Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Пространственно-временная структура и поле тектонических напряжений афтершоковой области Чуйского землетрясения 2003 г.

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная структура и поле тектонических напряжений афтершоковой области Чуйского землетрясения 2003 г."

На правах рукописи

ЛЕСКОВА Екатерина Викторовна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА И ПОЛЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ АФТЕРШОКОВОЙ ОБЛАСТИ ЧУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 2003 г. (по данным мониторинга 2003-2012 гг.)

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК 2013

005539654

005539654

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук (ИНГГ СО РАН) и Алтае-Саянском филиале Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геофизической службы Сибирского отделения Российской академии наук (АСФ ГС СО РАН).

Научный руководитель:

доктор технических наук Бманов Александр Федорович

Официальные оппоненты:

Ребецкий Юрий Леонидович, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией тектонофизики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН);

Тимофеев Владимир Юрьевич, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физических проблем геофизики ИНГГ СО РАН

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук (ИЗК СО РАН), г. Иркутск

Защита состоится 20 августа 2013 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д003.068.03 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, в конференц-зале.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 630090, г. Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3; факс: 8 (383) 333-25-13; e-mail: NevedrovaNN@ipgg.sbras.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН.

Автореферат разослан 18 июля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.-м.н., доцент

H.H. Неведрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования является афтершоковая область Чуйского землетрясения (Горный Алтай, 27.09.2003 г., Мз = 7.3) на предмет определения пространственно-временной структуры и особенностей поля тектонических напряжений в Чуйско-Курайской зоне.

Актуальность. Несмотря на то, что исследования структуры сейсмичности и напряженного состояния земной коры очаговых областей сильных землетрясений и высокосейсмичных регионов России берут начало со времен первых инструментальных наблюдений (с 40-х годов прошлого столетия) и изучены на высоком уровне известными учеными, однако только в последнее десятилетие с появлением высокоточной цифровой регистрирующей аппаратуры и развитием математических методов и современных комплексов программ цифровой обработки сейсмологических данных появилась реальная возможность получить сведения о геометрии и сегментации сейсмогенных областей, полях напряжений и деформаций на качественно новом уровне.

Исследования очаговых областей сильных землетрясений Алтае-Саянской области, несомненно, внесли ценный вклад в знания о строении, особенностях распространения и развития сейсмичности, но из-за редкой сети станций в регионе и сложности в проведении полевых наблюдений с временными станциями по причине труднодоступное™ мест очагов событий до начала 2000-х годов эпицентральные зоны изучены недостаточно детально.

Чуйское землетрясение 2003 г., сильнейшее в Алтае-Саянской горной области за полувековой период инструментальных наблюдений, и два повторных сильных события, произошедшие через несколько часов и дней, оказали весьма ощутимое сейсмическое воздействие на города юга Западной Сибири (Барнаул, Кемерово, Красноярск, Новосибирск, Томск и др.). Исследование этого землетрясения и его афтершокового процесса актуально для уточнения представлений о сейсмической опасности территории Алтае-Саянской горной области и прилегающих территорий, и особенно важно в связи с развитием в последнее десятилетие Горного Алтая как туристического края и здравницы всероссийского масштаба, поскольку строительство новых туристических комплексов, лыжных и спортивных баз, которое непременно будет сопровождаться строительством промышленных и гражданских объектов, ГЭС, ТЭЦ, современных высокоскоростных дорог, туннелей и мостов, без уточнения региональных особенностей в сейсмическом районировании и оценки возможного риска от землетрясений экономически невыгодно и потенциально опасно (возможны человеческие жертвы, разрушениями и т.д.).

Планируемое строительство целого каскада ГЭС на реках Алтая, в том числе в эпицентральной области исследуемого землетрясения, может вызвать

развитие техногенной сейсмичности в добавление к сильной природной. В этих условиях становится крайне актуальной информация об особенностях протекания сейсмического процесса непосредственно в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая.

Цель исследования - существенно повысить знание о явлении разрушения горных пород под воздействием тектонических напряжений в условиях активизированного состояния (афтершоковый процесс).

Научные задачи:

1. По данным многолетнего мониторинга 2003-2012 гг. и последовательным применением к ним современных средств локации сейсмических событий (HYPOINVERSE-2000 и метод двойных разностей) определить структуру афтершоковой области Чуйского землетрясения 2003 г. и ее изменение во времени.

2. На основе данных о механизмах очагов афтершоков Чуйского землетрясения 2003 г. с использованием метода катакластического анализа реконструировать поле тектонических напряжений земной коры Чуйско-Курайской зоны с учетом энергетических, пространственных и временных характеристик событий и структуры сейсмичности.

Фактический материал, методы исследования.

Теоретической основой решения поставленных задач являются фундаментальные разработки известных сейсмологов, таких как Ю.В. Ризниченко, Н.В. Шебалин, М.В. Гзовский, О.И. Гущенко, Д.Н. Осокина, а также работы С.С. Арефьева, Ю.Л. Ребецкого, А.Ф. Еманова и др.

Фактической основой являются данные мониторинга 2003-2012 гг. в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая сейсмическими станциями Алтае-Саянской региональной сети, Алтайского сейсмологического полигона и особенно плотных сетей эпицентральных наблюдений на базе высокоточного цифрового оборудования, проводимого совместно Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН и Алтае-Саянским филиалом Геофизической службы СО РАН.

Определение положения гипоцентров землетрясений и их механизмов очагов осуществлялось с использованием современных программных комплексов и методов цифровой обработки данных, признанных мировым научным сообществом, таких как:

- пакет программ HYPOINVERSE-2000 [Klein, 2002] для локации событий в рамках многослойной скоростной модели,

- метод двойных разностей [Waldhauser and Ellsworth, 2000] для уточнения положения гипоцентров землетрясений,

- пакет программ FPFIT [Reasenberg and Oppenheimer, 1985] для расчета и отображения фокальных механизмов.

Восстановление поля тектонических напряжений земной коры осуществлялось методом катакластического анализа [Ребецкий, 1999, 2001, 2007], являющимся одним из передовых в мире среди методов реконструкции напряженного состояния по сейсмологическим данным.

Математические расчеты, такие как значение плотности распределения афтершоков и суммарной сейсмической энергии, проводились с помощью пакета программ MatLab.

В работе широко используются возможности современных геоинформационных систем, таких как Arc VIEW и ArcGIS, и высокоточные цифровые модели рельефа на основе радарной топографической съемки SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) с пространственным разрешением 3x3 " (http ://srtm. csi. cgiar. org).

Защищаемые научные результаты:

1. Блоковое строение эпицентральной зоны определяет пространственную структуру афтершоков. Крупные блоки: Чуйская впадина, Чаган-Узунский блок, два блока Курайской впадины определяют появление четырех элементов первого уровня, а более мелкие блоки увязываются с поэлементными особенностями афтершокового процесса второго уровня.

