Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Сейсмичность и сейсмическое районирование территории Иордании

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Сейсмичность и сейсмическое районирование территории Иордании"

•■''Г.;' . ' • .'1 ■

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 550.341

Тауфик Алъ-Яздмш

СЕЙСМИЧНОСТЬ И СЕЙСМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ИОРДАНИИ

Специальность 04.00.22-геофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992Г

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Т. £ Яновская

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук П. Е Крауклис доктор геолого-минералогических наук Н. К. Булин Ведущая организация: Институт Физики Земли РАН

Завдта состоится С&Т^Л^-ер. ЛЪ92г

в -^у часов Р'О мин. на заседании Специализированного ученого совета Д. 063.57.18 по запите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Штербургском государственном университете по адрсу: 199034, Санкт-Петербург,Университетская набережная.7/9. ауд. 347.

С! диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт- Петербургского Государственного Университета по тому же адресу.

Автореферат разослан " ^ " 1992г

Ученый секретарь Специализированного совета

дгасгор физ. - мат. наук Б. Яновская

....у. -з-

О'Б ПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Территория Иордании относится к зонам повышенной сейсмической опасности: по историческим данным в стране имели место землетрясения с магнитудой 6-7.5. Наибольшей сейсмотектонической активностью отмечаются западные и центральные районы, которые одновременно являются участками с повышенной плотностью населения. На западе страны по течению реки Иордан и бассейна Мертвого моря расположена впадина Эм-Хор, известная как самое низкое по значению абсолютных высот место на Земле. Этот район захат между возвышенностями, которые в свою очередь имеют расчлененный характер. Такой характер рельефа в сочетании с развитым в этих районах промышленным, гидро- и жилищным строительством создают серьезную угрозу для жизни людей и сохранности материальных ценностей при землетрясениях больсих магнитуя. Эта угроза усугубляется тем, что до сих пор строительство ведется без учета сейсмической опасности. В силу этого, проведение исследования по вопросам сейсмичности и сейсмического районирования является задачей, требующэй первоочередного решения.

Актуальность решения этого вопроса еще больше возросла в последние два года, т. к. после завершения войны в Песидском заливе резко возрос приток эмигрантов в страну. Началось активное хмикдае строительство в самых разных районах страны и для безопасности новостроявдхся обгектов необходим правильный учет сейсмических особенностей территории.

Цель работы заключалась в изучении сейсмичности и сейсмического режима территории Иордании, определении характера напряжений в сейсмически активных зонах, а также в проведении предварительного сейсмического районирования территории с выделением участков повышенной сейсмической опасности.

Дель работы определяла постановку ¿ледушмх задач:

1) анализ общей тектонической ситуации в районе;

2) определение параметров сейсмического режима страны;

3) исследование векового хода сейсмичности;

4) определение сотрясаемости отдельных участков и выявление зон повышенной сейсмической опасности;

5) выбор метода оценки механизмов очагов землетрясений исходя из имеющегося материала наблюдений и определение осей главных напряжений.

Иетодхка исследования включала в себя сбор и статистическую обработку данных об инструментально зарегистрированных и исторических землетрясениях района

Научная новизна работ*

1 Br.epüi.'e параметры сейсмического режима тер-

ритории Иордании, на основе которых построены карты сотрясаемости.

2. Развита методика пространственного группирования землетрясений при определении механизмов очагов по данным единичных станций, при использовании которой определены направления осей главных тектонических напряжений в районе.

3. Показана правомерность оценки К/га* в данном районе по корреляционным зависимостям этой величины с сейсмической активностью и с градиентом гравиметрической аномалии.

Практическая ценность работы заключается в том, что проведенные исследования дают основу для проведения антисейсмических мероприятий в Иордании, где _до настоящего времени строительство проводилось без учета сейсмической опасности.

Апробация работы основные положения работы докладывались на семинаре Национального управления природными ресурсами Иордании (Амман 1990г.), а таюче на заседании Кафедры физики Земли СШГУ (С-Петербург 1991г.).

