггерному эффекту.

В резделе 5.1. рассмотрена методика изучения поля напряжений литосферы по корреляции сейсмичности и земных приливов.

В разделе 5.1.1." приводятся статистические оценки приливного триггерного эффекта на территории Греции.

В разделе 5.2. приводятся результаты оценки современного поля напряжений территории Греции, полученные с помощью приливного метода. Рассчитаны значения коэффициента Лодэ-Надаи, характеризующие общее напряженное состояние литосферы.

Показано заметное преобладание напряжений растяжения во внутренней части территории Греции в 1981-1993 годы. Напряжения сжатия преобладают прежде всего вдоль границы литосферных плит. Полученная по приливному методу картина преобладающих напряжений земной коры, несмотря на сходство в главных чертах с данными других методов, имеет большую подробность и детальность.

Проведейа корреляция карг значений коэффициента Лодэ-Надаи за 19811987 и 1988-1993 годы. Общая корреляция равна 0.26, что подтверждает временную устойчивость поля напряжений, рассчитываемую приливным методом. Подробно рассмотрены изменения поля напряжения территории Греции за эти годы.

Приливный метод анализа напряженного состояния литосферы дополняет сейсмолинеаментный метод, который в свою очередь, больше выявляет хрупкие деформации при сейсмогенезе.

В главе 6 "Современная геодинамика территории Греции" рассматриваются вопросы современной геодинамики и региональной тектоники территории Греции с позиций новых, полученных в диссертационной работе данных. Современная геодинамика литосферы территории Греции, обусловлена:

положением во фронтальной части коллизионной зоны в результате взаимодействия Африканской плиты и Евразийской;

наличием глубокофокусной зоны с землетрясениями на глубинах до 200

км;

глубинным строением земной коры и верхней мантии.

Земная кора региона Греции имеет слоисто-блоковое строение. Верхняя хрупко-жесткая ее часть (до 15 км) характеризуется сложным концентрически-мозаичным строением. Иерархические блоки различного состава и возраста складчатости разделены сбросами, сдвигами и надвигами.

Анализ векторов скольжения горных масс показывает, что наблюдается мозаичная, но не хаотичная картина движения блоков земной коры. Направления векторов упорядочены и отражают, вероятно, движения микроплит литосферы, обусловленные столкновением глобальных Индоевропейской и Африканской плит.

По результатам приливного и сейсмолинеаментного анализа слабой сейсмичности составлена обобщенная геодинамическая схема региона, на которой хорошо видны генеральные простирания осей сжатия - меридиональные и осей растяжения - широтные.

Внешняя зона (к югу от границы литосферных плит) и внутренняя зона заметно различаются по степени напряженно-деформированного состояния. Наиболее сложные деформации (растяжение, надвиги, сбросы) выявлены во внутренней зоне. Во внешней зоне в основном преобладают сдвиги. Зона растяжения в центральной части региона носит региональный характер и подтверждается также различными инструментальными методами.

В заключении приведены основные результаты, которые сводятся к следующему:

1. Показана возможность и эффективность использования сейсмолинеаментного подхода для анализа современного поля тектонических

■ напряжений и деформаций. Этот подход позволяет подойти к решению генетических вопросов тектоники и практических задач.

2. Разработан и использован комплекс методов, позволяющий исследовать региональное поле напряжений на основе анализа слабой сейсмичности. Их можно подразделить на следующие методы:

а) определение параметров группирования слабых землетрясений и выделение на основе этих параметров пространственно-временных линейных групп землетрясений, названных нами сейсмолинеаментами;

б) сейсмолинеаментный анализ, заключающийся в построение роз-диаграмм сейсмолинеаментов, результирующих векторов роз-диаграмм и их векторных полей в региональном масштабе; построение карт хаотичности роз-диаграмм сейсмолинеаментов;

в) расчет региональных полей напряжений на основе анализа роз-диаграмм сейсмолинеаментов; построение карт осей сжатия и растяжения;

г) определение общего напряженного состояния регионального поля напряжений, определяемого коэффициентом Лодэ-Надаи, по корреляции слабых землетрясений и тензора приливных напряжений;

3. Установлены и впервые описаны:

пространственно-временное группирование слабых землетрясений Греции;

хаотичность поля сейсмолинеаментов;

региональное поле современных напряжений Греции;

дискретность организации современного поля напряжений Греции;

временная изменчивость современного регионального поля напряжений Греции;

значительная роль современных горизонтальных движений земной коры, показан сложный характер движения горных масс, имеющий как ламинарные, так и турбулентные участки, источники и области стока.

Публикации по теме диссертации

Varutschenko S.S. Seismotectonic deformation in the eastern mediterranean. Abstracts of XX General Assembly of European Geophysical Society. Hamburg, Germany, 1995.

Varutschenko S.S., Nikolaev V.A. Seismolineament analysis and stress field reconstruction in Greece. European Geoph. Soc. Annales Geophysicae. 1993. Part 1. P.52.

V.A.Nikolaev, S.S.Varutschenko. Stress field of fault zones inferred from triggering effect. European Geoph. Soc. Annales Geophysicae. 1994. Part 1. p.51.

Nikolaev V.A., Varutschenko S.S. Reconstruction of the stress field in the area of Greece using seismolineament analysis. Abstracts of 2nd Congress Hellenic Geophysical Union. Fiorina, 1993, p.9?-98.

Варущенко C.C., Конешов B.H., Туманов А.И. Рифтовые структуры северо-восточной части Черного моря. В сб. Структурно-геоморфологические исследования проявлений сейсмичности. Москва, 1987. с. 210-220.

Николаев В.А., Варущенко С.С., Автоматизированный сейсмолинеаментный анализ и определение поля напряжений в земной коре Таджикистана. ДАН, 1992 т. 322 №2. с. 351-355.