2. Вдоль магистральной подвижки, сформировавшейся при главном толчке Чуйского землетрясения, сейсмический процесс развивается прерывисто: существуют участки магистральной подвижки, в пределах которых основной разрыв и афтершоковая активность совпадают, и участки без афтершоков; а также обнаружены структуры ответвлений, уходящие в стороны.

3. По данным эпицентрального мониторинга 2003-2009 гг. установлено, что по проявлению в структуре сейсмичности два элемента первого уровня (на северо-западе Курайской впадины и Чаган-Узунский блок) стабильны в пространстве и времени, а два других (на северо-западной и юго-восточной границах Чаган-Узунского блока) со временем меняются, кратковременно активизируясь.

4. На основе данных о механизмах очагов 545 землетрясений в Чуйско-Курайской зоне за период 2003-2012 гг. установлена зависимость поля тектонических напряжений от энергии событий: поле, реконструируемое по афтершокам с 5.3 > Ms > 3.8, однородно по геодинамическому режиму (горизонтальный сдвиг) с преобладающей субмеридиональной тенденцией в направлении осей сжатия и субширотной - растяжения; по землетрясениям с 3.7 > Ms > 1.0 свойства поля зависят от временных и пространственных диапазонов данных осреднения: на фоне доминирующего геодинамического

режима горизонтального сдвига формируются режимы сжатия, сжатия со сдвигом и растяжения.

Новизна работы. Личный вклад.

1. На основе обработки данных сейсмологического мониторинга 20032012 гг. в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая плотными сетями сейсмических станций с помощью программы НУР01ЫУЕЯ8Е-2000 рассчитаны положения гипоцентров более 48 тысяч событий, систематизированных в сводный каталог землетрясений.

2. По плотности распределения гипоцентров более 20 тысяч землетрясений с точностью определения по координатам и глубине менее 2 км и ЯМЗ < 0.3 сек. выявлены четыре элемента структуры афтершоковой области, соотносящихся с крупными тектоническими блоками.

3. По результатам переопределения гипоцентров 17 тысяч событий, уточненных методом двойных разностей, выявлена тонкая структура афтершоковой области, состоящая из более десятка подэлементов.

4. В результате сопоставления структуры афтершоковой области с тектоническим строением Чуйско-Курайской зоны выделены:

- участки магистрального разлома, в пределах которых афтершоковый процесс совпадает с подэлементами структуры, и участки с пониженным уровнем сейсмической активности, являющиеся зонами пересечения магистрального разлома тектоническими нарушениями,

- ответвления и подэлементы, отстоящие от основной афтершоковой области до нескольких километров в сторону горных хребтов;

5. По знакам первых вступлений с помощью программы БРЕГТ рассчитаны механизмы очагов 545 землетрясений в Чуйско-Курайской зоне в период 2003-2012 гг. в диапазоне магнитуд 7.3 > Мя > -0.9.

6. На основе параметров рассчитанных механизмов очагов с использованием метода катакластического анализа реконструировано поле тектонических напряжений афтершоковой области в зависимости от энергии событий.

7. По результатам реконструкции рассчитаны параметры поля напряжений для двух уровней:

- субрегионального (по событиям с 5.3 > Мб > 3.8), характеризующегося режимом горизонтального сдвига с близгоризонтальными осями сжатия аЗ, ориентированными преимущественно субмеридионально;

- локального (по землетрясениям с 3.7 > Мб > 1.0), изменяющегося в соответствии с блоковой структурой: на фоне доминирующего режима горизонтального сдвига отмечаются зоны с режимом горизонтального сжатия и сжатия с горизонтальным сдвигом на

северо-западной и юго-восточной границах Чаган-Узунского блока;

8. По результатам реконструкции поля тектонических напряжений

локального уровня для разных глубинных и временных интервалов

определено, что оно:

— стабильно до глубин 10 км, глубже проявляется изменение в виде формирования новой зоны с геодинамическим режимом типа горизонтального сжатия и горизонтального сжатия со сдвигом вблизи границы Северо-Чуйского хребта и Чаган-Узунского блока и с исчезновением таковой в северо-западной части Южно-Чуйского хребта;

- наиболее неоднородно в 2003 г. в начале афтершокового процесса (выявлены зоны с режимом горизонтального сдвига, сжатия и растяжения), а со временем наблюдается его выравнивание до режима, характерного для регионального и субрегионального уровней, - горизонтального сдвига.

Практическая значимость результатов. Выявленные особенности пространственной структуры и поля тектонических напряжений афтершоковой области сильного Чуйского землетрясения 2003 г. на разных масштабных уровнях, таких как уход афтершокового процесса от магистрального разрыва в сторону, пониженный уровень сейсмической активности в зонах пересечения магистрального разрыва тектоническими нарушениями, появление сейсмогенных зон, пространственно не связанных с основной областью распространения афтершоков и иерархичность поля тектонических напряжений, являются новыми данными, которые необходимо использовать для развития фундаментальных представлений в области физики очага землетрясений, а также для построения геодинамических моделей, обосновывающих тектонические внутриплитные процессы.

Рассчитанные параметры гипоцентров более 48 тысяч землетрясений в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая в 2003-2012 гг., систематизированные в сводный каталог и уточненные методом двойных разностей, являются уникальными по точности и длительности наблюдений данными и могут быть успешно использованы в своих работах как учеными при верификации и сопоставлении с другими геолого-геофизическими данными для этого района, так и экспертами при принятии решений о капитальном строительстве промышленных и гражданских объектов и при определении устойчивости техногенных сооружений в связи с сейсмическим риском на территории Горного Алтая и Алтайского края.

Апробация. Результаты работы докладывались и получили одобрение специалистами на восьми международных (Боровое, Казахстан, 2004, 2006, 2008; Бишкек, Кыргызстан, 2005; Улан-Батор, Монголия, 2007; Херсонес, Греция, 2008; Цукуба, Япония, 2008; Москва, 2012), девяти региональных и

всероссийских (Новосибирск, 2005, 2006, 2007, 2008; Горно-Алтайск, 2006; Сочи, 2007; пос. Черный Ануй, Республика Горный Алтай, 2008, 2012; Москва, 2012) семинарах, конференциях и симпозиумах; а также на студенческих и молодежных конференциях и школах молодых ученых (Новосибирск, 2004, 2005, 2008; Пермь, 2005, 2007; Москва, 2011) и международных учебных курсах по сейсмологии (Бишкек, Кыргызстан, 2006; Куала-Лумпур, Малайзия, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликована 61 работа, из которых 1 глава в монографии, 9 статей в журналах из Перечня ВАК, 13 - в ведущих отечественных и зарубежных изданиях и тематических сборниках, 15 — в материалах конференций, а также 23 тезиса докладов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 180 наименований. Полный объем диссертации 154 страницы, включая 47 рисунков и 5 таблиц.