Структура и обгем работы диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации - 12? страница машинописного текста, в том числе - приложение на 14 страницах, 26 рисунков, В таблиц. Список литературы включает G3 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору Т. R Яновской за постоянное внимание, помочь и ценные сенаты з работе нал диссертацией, автор таю® благодарит заведующего кафедрой физики Земли, доктора фигикоматематических наук, профессора В.МЛрояна и коллектив кафедры физики Земли за помощь, советы и замечания, а также кандидата физико-математических наук Л Н. Штрову, прочитавшую диссертацию и сделавшую ряд полезных замечаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Краткий геолого-тектонический очерк.

В данной главе изложены основные сведения э геолого-тектоническом строении рассматриваемого района При этом главное внимание уделено рассмотрению проблем, представляющих наибольший интерес а рамках темы диссертационной работы.

Район расположен в северо-западной оконечности Аравийской платформа Древний кристаллический фундамент выходит на поверхность на юге Иордании и подстилает более молодые породы в центральной и северных частях страны. При описании строения . платформы, основной акцент делается на выделении основных тектонических направлений и крупных блоковых структур плат-Форш (типа авлокогенов). Одними из наиболее древних и достаточно активными на протяжении всего времени геологического развития являются разломы северо-западного простирания системы Нафи ри£>?йсксго возраста, развитые ютрокой полосой до 200-300 км вдоль побережья Красного моря. К наиболее крупным геологическим структурам района относится Сирийская складчатая дуга, состоящая из двух авлокогенов Синайского и Шль-мирского, разделенных долиной Бека Синайский авлокоген сформирован серией крупных разрывных нарушений северо-восточного направления.

Самыми важными структурами, определяющими современную сейсмотектонику региона, являются структуры Красноморского и Западно-Аравийского рифтов. Влияние Красноморского рифта сказывается в южной части страны. 80Х современной сейсмичности

связано с развитием Западно-Аравийского рифта, трассирующегося по течению реки Йордан и бассейн/ Мертвого моря.

Основной компонентой движения по Западно-Аравийскому рифту является левосторонний сдвиг, с суммарной амплитудой движения до 107 км и скоростью подвижки 0,2-1 см/год. Левостороннее сдвиговое движение по Западно-Аравийскому рифту непосредственно сопряжено с раздвиговш движением рифта Красного коря и субдукцией Аравийской платформы в районе Кипро-Тавре кого ыва. Древняя Аравийская платформа как бы скользит вдоль рифтовых разломов Западно-Аравийской системы, трассирующихся в направлении р.Иордан - Мгртвое море, и имеющих меридиональное направление, и погружается в мантию в области крупного тектонического вша, замещаясь на юге молодой океанической корой, формируемой в гоне рифта Красного моря.

Район рифта Мертвого моря - реки Иордан характеризуется относительным уменьшением мощности гекной коры на 5-8 км по отношению к средней мощности коры в боковых участках (40 км). На глубине 21 км наблюдается повышение коэффициента Пуассона, что позволяет предполагать возможность жидких включений в нижнем слое земной кори Именно до этой глубины распределены очаги землетрясений, регистрируемых в районе.

Структура Западно-Аравийского рифта хорошо дешифрируется на аэро- и космоснимках и проявляется в аномалиях магнитного к гравитационного поля. Еона рифта характеризуется повышенным вулканизмом базальтового состава, особенно развитым в восточном борту рифта. Ряд геологов высказывают мнение, что рифт испытывает омолаживание в северном направлении, в то время как гребень рифта в южной части имеет более древний возраст заложения и, возможно, расчленяется на две ветви.

На основе существующих геолого-тектонических представлений территория Иордании была разделена на 4 гоны целью раздельного изучения их сейсмических параметров-

1) северная часть рифта;

2) южная часть рифта;

3) западный участок;

4) восточный участок.

