Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Сейсмичность, глубинное строение и сейсмическая опасность Курило-Охотского региона

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Тараканов, Роман Захарович

Выводы:

1. Центральная часть Курильской дуги (между проливами Буссоль и Крузенштерна) по комплексу сейсмологических и геолого-геофизических данных является аномальной и, по-видимому, не может считаться сейсмической «брешью» в традиционом представлении (Федотов, 1968). Эта зона не является самой опасной в Курило-Охотском регионе и не может быть отнесена к 9-балльной зоне сейсмичности.

2. Подавляющее большинство значительных сейсмических событий с М > 8 приурочено к южному флангу Курило-Охотского региона, который имеет преобладающую глубину очагов 30-50 км [50]. Возможно Этот факт объясняется значительным воздействием континентальных и океанических структур в области мощного корня земной коры (Злобин, Злобина, 1991).

3. Получены эмпирические зависимости магнитуды MLH от протяженности структурных блоков, протяженности и поперечных размеров зон аф-тершоков сильных землетрясений и областей максимальных высот цунами для Курило-Камчатского региона и Японии:

IgL =(0.50 ±0.01)MLtf-(1.77 ±0.07); lgW = (0.35 ± 0.01) MLH -(0.95 ± 0,06).

Построенные зависимости IgL(MLH) и IgW(MLH) оказались близкими к аналогичным формулам для континентальных районов (Ризниченко, 1985). Это может свидетельствовать об элементах сходства в размерах и энергетике очаговых зон для сильных неглубокофокусных землетрясений континентальных районов и сейсмофокапьных зон переходной областей от континента к океану.

4. На большом эмпирическом материале показано [48], что область очага сильного землетрясения хорошо оконтуривается зоной афтершоков первых суток.

5. Максимальная энергия землетрясения может накопиться в блоке литосферы, мощность которой определяется глубиной до пластичной астеносферы. Землетрясение - это разрыв сплошности среды, который должен затухать в пределах пластичной астеносферы. Например, для Курило-Охотского региона при мощности литосферы 70-80 км максимально возможная магнитуда по этим оценкам не должна превышать значений 8.5 [5].

6. Если максимальные сейсмические события для данного региона имеет свой верхний предел, который обусловлен мощностью (или максимальными размерами блока), то независимо от времени ожидания мы должны наблюдать одно и то же максимально возможное событие. При таком подходе нет оснований значительно повышать сейсмическую опасность в зависимости от времени ожидания, если уже известно максимальное сейсмическое событие [50].

Опыт японских сейсмологов, которые имеют в своем распоряжении каталоги землетрясений за несколько сейсмических циклов, не показывает заметного повышения сейсмической опасности со временем. Для примера приводится ряд сейсмических событий с М > 8 за 1400 лет (Шали, 1989). Из кривой Мтах -/(Г) почти незаметно увеличение максимальных магнитуд.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задачи, поставленные автором во введении, в основном выполнены.

Курило-Охотский регион отличается высоким уровнем сейсмичности, что определяет основные направления представленной работы: сейсмичность, глубинное строение и сейсмическая опасность.

Наиболее сильные землетрясения региона сопровождаются на Курильских островах макросейсмическим эффектом до 9 баллов. В связи с этим возникает практическая необходимость исследования степени сейсмической опасности для отдельных участков региона [50].

Оказалось, что сейсмическая опасность резко отличается для различных блоков региона. На основе сейсмических и геолого-геофизических данных пересмотрены геотектонические условия для средних Курильских островов. Выявлено, что центральная часть Курило-Охотского региона характеризуется пониженной сейсмической активностью, по сравнению с ее флангами. За период инструментальных наблюдений здесь не отмечено землетрясений с М> 7.7. От таких землетрясений мала вероятность возникновения катастрофических цунами [38].

Проанализированы максимально возможные сейсмические события. Определены максимальные магнитуды для 2 основных зон возможных очагов землетрясений (зон ВОЗ) с помощью 5 разных методов. Результаты определений Ммах с помощью разных методов хорошо согласуются между собой [43, 44, 48,51].

Рассмотрены соотношения сильных и слабых сейсмических событий в разных участках региона, а также особенности карт сейсмической активности, сейсмической сотрясаемости и максимальных возможных землетрясений в регионе. Все эти данные использованы для уточнения карт сейсмического районирования [37, 38].