Благодарности. Автор глубоко благодарен доктору технических наук Александру Федоровичу Еманову, чье научное руководство привело к пониманию сути решаемой задачи, способствовало быстрому освоению методов исследования и программных средств и, в конечном счете, сформировало меня как специалиста.

Автор благодарен всему коллективу ГС СО РАН и АСФ ГС СО РАН за всестороннюю поддержку на всех этапах исследования, в частности д.г.-м.н. B.C. Селезневу, к.г.-м.н. В.М. Соловьеву, A.B. Фатееву, и особенно к.г.-м.н. A.A. Еманову, соратнику и соавтору цикла работ по сейсмичности Алтае-Саянского региона, за неоценимую помощь в освоении новых методов и разработок в современной сейсмологии, а также специалистам группы обработки сейсмологических данных во главе с А.Г. Филиной и В.Г. Подкорытовой, под чьим чутким руководством был получен первый практический опыт работы с данными.

Автор благодарен заведующему лабораторией ИНГГ СО РАН д.т.н. Ю.И. Колесникову, в стенах которой проводилось исследование, специалистам института д.ф.-м.н. В.Ю. Тимофееву, д.г.-м.н. Б.П. Сибирякову, д.г.-м.н. В.Д. Суворову, к.г.-м.н. П.Г. Дядькову, к.ф.-м.н. O.A. Кучай за плодотворные обсуждения работы.

Автор выражает особую признательность сотрудникам лаборатории тектонофизики ИФЗ РАН д.г.-м.н. JI.A. Сим, к.т.н. A.B. Михайловой, к.г.-м.н. А.Н. Маринину за внимание к работе, оказанное во время каждого приезда, и отдельно глубоко благодарит заведующего лабораторией д.ф.-м.н. Ю.Л. Ребецкого, оказавшего значительное влияние на формирование научного кругозора соискателя в области тектонофизики.

Автор выражает искреннюю признательность В.И. Самойловой за поддержку, помощь и методические рекомендации во время подготовки текста диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определен объект, поставлены цель и задачи исследования, сформулированы основные научные результаты, показана их новизна и личный вклад диссертанта, определены теоретическая и практическая значимости.

В первой главе дается обзор методов исследования афтершоковых последовательностей на предмет выявления структуры и поля тектонических напряжений и показано высокое значение эпицентральных наблюдений в решении этих задач в российской сейсмологии. В главе также представлены результаты исследований сейсмичности и восстановления напряженного состояния земной коры Алтае-Саянского региона и Чуйско-Курайской зоны другими исследователями.

Вторая глава посвящена определению пространственной структуры афтершоковой области Чуйского землетрясения 2003 г. и ее изменению во времени по данным сейсмологического мониторинга в Чуйско-Курайской зоне 2003-2009 гг. [12, 14].

Начальные положения эпицентров и значение энергетического класса получены в рамках однослойной скоростной модели [Жалковский и др., 1965] с использованием программы FUNSNEW, разработанной в Алтае-Саянском филиале Геофизической службы СО РАН для региональных событий [2]. Расчет гипоцентров землетрясений [3, 11] выполнен уже с введением слоистой скоростной модели [Соловьев и др., 2003] с использованием пакета программ HYPOINVERSE-2000 [Klein, 2002]. Составленный по результатам обработки данных каталог афтершоков Чуйского землетрясения за период 2003-2012 гг. содержит ключевые параметры (дата, время в очаге, координаты эпицентра, глубина, энергетический класс и оценки точности их определения) более 48 тысяч событий с высокой точностью определения их положения: ошибка локации не превышает 2 км по координатам (ERH) для более 80% зарегистрированных событий, по глубине (ERZ) — 45%, среднеквадратическая невязка по времени RMS < 0.3 с - 90% (рис. 1).

Рис. 1. Точность определения параметров гипоцентров землетрясений Чуйско-

Курайской зоны в 2003-2012 гг. с помощью программы HYPOINVERSE-2000: ERH -по координатам, ERZ - по глубине, RMS

среднеквадратичная невязка по времени.

ERH

ERZ

RMS

60 50 40 30 20 10 -0 .

0 2 4 6 8 10>10 ERH. км

25 20 15 10 5

О .

Jib

60 50 40

30 20 10

hm 25% о .

Lib

4 6 8 10 fix 0 0.3 0.6 0.9 ERZ. км RMS, с

Очевидно, что для выявления структуры сейсмичности гораздо важнее данных о полноте и представительности каталога иметь сведения о наиболее точно лоцированных гипоцентрах землетрясений. Поэтому для определения структуры афтершоковой области Чуйского землетрясения 2003 г. из каталога были отобраны события с высокой степенью точности их параметров: ERH и ERZ < 2 км и RMS < 0.3 с (более 20 тысяч). На картах эпицентров (рис. 2а) и плотности их распределения, рассчитанной в узлах сетки 2x2 км с шагом 1 км (рис. 26), построенных на основе

Землетрясения ^ ^ ^ 14 о 13 о 12 -<12 Чнело

1 20 40 60 80 100

землетрясении: I

/ III - элементы структуры и их границы \ - блокораздельные разломы по И.С. Новикову [81

Рис. 2. Распределение землетрясений с ERH, ERZ < 2 км и RMS < 0.3 секунды в Чуйско-Курайской зоне в 2003-2009 гг.: о) положение эпицентров; б) плотность их распределения; в) разрез по глубине вдоль активизации по линии А-Б; г) плотность распределения гипоцентров по глубине. АХ - Айгулакский хребет; СКВ и ЮКВ - северная и южная части Курайской впадины, ЧУБ - Чаган-Узунский блок, ЧВ - Чуйская впадина.

параметров отобранных афтершоков, видны четыре элемента структуры афтершоковой области (обозначены римскими цифрами), границы которых соотносятся с границами крупных тектонических блоков: Чаган-Узунского блока с Курайской впадиной на северо-западе и Чуйской - на юго-востоке и Центрально-Курайской грядой, делящей Курайскую впадину на две части: северо-западную приподнятую и юго-восточную опущенную [13, 15, 18]. При этом, как показал пространственно-временной анализ распространения афтершоков, три элемента (II, III и IV) сформировались после главного толчка (27 сентября 2003 г. в 11 ч 33 мин (UTC) с Ms = 7.3), а один (I) на северо-западном окончании активизации инициирован повторным сильным событием 1 октября 2003 г. в 01 ч 03 мин (UTC) с Ms = 6.7 (рис. За, б) [1, 4, 5, 9].

Представительные на уровне второго энергетического класса данные мониторинга временными сетями станций в Чуйско-Курайской зоне 2003-2009 гг. в виде нормированной на общее количество событий плотности распределения землетрясений в узлах сетки 2x2 км (рис. 3) позволяют говорить об изменении во времени характера распределения сейсмичности в афтершоковой области, но в пределах выделенных элементов сейсмогенной структуры. При этом по проявлению в структуре сейсмичности два элемента стабильны в пространстве и времени в виде линейной зоны (I) и двух подэлементов (III), а два других (II и IV) со временем меняются, кратковременно активизируясь [15].