Глава 2. ОвйсыичесхмЯ реюм Иордании.

Для изучения сейсмического режима Иордании были привлечены данные измерений Национальной сейсмологической слулйы. Иорданская сейсмологическая сеть начала формироваться в 1983 году и в период с 1983 по 1989 год она насчитывала 16 станций, из них 3 с трехкомлонентной регистрацией, а остальные 13 регистрировали одну зертикальную компоненту. Расположение станций приурочено к западным и центральным районам страны. Солее сейсмически активным и с больней плотностью населения. На сегодняшний день регистрирующая сеть у «г состоит из 36 сейсмоп-риемников и планируется дальнейшее ее расширение. Для анализа сейсмического режима также использовались данные исторических наблюдений землетрясений Иордании. Каталог г точеских землетрясений создан иорданскими сейсмологами на основании разнообразных летописных материалов. Первое из землетрясений каталога восходит к 2150 году до н. э.. более полными и достоверными данные каталога становятся с середины 1 тысячелетия н. э., когда информация черпалась из достаточно подробных византийских и арабских хроник.

В данной главе на базе существующего фактического материала проведена оценка параметров сейсмического режима, которая предваряется анализом существующих на сегодняшний день методик расчета. Определяются следующие параметры: наклон графика повторяемости землетрясений ; сейсмическая активность энергетический параметр максимально возможного землетрясения Кта*.

Параметр у определялся по поклассовому и кумулятивному графику повторяемости землетрясений для всей территории Иордании и для отдельных структурных проринций. Значение параметра у для территории Иордании в целом оказалось равным 0,48, а для отдельных структурных провинций, выделенных в предыдущей главе, его значение чарьирует в интервале 0.44-0,54.

Сейсмическая активность расчитывалась по меддународно стандартизированному энергетическому классу Ко -10. Карта сейсмической активности строилась по методу изолиний, способом постоянной детальности скользящим окном 10' хЮ' по сетке

- в -

5'х5' , что позволило осуществить перекрытие используемых в расчетах участков.

Изолинии сейсмической активности оказались вытянуты в меридиональном направлении, при этом наибольшей активностью характеризуется область Западно-Аравийского рифта Максимальное значение сейсмической активности А<0-1 приурочено к южной части йгртвого моря и по всей вероятности относится к месту изгиба или расчленения рифтовой структура В целом же южная часть рифта характеризуется большей сейсмической активностью, чем северная. Аномалия северо-западного простирания (центр аномалии 31 "00'с. ш., 3бс00'в. д.) может быть обусловлена активизировавшейся системой разломов группы Над*.

Анализ сильных землетрясений на территории Иордании на базе исторических данных дает основания предполагать, что значения Кгах не превышают 17,Ь и относятся к местам развития рифтовой системы. Для исследования пространственного распределения параметра Кмах в западной части страны использовались корреляционные связи между параметром К/их и сейсмической активностью A^, поскольку там имеющиеся данные позволяют достаточно уверенно оценить A,tf. На базе исторических данных показано, что корреляция между этими параметрами хорошо удовлетворяет вакономерности, предложенной JOi В. Ризниченко: lg А-2,84 + 0,21 (Кгах - 15) при Кгах < 15, le А-2,84 + 0,39 (Кгах - 15) при Кгах > 15. Эта зависимость и была принята для построения карты Кдах в западной части Иордании, при этом радиус площадки осреднения сейсмической активности ¿„определялся по формуле:

lg R -1,505 t 0,111 СК - 15) Для составления карты параметра Ктх в восточных районах страны, где отсутствуют сейсмические станции, но проводилась достаточно детальная гравиметрическая съемка, использовалась корреляционная связь между Кгах и grod&g, апробированная ранее в районах сходного геологического строения:

lg|gradAf?|-i,74 + 0,14 (Кдах - 15) На сводной карте Юлах (рис. 1) отчетливо проявляются изменения характера поля: по мере удаления от рифта оно становится