Предполагается, что энергия землетрясения может накопиться в блоке литосферы, мощность которого определяется глубиной до пластичной астеносферы. Расчеты показывают, что для Курило-Японского региона при мощности литосферы (Нлит = 70-80 км), максимально возможная магнитуда не может превышать значения 8,5. Далее, если максимальное сейсмическое событие для каждой зоны имеет свой верхний предел, то маловероятно наблюдать для данного региона рост максимальных магнитуд со временем выше предельной магнитуды [6]. Это подтверждает и опыт японских сейсмологов, проанализировавших наблюдения за 1400 лет (Usami, 1989).

Сейсмофокальная зона является активной структурой области перехода от континента к океану, определяющей процессы формирования и развития систем островных дуг, а также размещение гипоцентров землетрясений, очагов магмообразования и металлогенных провинций [5, 25, 30, 34, 40, 42, 63, 64,67].

Верхняя мантия в области перехода от континента к океану, в том числе и сейсмофокальная зона, имеет сложное слоистое строение [5, 19, 22]. Это отчетливо видно на кривой распределения предельных магнитуд землетрясений с глубиной (рис. 5). В интервале глубин 0-700 км отмечается 4 минимума кривой, соответствующих слоям пониженной прочности. Было показано, что эти слои являются и астеносферными слоями пониженной скорости [5, 6]. Особые термодинамические условия сейсмофокальной зоны, как области максимальных касательных напряжений, проявляются в областях пересечения ее слоями пониженной и повышенной скорости.

В слоях повышенной скорости энергия взаимодействия континентального и океанического блоков будет постоянно накапливаться и может достичь предельных значений, которые приведут к подвижке отдельных блоков, т.е. к землетрясению. А в астеносферных слоях пониженной скорости (пониженной вязкости) эта энергия может релаксировать, повышая температуру слоя и, в конечном счете, может приводить отдельные его участки до состояния частичного плавления. Этот факт может, по-видимому, служить объяснением нахождения «корней» вулканов в пределах сейсмофокальной зоны [5, 6, 7].

Весьма примечательно, что Курило-Камчатская островная дуга и вулканические цепи располагаются над областью пересечения астеносферного слоя (на глубине 120-150 км) сейсмофокальной зоной. Аналогичная область пересечения с сейсмофокальной зоной наблюдается и под Охотской котловиной, где отмечена область частичного плавления [42].

Дана оригинальная тектонофизическая трактовка наклона сейсмофокальной зоны. Предполагается, что она является аналогом одной из нодаль-ных плоскостей теории дислокаций (рабочей плоскостью), которая находится в постоянном поле максимальных касательных напряжений, а следовательно является постоянным энергетическим каналом, питающем тектонические процессы в переходной зоне [67].

Для различных геодинамических построений необходимо знать скоростные особенности разных блоков переходной зоны. Наибольшую трудность при исследовании скоростных моделей представляет океанический блок. Одной из главных причин слабой информации о скоростных особенностях верхней мантии океанического блока является отсутствие стационарных сейсмических станций на дне океана [52].

Восполнить этот пробел нам удалось на базе уникальных материалов донных сейсмических станций, полученных в шести сейсмологических экспериментах под общим названием "Longshot" (Shimamura, Asada, 1976; Explosion .,1983 и др.); нескольких рейсах НИС "Дмитрий Менделеев" (Непрочное и др., 1989); Курильском сейсмологическом эксперименте (McDermott et al., 1967); наблюдениях с помощью уникального скважинного сейсмографа Гавайского университета (Duennnebier et.al., 1987); эксперимента с установкой донного сейсмографа на океанической стороне глубоководного желоба (Касахара, Харви, 1977).

Все эти данные позволили получить новую информацию о скоростных особенностях океанического блока и сделать вывод об аномально высоких скоростях Р и Б -волн в этом блоке, примыкающем к сейсмофокальной зоне: Ур = 8,6 ±0,17 км/с, Ку = 5,1±0,07 км/с. Аномально высокие скорости отмечаются до глубин около 200 км. Глубже наблюдается пониженный градиент скорости сейсмических волн и повышенные температуры [4, 52].

Большое внимание в работе уделено также построению скоростных моделей и на их основе расчетам новых годографов Р и 5-Р-волн [5, 6].

В настоящее время новые годографы находятся на апробации в Сахалинском филиале Геофизической службы РАН. Они позволят более надежно определять параметры дальневосточных землетрясений, поскольку дают возможность привлекать для определения гипоцентров данные удаленных станций (до 4000 км) [6].

Новые годогрфы могут быть полезными при реализации нового Российско-Японского научно-исследовательского проекта "Сейсмический образ исчезающей плиты по данным мировой широкополосной сети станций, установленных в Дальневосточном регионе", предложенного проф. Хоккайдского университета М. Касахара.