8?°30' 88е 88°30' 87"30' 88° 88°30' 87°30' 88' 88°30' 87°30' 88° 88"30' Нормированная плотность распределения .тищциС ГЩИ '\\ ~ элементы структуры

эпицентров землетрясений, %: 0.10.5 I ¡.; 2 2.5 >3 ' и их границы

Рис. 3. Изменение афтершоковой структуры в 2003-2009 гг.

Для дальнейшего уточнения положения гипоцентров использовался метод двойных разностей (double-difference method) [Waldhauser and Ellsworth, 2000], который позволяет для пары землетрясений (/, j), зарегистрированных на общей станции к, переопределять их взаимное

г -obs

положение, минимизируя невязки между наблюденными t и

рассчитанными tca' (в рамках заданной скоростной модели) разностями времен пробега волн, итеративно подгоняя векторную разницу между гипоцентрами:

dr! ={t[-tirbs-{t[-tlr'. (1)

Имея большое количество совместных наблюдений пар землетрясений на общих станциях, с помощью этого метода значительно уточняются положения гипоцентров относительно друг друга, высвечивая более тонкую структуру сейсмичности. В применении к афтершокам Чуйского землетрясения были заданы жесткие начальные условия: использовались данные только о тех землетрясениях, которые расположены не далее чем в 5 км друг от друга и имеют не менее 10 совместных наблюдений на станциях, находящихся менее чем в 200 км от события. Таким образом были переопределены положения 17405 гипоцентров - около трети от общего числа (48338 землетрясения) в начальном каталоге.

По положению переопределенных гипоцентров землетрясений выявлены более тонкие структурные особенности афтершоковой области. На карте плотности распределения эпицентров в узлах сетки 1x1 км с шагом 100 м (рис. 4) видно, что вдоль магистральной подвижки при главном толчке Чуйского землетрясения афтершоки распространяются неравномерно: отмечаются участки с пониженным уровнем афтершоковой активности, ответвления от основного направления распространения подвижки и группы землетрясений, отстоящие от основной области афтершоков до нескольких километров в Северо-Чуйском и Южно-Чуйском хребтах [15].

Поскольку известная схема блокораздельных разломов [8] не достаточно детальна для сопоставления структуры афтершоковой области на уровне подэлементов, для этого использовалась схема рек (рис. 4), исходя из предположения, что речная система трассирует тектонические нарушения в земной коре. На рисунке хорошо видно, что сейсмическая активность снижается на участках пересечения магистрального разлома субперпендикулярными к нему тектоническими нарушениями. Во время афтершокового процесса главным образом происходит разрушение целиковых зон.

87°ЗП'

Изолинии плотности землетрясений

2

10

- 20

- 30

- 40

- 50

- 60

- 70

- 90

- 100

—— ПО

120

130

140

----- 150

- 1»

- 170

- 180

\Сейсмо-дислокации

\ Разломы \ Реки

Рис. 4. Плотность распределения эпицентров, переопределенных методом двойных разностей, в сопоставлении с сейсмодислокациями [Рогожин и др., 2009], блокораздельными разломами (по И.С. Новикову [8]) и речной сетью.

Третья глава посвящена реконструкции поля тектонических напряжений афтершоковой области по параметрам механизмов очагов 545 землетрясений, произошедших в Чуйско-Курайской зоне в 2003-2012 гг., методом катакластического анализа [Ребецкий, 1999, 2001, 2007].

Для расчетов фокальных механизмов использовались результаты обработки данных, полученные при локации землетрясений программой HYPOINVERSE-2000 [Klein, 2002], то есть параметры гипоцентров, азимуты и углы выхода луча из очага для каждого наблюдения рассчитывались в рамках многослойной скоростной модели [Соловьев и др., 2003]. Определение основных параметров механизмов очагов землетрясений, таких как положение двух нодальных плоскостей и осей напряжений, выполнены по знакам первых вступлений на станциях региональной сети и временных сетей с использованием программы FPFIT [Reasenberg and Oppenheimer, 1985]. Использование данных эпицентральных наблюдений позволило рассчитать механизмы очагов землетрясений в Чуйско-Курайской зоне даже для слабых событий [6, 7,

16, 17]. Большой разброс значений по энергии используемых землетрясений (7.3 > Мб > -0.9) и высокая плотность их распределения вдоль афтершоковой области дают возможность рассчитать поле тектонических напряжений в Чуйско-Курайской зоне на нескольких масштабных уровнях.

Поскольку в методе катакластического анализа при выполнении тектонофизической реконструкции по сейсмологическим данным при создании выборок землетрясений учитывается размер их области упругой разгрузки [Ребецкий, 1999, 2001, 2007], которая возрастает в степенной зависимости от величины магнитуды землетрясения и рассчитывается по формуле:

Яи =аЬ = а\0'ош-уя) (2)

ие

(где а - коэффициент, который может принимать значения от 2 до 5 и более для различных регионов [Осокина, Фридман, 1987], Ь — длина разлома в очаге [Касахара, 1985], М - магнитуда землетрясения), то при определении принадлежности событий одному масштабному уровню необходимо в первую очередь выявление верхнего предела по энергии вхождения события в выборку.

Для выделения иерархических уровней поля напряжений были проведены расчеты параметров тензоров напряжений для нескольких наборов диапазонов магнитуд. В первую очередь находился верхний предел по магнитуде стабильного поведения параметров поля напряжений. Нижний предел при этом подбирался с учетом линейного размера одного масштабного уровня, составляющего 1.5—2 порядка [Ребецкий, 2009] или Ъ-А единицы в магнитудном эквиваленте.

По результатам расчетов были выделены два интервала стабильного поведения параметров поля напряжений: 5.3 > Мз > 3.8 и 3.7 > Мб > 1.0, соответствующих, согласно тектонофизической классификации по Ю.Л. Ребецкому и Д.Н. Осокиной [Ребецкий, 2009], субрегиональному и локальному уровням [10, 19, 20].

Расчет поля тектонических напряжений на субрегиональном уровне по параметрам механизмов очагов 80 афтершоков с 5.3 > Мб > 3.8 указывает на практически неизменный на протяжении всей зоны геодинамический режим горизонтального сдвига (рис. 5а) с близгоризонтальными осями максимального девиаторного сжатия оЗ, ориентированными преимущественно субмеридионально. Расчет локального поля напряжений для этой же области по механизмам очагов 426 землетрясений с 3.7 > Мэ > 1.0 позволяет говорить об его изменении в соответствии с блоковой структурой: на фоне доминирующего режима горизонтального сдвига и субмеридиональной ориентации близгоризонтальных осей максимального девиаторного

87°30' 88° 88°30' 87°30' 88° 88°30' Геодинамическнн

режим

Горизонтальное и растяжение Горизонтальное растяжение со сдвигом Горизонтальный сдвиг

Горизонтальное сжатие со сдвигом и Горизонтальное сжатие

Вертикальный в сдвиг (поддвиг) Разломы по И.С. Новикову [81

Рис. 5. Геодинамический режим поля тектонических напряжений в Чуйско-Курайской зоне для субрегионального (а) и локального (б) уровней.