KftpTa п*рвкегр» 1Ц, И#рд«юи(

Услмнив ибвзквчеюм:

ИЗОЛИНИИ K*«,F*C4KMl:ltU8 R«

корремцнснким завискк«сгян на <5&э»:

1. —— сейсмических лянних

2 .____гуодйтациенких данних

Солее мозаичным, а также наблюдается спад его среднего значения на 3-4 единицы. Максимальное значение Клшх равное 17 наблюдается в зоне рифта. Кроме того, из рассмотрения этой карты видно, что определения Кда* ш двум разным методикам хорошо согласуются мелиу собой.

Глаиа 3. Неслодовахиэ временного хода сейсмичности Иордания.

В силу большой важности задач прогнозирования землетрясений особое значение приобретают вопросы установления сейсмических циклов и поведения сейсмических параметров на протяжении различных этапов сейсмического цикла. Каталог исторически зафиксированных землетрясений при анализе его данных эа последние два тысячелетия позволяет установить пульсацион-ный характер сейсмической активности региона, а именно, чередование этапов, на протяжение которых отсутствует крупные землетрясения с магнитудой м-6-7 средней продолжительностью 220-230 лет и этапы с повышенной активностью продолжительностью порядка 160 лет, в пределах которых крупные землетрясения происходили через 40-80 лет. Такой характер временного хода сейсмичности шожет Сыть объяснен пульсационныы характером тектонических движений Аравийской платформы вдоль разломов Западно-Аравийского рифта, что в свою очередь связано с пульсационным характером поступления мантийного материала в раздвиговую шель рифта Красного моря.

, Бчло предпринято изучение характера сейсмичности на временном интервале, включающем последнее крупное землетрясение с магнитудой М-б.З, происшедшее в 1927 году. В годы, предшествующий и последующий за этим землетрясением, фиксируется увеличение числа крупных землетрясений. Однако установить какой либо продолжительный этап увеличения фоновой активности не удается, что обменяется достаточно высоким порогом чувствительности фиксируемых землетрясений (№4).

Аргументируется целесообразность продолжения дальнейшего наблюдения временного хода всех сейсмических параметров.

- II -

Глава 4. СоЯсюгческая сотрясаемое» территории Иордании.

Наибольшую практическую значимость представляют сведения о сейсмичесгаЯ согрясаемости территории В(I) - вероятностной мере сейсмической опасности, представляющей долговременную среднюю частоту сейсмических сотрясений любой заданной интенсивности I (или выше). Лобая методика определения сейсмической сотрясаемости предполагает предварительное установление закономерности затухания интенсивности землетрясения с увеличением расстояния до очага В данной работе била использована формула Шебалина

I - с.+ ь.к - г. при этом использовались среднемировые значения коэффициентов затухания С,, Ь., Б,, поскольку имеющиеся для территории Иордании данные недостаточны для расчета собственных коэф$ициен-тов. Однако, по единичным данным о фиксируемых сотрясениях в населенных пунктах, удаленных от очагов крупных землетрясений нашего столетия, удалось показать принципиальную применимость формулы Шебалина с обобщенными значениями коэффициентов затухания, исходя из отсутствия существенных расхоадений мевду расчетной и реальной интенсивностями сотрясений.

Расчет В(I) проводился на ЭВМ путем численного интегрирования с учетом полученных в главе 2 значений параметров сейсмического режима и параметров, определяющих зависимость КК.г).

Поскольку гипоцентральное расстояние г зависит от глубины очага, то при рзсчетах В{1) необходимо было ввести определенную модель распределения землетрясений по глубине. В работе использовались две модели распределений землетрясений по глубине: в одной из них землетрясения принимались равномерно распределенными на интерсале глубин от поверхности до 25 км, во второй - 75% землетрясений считались сосредоточенными в приповерхностной зоне мощностью Б км, а оставшиеся 25* попадали в интервал глубин от 5 до 25 км.