В дальнейшем для решения обратной кинематической задачи предполагается построить систему годографов для нескольких глубин очагов. Для уменьшения неоднозначности решения этой задачи необходимо также привлекать другие типы волн (обменные, отраженные и др.), а также их динамические характеристики.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Тараканов, Роман Захарович, Южно-Сахалинск

1. Землетрясения и глубинное строение юга Курильской островной дуги / С.А. Федотов, A.M. Багдасарова, И.П. Кузин, Р.З.Тараканов. М.: Наука, 1969. -212 с.

2. Тектоника Курило-Камчатского глубоководного желоба / Г.С. Гниби-денко, Т.Г. Быкова, Р.З.Тараканов и др. М.: Наука, 1980. - 179 с.

3. Тектоносфера Тихоокеанской окраины Азии / В.В. Гордиенко, С.К. Биккенина, Р.З. Тараканов и др. Владивосток: ДВО РАН, 1992. - 238 с.

4. Шикотанское землетрясение 1994 г.: Эпицентральные наблюдения и очаг землетрясения / П.А. Алексин, Ж.Я. Аптекман, Р.З. Тараканов и др. М.: ОИФЗ РАН, 1995. - 136 с.

5. Тараканов Р.З., O.K. Омельченко, А.О. Бобков. Скоростные модели строения тектоносферы Тихоокеанской окраины Азии по генеральным геотраверсам. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2003. - 95 с.

6. Тараканов Р.З. Новые годографы Р и S-P-волн для Дальневосточного региона. Владивосток: ДВО РАН, 2005. - 196 с.1. АТЛАСЫ

7. Землетрясения на Курильских островах и в Охотском море. Землетрясения и цунами / Р.З.Тараканов, С.Л.Соловьев, О.Н.Соловьева и др. // Атлас Сахалинской области. М., 1967.-С. 41-44.

8. Сейсмичность, сейсмическая активность и сотрясаемость, сейсмическое районирование / Р.З.Тараканов, Ч.У.Ким, Н.В.Левый и др. // Геолого-геофизический Атлас Курило-Камчатской островной системы. -Л., 1987. -С. 33-35.

9. Тараканов Р.З. Разрезы сейсмофокальных зон Филиппинского желоба, желоба Манилы и региона Тонга-Кермадек // Атлас Тихого океана. М., 2003. -С.104.1. СТАТЬИ

10. Монахов Ф.И., Тараканов Р.З. Характеристика курило-камчатских землетрясений по наблюдениям близких станций за 1952-1954 гг. // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1955. - №5. - С. 401-415

11. Федотов С.А., Аверьянова В.Н., Тараканов Р.З. и др. Некоторые результаты детального изучения сейсмичности Южных Курильских островов // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1961. - №5. - С. 638-642

12. Тараканов Р.З., Ким Ч.У. О дефиците скорости продольных волн в слабосейсмичной части Курило-Камчатской фокальной зоны // Докл. АН СССР. 1963.-Т.186,№ 2.-С. 415-418.

13. Федотов С.А., Багдасарова А.М., Кузин И.П., Тараканов Р.З. О сейсмичности и глубинном строении юга Курильской островной дуги // Докл. АН СССР. 1963. - № 3. - С. 669-671.

14. Федотов С.А., Матвеева H.H., Яновская Т.Б., Тараканов Р.З. О скоростях продольных волн в верхней мантии в областях Японии и Курильских островов//Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1964,-№8.-С. 1185-1191.

15. Тараканов Р.З.Применение эквидистант удаленных станций при графическом определении гипоцентра землетрясения // Геология и геофизика. -1964.-№ 2.-С.125-129.

16. Тараканов Р.З.Годографы Р и S-P и скоростной разрез верхней мантии по данным наблюдений над курило японскими землетрясениями // Изв.АН СССР. Сер. геофиз. - 1965. - №7. - С. 90-101.

17. Соловьев С.Л., Поплавская JI.H., Тараканов Р.З. и др. Землетрясения Дальнего Востока //Землетрясения в СССР в 1963 г. М., 1966. -С.131-166

18. Тараканов Р.З., Левый Н.В. Полиастеносферная модель верхней мантии Земли по сейсмологическим данным // Докл. АН СССР. 1967. - Т. 176, №3. - С.571-574.

19. Тараканов Р.З., Соловьев С.Л. Сейсмичность Курильских островов // Сейсмическое районирование СССР. -М., 1968. С. 434-447.