сжатия оЗ отмечаются зоны с режимом горизонтального сжатия и сжатия с горизонтальным сдвигом на северо-западной и юго-восточной границах Чаган-Узунского блока (рис. 56).

Диапазон исходного сейсмологического материала и его высокое качество позволили с высокой степенью достоверности определить изменение локального поля тектонических напряжений с глубиной и во времени. Расчеты показали, что напряженное состояние стабильно до глубины 10 км, а глубже начинает формироваться новая зона с геодинамическим режимом типа горизонтального сжатия и горизонтального сжатия со сдвигом — вблизи границы Северо-Чуйского хребта и Чаган-Узунского блока и исчезновении таковой в северозападной части Южно-Чуйского хребта.

37*30' 88п 87"30' 88" 87"30* 38"

Рис. 6. Геодинамический режим поля тектонических напряжений в Чуйско-Курайской зоне локального уровня для разных диапазонов времени. Условные обозначения см. к рис. 5.

Локальное поле напряжений также изменчиво во времени: по геодинамическому режиму оно наиболее неоднородно в 2003 г. в начале афтершокового процесса, а со временем, начиная с 2006 г., наблюдается его выравнивание до режима, характерного для регионального и субрегионального уровней поля напряжений исследуемой области, -горизонтального сдвига (рис. 6).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненное исследование, прежде всего, базируется на длительных эпицентральных наблюдениях афтершокового процесса Чуйского землетрясения 2003 г. Мв = 7.3, произошедшего к тому же в центре сети станций созданного за год до него Алтайского сейсмологического полигона. Временные сети обеспечивали общую численность в эпицентральной области до нескольких десятков станций.

В представленной работе автор не дает полного анализа протекающего сейсмического процесса в эпицентральной области Чуйского землетрясения, прежде всего, устанавливаются связь напряженного состояния и пространственно-временных особенностей распределения афтершоков с блоковым строением района.

Особенностью изучения афтершокового процесса является представительность зарегистрированных событий в широком диапазоне энергий за счет плотных сетей (до второго энергетического класса во время эпицентральных наблюдений), мониторинг очаговой области уже около десяти лет (2003-2012 гг.), использование современных математических методов обработки данных (стандартная региональная обработка с последующим уточнением гипоцентров с помощью программы НУР01ЫУЕЯ8Е-2000), по результатам которой составлен сводный каталог, содержащий параметры более 48 тысяч землетрясений в Чуйско-Курайской зоне за период 2003-2012 гг. и применение метода двойных разностей для переопределения событий каталога, с помощью которого с высокой степенью точности (до сотен метров — первых километров) получены данные о положении более 17 тысяч событий. На основе распределения по пространству афтершоков было установлено, что блоковое строение среды вдоль линии разрыва определило пространственную структуру сейсмичности.

Данные многолетних эпицентральных наблюдений в зоне Чуйского землетрясения с плотными сетями временных станций стали также надежным материалом для расчета механизмов очагов афтершоков в большом диапазоне энергий при высокой точности определения параметров событий, что позволило выделить два уровня поля тектонических напряжений.

Понятие об иерархии напряженного состояния блочных сред существует уже давно, но бесспорного доказательства иерархичности по данным сейсмологии ранее представлено не было, поскольку медленность развития сейсмических процессов в фоновом режиме и малая плотность региональных сетей станций не позволяла накопить достаточного количества определений фокальных механизмов землетрясений с большим диапазоном энергий для одной и той же области. Регистрируемые плотной сетью станций афтершоковые процессы сильных землетрясений дают уникальную возможность для подтверждения иерархичности поля тектонических напряжений.

Несомненно, исследования сейсмичности и напряженного состояния земной коры региона необходимо продолжать. Представленное в работе однозначное доказательство иерархии напряженного состояния и установленная его изменчивость во времени и пространстве указывают на необходимость проведения подобных исследований в других сейсмоопасных зонах, в том числе и в областях проявления техногенной сейсмичности, поскольку остается открытым вопрос об устойчивости свойств иерархической модели поля напряжений в зависимости от тектонических условий. Решение данного вопроса поможет дать детальное исследование областей повышенной сейсмичности и афтершоковых последовательностей других сильных землетрясений, в том числе в Алтае-Саянской области.

Стабильность свойств субрегионального поля напряжений и изменчивость локального говорит о важности исследования напряженного состояния на следующих уровнях: как регионального, так и сублокального. Для изучения последнего нужны расчеты механизмов очагов землетрясений с магнитудами меньше единицы, и для этой цели хорошим полигоном является Чуйско-Курайская зона Горного Алтая, в которой необходимо продолжать проводить сейсмологические наблюдения с еще более плотными сетями временных станций.

Детально изученная пространственная структура афтершоковой области и особенности ее развития во времени, составляющие первые три защищаемых положения, являются находками, которые также не имеют однозначного объяснения с позиций современной теории физики очага землетрясения. Такие факты, как уход афтершокового процесса от магистрального разрыва в сторону, пониженный уровень сейсмической активности в зонах пересечения магистрального разрыва тектоническими нарушениями и появление сейсмогенных зон, пространственно не связанных с основной областью распространения афтершоков, ожидает новых взглядов на физику процессов в очаге и возможно нетрадиционных решений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава в монографии

1. Еманов А.Ф. Геодинамические и техногенные процессы в сейсмичности Алтае-Саянской горной области / А.Ф. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на объекты недропользования / Под ред. Н.В. Опарина. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - С. 176-266.

Статьи из списка ВАК

2. Гольдин C.B. Чуйское землетрясение и его афтершоки / C.B. Гольдин, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Докл. РАН. - 2004. - Т. 395, № 4. - С. 534-537.

3. Еманов A.A. Структурные особенности афтершокового процесса Чуйского (Горный Алтай) землетрясения / A.A. Еманов, Е.В. Лескова // Геология и геофизика. - 2005. - Т. 46, № 10. - С. 1065-1072.

4. Еманов А.Ф. Пространственно-временные особенности сейсмичности Алтае-Саянской складчатой зоны / А.Ф. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Физическая мезомеханика. — 2005. - Т. 8, № 1. - С. 49-64.

5. Еманов А.Ф. Общее и индивидуальное в развитии афтершоковых процессов крупнейших землетрясений Алтае-Саянской горной области / А.Ф. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т. 9, № 1. - С. 33-43.

6. Еманов A.A. Строение эпицентральной зоны Чуйского (Горный Алтай) землетрясения по данным метода сейсмической томографии с двойными разностями / A.A. Еманов, Е.В. Лескова // Физическая мезомеханика. - 2006. -Т. 9, № 1.-С. 45-50.

7. Лескова Е.В. Характер деформаций в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения (27 сентября 2003 г., К-17, Горный Алтай) по данным анализа фокальных механизмов афтершоков / Е.В. Лескова, A.A. Еманов // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т. 9, № 1. - С. 51-55.

8. Новиков И.С. Система новейших разрывных нарушений Юго-Восточного Алтая: данные об их морфологии и кинематике / И.С. Новиков, ..., Е.В. Лескова [и др.]//Геология и геофизика. -2008. - Т. 49, № 11.-С. 1139-114.

9. Еманов A.A. Элементы структуры и фазы развития афтершокового процесса Чуйского землетрясения / A.A. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Физическая мезомеханика. - 2009. - Т. 12, № 1. - С. 29-36.

10. Лескова Е.В. Иерархические свойства поля тектонических напряжений в очаговой области Чуйского землетрясения 2003 года / Е.В. Лескова, A.A. Еманов//Геология и геофизика. - 2013. - Т. 54, № 1.-С. 113-123.

Статьи в журналах и сборниках, материалы конференций

11. Еманов A.A. Структурные особенности афтершокового процесса Чуйского (Алтайского) землетрясения 2003 г. / A.A. Еманов, Е.В. Лескова // Сильное землетрясение на Алтае 27 сентября 2003 г.: Материалы предварительного изучения. - М.: ИФЗ РАН, 2004. - С. 83-91.

12. Еманов А.Ф. Сейсмический мониторинг Алтае-Саянской горной области Алтае-Саянским филиалом ГС СО РАН / А.Ф. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и

др.] // Землетрясения в России в 2005 году. - Обнинск: ГС РАН, 2007. - С. 5360.

13. Еманов А.Ф. Чуйское землетрясение 27 сентября 2003 года с Ms = 7.3, Кр = 17 (Горный Алтай) / А.Ф. Еманов, ..., Е.В. Лескова [и др.] // Землетрясения Северной Евразии в 2003 году. - Обнинск: ГС РАН, 2009. - С. 326-343.

14. Еманов A.A. Наблюдения с временными сетями. Эпицентральная зона

Чуйского землетрясения 27.09.2003 г., Ms = 7.3 (Алтай) / A.A. Еманов.....

Е.В. Лескова [и др.] // Землетрясения России в 2007 году. - Обнинск: ГС РАН, 2009. - С. 82-85.

15. Еманов А.Ф. Афтершоковый процесс Чуйского землетрясения 27.09.2003 г. / А.Ф. Еманов,..., Е.В. Лескова [и др.] // Динамика физических полей Земли. -М.: Светоч Плюс, 2011. - С. 173-185.

16. Еманов A.A. Структура афтершоковой последовательности Чуйского землетрясения по данным DD-томографии и фокальным механизмам / A.A. Еманов, Е.В. Лескова // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике: Сборник науч. материалов (г. Пермь, 21-25 марта 2005). - Пермь: Горный Институт УрО РАН, 2005. - С. 63-67.

17. Лескова Е.В. Массовый анализ фокальных механизмов афтершоков Чуйского землетрясения / Е.В. Лескова, A.A. Еманов // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли: Материалы 2-го междунар. симпозиума (г. Новосибирск, 12-16 сентября 2005). - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - С. 313-319.

18. Лескова Е.В. Фазы развития и структура афтершокового процесса Чуйского землетрясения (Горный Алтай, 2003, Ms = 7.3) / Е.В. Лескова, A.A. Еманов // Восьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике: Сборник науч. материалов (г. Пермь, 19-23 марта 2007). - Пермь: Горный институт Уро РАН, 2007. - С. 143-148.

19. Лескова Е.В. Напряженно-деформированное состояние Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай) / Е.В. Лескова, A.A. Еманов // Современная тектонофизика. Методы и результаты: Материалы Второй молодежной школы-семинара (г. Москва, 17-21 октября 2011).-М.: ИФЗРАН, 2011. Т.1. -С. 154-160.

20. Лескова Е.В. Иерархические свойства поля тектонических напряжений в очаговой области Чуйского землетрясения 2003 года / Е.В. Лескова, A.A. Еманов // Третья тектонофизическая конференция в ИФЗ РАН. Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Материалы докладов всеросс. конференции (г. Москва, 8-12 октября 2012). - Т. 1. - М.: ИФЗ, 2012. - С. 203-206.

Технический редактор Е.В. Бекренёва Подписано к печати 02.07.2013 Формат 60x84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме

_Печ. л. 1. Тираж 170. Зак. № 93_

ИНГГ СО РАН, 630090, Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга, 3

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Лескова, Екатерина Викторовна, Новосибирск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

АЛТАЕ-САЯНСКИЙ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ НАУКИ

ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА И ПОЛЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ АФТЕРШОКОВОЙ ОБЛАСТИ ЧУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 2003 г. (по данным мониторинга 2003—2012 гг.)

им. А.А. Трофимука

04201361290

На правах рукописи

ЛЕСКОВА Екатерина Викторовна

25.00.10 — геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: д.т.н. Еманов А. Ф.

НОВОСИБИРСК 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ ............................... 4

Глава 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

АФТЕРШОКОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ . 12

1.1 Известный опыт изучения афтершоковых последовательностей ...................... 12

1.2 Исследование напряженного состояния земной коры активизированных областей.................. 23

Глава 2. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ

СТРУКТУРА АФТЕРШОКОВОЙ ОБЛАСТИ ЧУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 27 сентября 2003 г. (по данным мониторинга 2003—2012 гг.)......... 27

2.1 Предшествующая сейсмичность Чуйско-Курайской зоны Горного Алтая (1761-2002 гг.)................. 29

2.2 Сильнейшие землетрясения активизации (с М^ > 6) .... 31

2.2.1 Положение сильнейших землетрясений по данным

разных сейсмологических центров.............. 34

2.2.2 Тектоническая позиция.................... 37

2.3 Сети сейсмических станций для регистрации афтершоков . 40

2.3.1 Алтае-Саянская региональная сеть станций........ 40

2.3.2 Алтайский сейсмологический полигон ........... 40

2.3.3 Эпицентральные наблюдения................ 42

2.4 Обработка данных мониторинга. Составление каталога землетрясений в Чуйско-Курайской зоне в 2003-2012 гг. . . 46

2.4.1 Определение основных параметров землетрясений .... 46

2.4.2 Точность и представительность данных каталога землетрясений......................... 51

2.5 Строение афтершоковой области ..............................56

2.5.1 Четыре элемента структуры..................................57

2.5.2 Изменение афтершоковой структуры в 2003-2009 гг. ... 62

2.5.3 Уточнение положения гипоцентров афтершоков методом двойных разностей............................................68

2.5.4 Структура афтершоковой области по положениям гипоцентров, уточненным методом двойных разностей . . 74