20. Фотиади Э.Э., Березин М.А., Тараканов Р.З. и др. Геофизическое изучение глубинного строения внутренней зоны Тихоокеанского подвижного пояса на Востоке СССР // Строение и развитие земной коры на Советском Дальнем Востоке. М., 1969. - С. 43-65

21. Тараканов Р.З. Строение фокальной зоны Курило-Камчатской островной дуги // Земная кора островных дуг и дальневосточных морей. М., -1972. С. 215-234. - (Результаты исследований по межд.геофизич. проектам. Верхняя мантия; № 9).

22. Кондорская Н.В., Павлова JI.H, Тараканов Р.З. и др. О годографе сейсмических волн от дальневосточных землетрясений // Изв.АН СССР. Сер. Физика Земли. 1973. - № 5. - С. 11-27.

23. Тараканов Р.З., Ким Ч.У. Анализ наблюдений над каналовыми волнами // Сейсмичность и глубинное строение Сибири и Дальнего Востока. Владивосток, 1976. - С. 79-87.

24. Веселов О. В., Павлов Ю.А., Тараканов Р.З. и др. Верхняя мантия и её неоднородности // Строение земной коры и верхней мантии в зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану. Новосибирск, 1976. - С. 249-265.

25. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Сухомлинова Р.И. Особенности строения фокальных зон Курило-Камчатского и Японского регионов // Сейсмичность и глубинное строение Сибири и Дальнего Востока. -Владивосток, 1976. С. 99109.

26. Субботин В.А., Левый Н.В., Тараканов Р.З. К сейсмическому микрорайонированию города Южно-Сахалинска // Сейсмическое районирование Сахалина. Владивосток, 1977. - С. 116-119

27. Тараканов Р.З., Левый Н.В., Ким Ч.У. Сейсмичность Курильского региона // Сейсмическое районирование Курильских островов, Приморья и Приамурья. -Владивосток, 1977. С. 27-35.

28. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Сухомлинова Р.И. Строение Курильской фокальной зоны // Сейсмическое районирование Курильских островов, Приморья и Приамурья. Владивосток, 1977. - С. 6-16.

29. Тараканов Р.З., Ким Ч.У. Мозаика скоростей Р волн в верхней мантии Курило-Японского региона// Вулканология и сейсмология. - 1979. -№1. - С. 82-96.

30. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Сухомлинова Р.И. Курилы // Сейсмическая сотрясаемость территории СССР. М., 1979. - Гл. 11. - С. 143-154.

31. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Левый Н.В. Курильские острова // Сейсмическое районирование территории СССР: Методические основы и региональное описание карты 1978 г. М., 1980. - Гл. 30. - С. 263 - 269.

32. Тараканов Р.З., Ким Ч.У. Особенности строения верхней мантии Ку-рило-Японского региона по сейсмологическим данным // Глубинное строение литосферы Дальневосточного региона. Владивосток, 1980. - С. 27-42.

33. Тараканов Р.З. Фокальные зоны и их роль в развитии островодужных систем // Геология дальневосточной окраины Азии: Геология зоны перехода от континента к океану. Владивосток, 1981. - С. 53-66.

34. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Левый Н.В. К вопросу о районировании Ку-рило-Камчатского региона по сейсмогенности // Оперативный и долгосрочный прогноз цунами. Владивосток, 1983. - С. 111-128.

35. Тараканов Р.З. О возможной роли сейсмофокальных зон в формировании и развитии структур островной дуги // Строение сейсмофокальных зон. -М., 1987. С. 11-29.

36. Тараканов Р.З. Об оценке максимальных магнитуд землетрясений по одному из размеров сейсмоактивного блока // Сейсмология и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке. Владивосток, 1989. - Ч. 1. - С. 34 - 36.

37. Тараканов Р.З. Оценка максимальных возможных магнитуд землетрясений для Курило-Камчатского региона // Природные катастрофы и стихийные бедствия в Дальневосточном регионе. Владивосток, 1990. - Т.1. - С. 2847.

38. Абдурахманов А.И., Тараканов Р.З. и др. Извержение вулкана Иван Грозный в 1989 г. // Вулканология и сейсмология. 1990. - № 4. - С. 3-9.

39. Тараканов Р.З. Пространственно-энергетическое распределение землетрясений в САР // Тектоносфера Тихоокеанской окраины Азии. Владивосток, 1992.-С. 189-193.

40. Тараканов Р.З., Куракина Л.В. Глубинные сейсмические проявления, связанные с активизацией вулкана «Иван Грозный» (Курильские острова) // Вулканология и сейсмология. 1993. -№ 1. - С.3-16.

41. Тараканов Р.З. Размеры очаговых зон сильных землетрясений Курило-Камчатского региона и Японии и проблема максимальных возможных магнитуд // Вулканология и сейсмология. 1995. - № 1. С.76-89.