2.5.5 Связь структуры афтершоковой области с тектоническим строением района..............................................86

2.6 Результаты исследования........................................89

Глава 3. ПОЛЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ АФТЕРШОКОВОЙ ОБЛАСТИ ЧУЙСКОГО

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 27 сентября 2003 г..................91

3.1 Определение механизмов очагов землетрясений..............92

3.2 Исследование метода катакластического анализа......101

3.3 Иерархические свойства поля тектонический напряжений . 106

3.4 Реконструкция напряженного состояния афтершоковой области методом катакластического анализа.........108

3.4.1 Выделение иерархических уровней поля тектонических напряжений..........................109

3.4.2 Субрегиональное поле напряжений.............119

3.4.3 Локальное поле напряжений.................121

3.5 Изменение локального поля напряжений по глубине и во времени..............................124

3.6 Результаты исследования....................129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................130

ЛИТЕРАТУРА

154

Введение

Объектом исследования является афтершоковая область Чуйского землетрясения (Горный Алтай, 27.09.2003 г., М5 = 7.3) па предмет определения пространственно-временной структуры и особенностей поля тектонических напряжений в Чуйско-Курайской зоне.

Актуальность. Несмотря на то, что исследования структуры сейсмичности и напряженного состояния земной коры очаговых областей сильных землетрясений и высокосейсмичных регионов России берут начало со времен первых инструментальных наблюдений (с 40-х годов прошлого столетия) и изучены на высоком уровне известными учеными, однако только в последнее десятилетие с появлением высокоточной цифровой регистрирующей аппаратуры и развитием математических методов и современных комплексов программ цифровой обработки сейсмологических данных появилась реальная возможность получить сведения о геометрии и сегментации сейсмогенных областей, полях напряжений и деформаций на качественно новом уровне.

Исследования очаговых областей сильных землетрясений Алтае-Саянской области, несомненно, внесли ценный вклад в знания о строении, особенностях распространения и развития сейсмичности, но из-за редкой сети станций в регионе и сложности в проведении полевых наблюдений с временными станциями по причине труднодоступности мест очагов событий до начала 2000-х годов эпицептральпые зоны изучены недостаточно детально.

Чуйское землетрясение 2003 г., сильнейшее в Алтае-Саянской горной области за полувековой период инструментальных наблюдений, и два повторных сильных события, произошедшие через несколько часов и дней, оказали весьма ощутимое сейсмическое воздействие на города юга Западной Сибири (Барнаул, Кемерово, Красноярск, Новосибирск, Томск и др.). Исследование этого землетрясения и его афтершокового процесса актуально для уточнения

представлений о сейсмической опасности территории Алтае-Саянекой горной области и прилегающих территорий, и особенно важно в связи с развитием в последнее десятилетие Горного Алтая как туристического края и здравницы всероссийского масштаба, поскольку строительство новых туристических комплексов, лыжных и спортивных баз, которое непременно будет сопровождаться строительством промышленных и гражданских объектов, ГЭС, ТЭЦ, современных высокоскоростных дорог, туннелей и мостов, без уточнения региональных особенностей в сейсмическом районировании и оценки возможного риска от землетрясений экономически невыгодно и потенциально опасно (возможны человеческие жертвы, разрушениями и т.д.).

Планируемое строительство целого каскада ГЭС на реках Алтая, в том числе в эпицентралыюй области исследуемого землетрясения, может вызвать развитие техногенной сейсмичности в добавление к сильной природной. В этих условиях становится крайне актуальной информация об особенностях протекания сейсмического процесса непосредственно в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая.

Цель исследования — существенно повысить знание о явлении разрушения горных пород под воздействием тектонических напряжений в условиях активизированного состояния (афтершоковый процесс).

Научные задачи:

1. По данным многолетнего мониторинга 2003-2012 гг. и последовательным применением к ним современных средств локации сейсмических событий (НУРОШУЕ118Е-2000 и метод двойных разностей) определить структуру афтершоковой области Чу некого землетрясения 2003 г. и ее изменение во времени.

2. На основе данных о механизмах очагов афтершоков Чуйского землетрясения 2003 г. с использованием метода катакластического анализа реконструировать поле тектонических напряжений земной коры Чуйско-Курайской зоны с учетом энергетических, пространственных и временных характеристик событий и структуры сейсмичности.

Фактический материал, методы исследования. Теоретической основой решения поставленных задач являются фундаментальные разработки известных сейсмологов, таких как Ю.В. Ризниченко, Н.В. Шебалин, М.В. Гзовский, О.И. Гущен ко, Д.Н. Осокина, а также работы С.С. Арефьева, Ю.Л. Ребецкого, А.Ф. Еманова и др.

Фактической основой являются данные мониторинга 2003-2012 гг. в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая сейсмическими станциями Алтае-Саянской региональной сети, Алтайского сейсмологического полигона и особенно плотных сетей эпицептральных наблюдений на базе высокоточного цифрового оборудования, проводимого совместно Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука СО РАН и Алтае-Саянским филиалом Геофизической службы СО РАН.

Определение положения гипоцентров землетрясений и их механизмов очагов осуществлялось с использованием современных программных комплексов и методов цифровой обработки данных, признанных мировым научным сообществом, таких как:

• пакет программ HYPOINVERSE-2000 [158] для локации событий в рамках многослойной скоростной модели;

• метод двойных разностей [176, 175] для уточнения положения гипоцентров землетрясений,

• пакет программ FPFIT [168] для расчета и отображения фокальных механизмов.

Восстановление поля тектонических напряжений земной коры осуществлялось методом катакластического анализа [108, 110], являющимся одним из передовых в мире среди методов реконструкции напряженного состояния по сейсмологическим данным.

Математические расчеты, такие как значение плотности распределения афтершоков и суммарной сейсмической энергии, проводились с помощью пакета программ MatLab.

В работе широко используются возможности современных геоинформационных систем, таких как ArcVIEW и ArcGIS, и высокоточные цифровые модели рельефа на основе радарной топографической съемки

SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) с пространственным разрешением 3x3 "(http://srtrn.csi.cgiar.org).

Защищаемые научные результаты:

1. Блоковое строение эпицентральной зоны определяет пространственную структуру афтершоков. Крупные блоки: Чуйская впадина, Чаган-Узунский блок, два блока Курайской впадины определяют появление четырех элементов первого уровня, а более мелкие блоки увязываются с поэлементными особенностями афтершокового процесса второго уровня.

2. Вдоль магистральной подвижки, сформировавшейся при главном толчке Чуйского землетрясения, сейсмический процесс развивается прерывисто: существуют участки магистральной подвижки, в пределах которых основной разрыв и афтершоковая активность совпадают, и участки без афтершоков; а также обнаружены структуры ответвлений, уходящие в стороны.

3. По данным эпицентрального мониторинга 2003-2009 гг. установлено, что по проявлению в структуре сейсмичности два элемента первого уровня (на северо-западе Курайской впадины и Чаган-Узунский блок) стабильны в пространстве и времени, а два других (на северо-западной и юго-восточной границах Чаган-Узунского блока) со временем меняются, кратковременно активизируясь.

4. На основе данных о механизмах очагов 545 землетрясений в Чуйско-Курайской зоне за период 2003-2012 гг. установлена зависимость поля тектонических напряжений от энергии событий: поле, реконструируемое по афтершокам с 5.3 < Ms < 3.8, однородно по геодинамическому режиму (горизонтальный сдвиг) с преобладающей субмеридиональной тенденцией в направлении осей сжатия и субширотной — растяжения; по землетрясениям с 3.7 < Ms < 1.0, соответствующее локальному уровню, его свойства зависят от временных и пространственных диапазонов данных осреднения: на фоне доминирующего геодинамического режима горизонтального сдвига формируются режимы сжатия, сжатия со сдвигом и растяжения.

Новизна работы, личный вклад:

1. На основе обработки данных сейсмологического мониторинга 2003 2012 гг. в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая плотными сетями сейсмических станций с помощью программы HYPOINVERSE-2000 рассчитаны положения гипоцентров более 48 тысяч событий, систематизированных в сводный каталог землетрясений.

2. По плотности распределения гипоцентров более 20 тысяч землетрясений с точностью определения по координатам и глубине менее 2 км и RMS < 0.3 сек. выявлены четыре главных элемента структуры афтершоковой области, соотносящихся с крупными тектоническими блоками.

3. По результатам переопределения гипоцентров более 17 тысяч событий, уточненных методом двойных разностей, выявлена более тонкая структура афтершоковой области, состоящая из 18 подэлементов.

4. В результате сопоставления структуры афтершоковой области с тектоническим строением Чуйско-Курайской зоны выделены:

• участки магистрального разлома, в пределах которых афтершоко-вый процесс совпадает с подэлемсптами структуры, и участки с пониженным уровнем сейсмической активности, являющиеся зонами пересечения магистрального разлома тектоническими нарушениями;

• ответвления и подэлементы, отстоящие от основной афтершоковой области до нескольких километров в сторону горных хребтов.

5. По знакам первых вступлений с помощью программы FPFIT рассчитаны механизмы очагов 545 землетрясений в Чуйско-Курайской зоне в период 2003 2012 гг. в диапазоне магнитуд 7.3 < Ms < -0.9.

6. На онове параметров рассчитанных механизмов очагов с использованием метода катакластического анализа реконструировано поле тектонических напряжений афтершоковой области в зависимости от энергии событий.

7. По результатам реконструкции рассчитаны параметры поля напряжений для двух уровней:

• субрегионального (по событиям с 5.3 < М^ < 3.8), характеризующегося режимом горизонтального сдвига с близгоризонтальными осями сжатия сгЗ, ориентированными преимущественно субмериди-онально;

• локального (по землетрясениям с 3.7 < Мз < 1.0), изменяющегося в соответствии с блоковой структурой: на фоне доминирующего режима горизонтального сдвига отмечаются зоны с режимом горизонтального сжатия и сжатия с горизонтальным сдвигом на северозападной и юго-восточной границах Чаган-Узунского блока.

8. По результатам реконструкции поля тектонических напряжений локального уровня для разных глубинных и временных интервалах определено, что оно:

• стабильно до глубин 10 км, глубже проявляется изменение в виде формирования новой зоны с геодинамическим режимом типа горизонтального сжатия и горизонтального сжатия со сдвигом вблизи границы Северо-Чуйского хребта и Чаган-Узунского блока и с исчезновением таковой в северо-западной части Южно-Чуйского хребта;

• наиболее неоднородно в 2003 г. в начале афтершокового процесса (выявлены зоны с режимом горизонтального сдвига, сжатия и растяжения), а со временем наблюдается его выравнивание до режима, характерного для регионального и субрегионального уровней, — горизонтального сдвига.

Практическая значимость результатов. Выявленные особенности пространственной структуры и поля тектонических напряжений афтершоко-вой области сильного Чуйского землетрясения 2003 г. на разных масштабных уровнях, таких как уход афтершокового процесса от магистрального разрыва в сторону, пониженный уровень сейсмической активности в зонах пересечения

магистрального разрыва тектоническими нарушениями, появление сейсмоген-пых зон, пространственно не связанных с основной областью распространения афтершоков и иерархичность поля тектонических напряжений, являются новыми данными, которые необходимо использовать для развития фундаментальных представлений в области физики очага землетрясений, а также для построения геодинамических моделей, обосновывающих тектонические внут-риплитиые процессы.

Рассчитанные параметры гипоцентров более 48 тысяч землетрясений в Чуйско-Курайской зоне Горного Алтая в 2003-2012 гг., систематизированные в сводный каталог и уточненные методом двойных разностей, являются уникальными по точности и длительности наблюдений данными и могут быть успешно использованы в своих работах как учеными при верификации и сопоставлении с другими геолого-геофизическими данными для этого района, так и экспертами при принятии решений о капитальном строительстве промышленных и гражданских объектов и при определении устойчивости техногенных сооружений в связи с сейсмическим риском па территории Горного Алтая и Алтайского края.

Апробация. Результаты работы докладывались и получили одобрение специалистами на восьми международных (Боровое, Казахстан, 2004, 2006, 2008; Бишкек, Кыргызстан, 2005; Улан-Батор, Монголия, 2007; Херсонес, Греция, 2008; Цукуба, Япония, 2008; Москва, 2012), девяти региональных и всероссийских (Новосибирск, 2005, 2006, 2007, 2008; Горно-Алтайск, 2006; Сочи, 2007; нос. Черный Ануй, Республика Горный Алтай, 2008, 2012; Москва, 2012) семинарах, конференциях и симпозиумах; а также на студенческих и молодежных конференциях и школах молодых ученых (Новосибирск, 2004, 2005, 2008; Пермь, 2005, 2007; Москва, 2011) и международных учебных курсах по сейсмологии (Бишкек, Кыргызстан, 2006; Куала-Лумпур, Малайзия, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 61 работа, из которых 1 глава в монографии, 9 статей в журналах из Перечня ВАК, 13 — в ведущих отечественных и зарубежных изданиях и тематических сборниках, 15 — в материалах конференций, а также 23 тезиса докладов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 180 наименований. Полный объем диссертации 154 страницы, включая 47 рисунков и 5 таблиц.

Благодарности. Автор глубоко благодарен доктору технических наук Александру Федоровичу Еманову, чье научное руководство привело к пониманию сути решаемой задачи, способствовало быстрому освоению методов исследования и программных средств и, в конечном счете, сформировало меня как специалиста.

Автор благодарен всему коллективу ГС СО РАН и АСФ ГС СО РАН за всестороннюю поддержку на всех этапах исследова