42. Тараканов Р.З., Омельченко O.K. Скоростные особенности строения тектоносферы Тихоокеанской окраины Азии по трем генеральным геотраверсам // Обратные задачи геофизики: труды Международного семинара. Новосибирск, 1996.-С. 166-169.

43. Тараканов Р.З., Бобков А.О. Исследование применимости метода Гумбеля для определения М -предельных магнитуд землетрясений // Очаги сильных землетрясений Дальнего Востока. Владивосток, 1997. - С. 21-38.

44. Тараканов Р.З., Омельченко O.K. Строение тектоносферы по сейсмическим данным вдоль геотраверса Южная Камчатка-Якутия // Тихоокеанская геология. 1999. - Т. 18, № 2. - С. 54-64.

45. Тараканов Р.З., Бобков А.О. Модельные сейсмологические эксперименты для выявления возможных скоростных особенностей верхней мантии // Проблемы сейсмичности Дальнего Востока. Хабаровск, 2001. - С. 116-119.

46. Тараканов Р.З. Обобщенная скоростная модель зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану (уточненный вариант) // Проблемы геодинамики и прогноза землетрясений. I Российско-Японский семинар. Хабаровск, 2001.- С.72-74.

47. Тараканов Р.З. Скоростные особенности строения тектоносферы по данным о Р-волнах вдоль геотраверса Южная Камчатка Япония // Докл. РАН. - 2005. - Т. 403, № 6. - С. 922-925.

48. Тараканов Р.З. Скоростные модели и годографы Р и S-P для Дальневосточного региона//Вестник ДВО РАН. 2006. - №1. - С. 81-96.

49. Fedotov S. A., Tarakanov R.Z. et al. Some results of the detailed study of the South Kuril islands seismicity // Annali di Geofisica. 1961. - Vol.XIV. - P. 119136.

50. Tarakanov R.Z. The upper mantle velocity section in transitive zone from the Asia continent to the Pacific ocean // Travaux Scientifigues. Ser A. Toulouse, 1964. P. 93-98.

51. Tarakanov R.Z. The velocity section of the upper mantle in the transition zone from Asia to the Pacific ocean // Tectonophysics. 1965. - Vol. 2, № 2/з. -P. 227-237.

52. Tarakanov R.Z, Leviy N.V A model for the upper mantle with several channels of low velocity and strength // The crust and upper mantle of the Pacific area. Washington D.C, 1968. - № 12. - P. 43-50. - (Geophysical monograph; №12).

53. Tarakanov R.Z. Structure of the folded areas and recent geosynclines of the Okotsk area // The crust and upper mantle of the Pacific area. Washington D.C., -1968. - P. 473-480. - (Geophysical monograph; №12).

54. Tarakanov R.Z., Sychev P.V. Some inferences on the upper mantle structure and deep processes occuring in the northwest Pacific // Can. J. Earth Sci. 1976. -Vol.13, №11. - P. 1725-1729.

55. Tarakanov R.Z. A block velocity model of the focal zone and adjacent mantle Kuril Japan region // Structure of transition zone. - Tokyo, 1980. - P. 65-80.

56. Kim Ch.U., Kondorskaya N.V., Tarakanov R.Z. et al. Seismological Data by Region. IX. Kuril Islands // New Catalog of Strong Earthquakes in USSR from Ancient Times Through 1977. USA, 1982. - P.393-447.

57. Tarakanov R.Z., Kim Ch.U. Seismofocal zone and geodynamics of the Kuril-Japan region // Geodynamics of the western Pacific Jndonesian regions. Geodynamics series. -Washington, 1983. Vol. 11. - P. 223-236.

58. Tarakanov R.Z. On the nature of seismic focal zone // New conseptsin in Global tectonic. Australia, 2005. - P.l-15.

59. Tarakanov R.Z. P-wave velocity model of the Asia-to-Pasific transition zone tectonosphere from general geotraverses // Regularities of the structure and evolation of geospheres. Vladivostok, 2005. - P. 240-244.1. ТАРАКАНОВ Роман Захарович

60. СЕЙСМИЧНОСТЬ, ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ И СЕЙСМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ КУРИЛО-ОХОТСКОГО1. РЕГИОНА

61. ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

62. Подписано в печать 03.08.2006 г.

63. Усл. печ. л. 4,7. Уч. изд. л. 5,6. Формат 60x84/16. Бумага «Ва11еЬ>. Тираж 100 экз. Заказ № 7444. Печать офсетная.

64. Институт морской геологии и геофизики Дальневосточное отделение РАН 693022, г. Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б, Офсетный цех