- 12-

Карт sen еейсмическе* елас»»сти Ивр1«ш»

р^Щ 5ви» пиишепмй сейсмичности а«ма умеуеимй сейс*нчи»ста

На основе проведенных расчетов построены карты средних периодов повторяемости землетрясения Т(1)-1/В(1) по трем классам интенсивности 5-6, 1-7, 1-8. Оценка достоверности полученных карт была проведена па основе имеющихся данных о крупных землетрясениях и вызванных ими сотрясениях, фиксируемых на местности. Показано, что лучшее совпадение отмечается в случае, когда в расчетах предполагалось неравномерное распределение землетрясений по глубине.

На основе полученных карт периодов повторяемости сотрясений определенной Сальности, была построена комплексная карта зон различной сейсмической опасности (рис.2). Наиболее активная зона, где шестибальные сотрясения повторятся с периодом Т<100 лет, семибалыше с периодом Т<300 лет, а восъмибальные с периодом Т<1000 лет. расположена по нижнему течению реки Иордан, а такле охватывает участок бассейна Мертвого моря. Северная часть этой зоны, в бассейне реки Иордан, является важным сельскохозяйственным районом с большой плотностью населения. Именно здесь учет сейсмической опасности при строительстве имеет первостепенное значение.

Глава 5. Шхазосзмы очагов аеылетряссюсй Иордаюи.

Данная глава посвящена исследованию механизмов очагов землетрясений, происходящих на территории Иордании. Реоекие этого вопроса важно для определения ориентации действующих в районе тектонических напряжений и соответственно для уточнения геотектонической модели района.

Оказалось, что классическая методика определения механизма очага по знакам первых вступлений на разных станциях, ссужающих очаг, в данном случае неприменима, так как существующая сейсморегистрирующдя сеть Иордании не обеспечивает данных в достаточно широком секторе азимутов и углов выхода Поэтому для нахождения поля действующих в районе тектонических напряжений пришлось воспользоваться методикой пространственного группирования землетрясений. Основной принцип этого метода базируется на предположении об однородности шля тектони-

ческих напряжений, приводящих к землетрясениям, группирующемся в пространстве. Благодаря этому предположению оказывается возможным анализировать не данные на ряде станций от одного очага, а данные одной станции от множества очагов, окру-хавдих станцию.

Для применения втой методики, предложенной ранее для исследования тектонических напряжений в области Байкальского рифта, необходимо было выделить группы землетрясений, происходят* в одинаковых условиях. В условиях Иордании, где землетрясения практически равномерно распределены в узкой зоне рифта, для выделения таких однородных групп учитывалась различная степень геотектонической сформированное^ рифта при движении с севера на юг. На основании этого были выделены широтные секторы, в пределах которых землетрясения предполагались имеквдми одинаковый механизм.

Действительно, оказалось, что пяти выбранных станциях распределение знаков вступлений от очагов в выбранных группах, является квадрантным, что позволило определить направления осей главных напряжений, которые приведены в следующей таблице.

I

(Станция ]

I_

I вш

I №

|

I КЖ I ш?

Ось сжатия

Аг | _I.

315 | 312 I 317 | 353 I 325 I _I.

10 5 11 75 10

Ось растяжения

Аз

47 45 45 40 56

10 5 11

20 9

Из таблицы видно, что оси главных напряжений близгоризонтальны, ось сжатия имеет направление север - северо-запад, ось растяжения - северо-восток. Эти результаты указывают на то, что современная тектоника обусловлена сдвиговыми движениями в меридиональном направлении по разломам Западно-Аравийского рифта.

е

- 15 -

Следует отметить, что эти результаты имеют статистический характер, и позволяют оценить ориентацию тектонических напряжений только в среднем. Для детального изучения тектоники района необходима сеть станций, рэспо^озйккьх так, чтобы обеспечить достаточно полное и равномерное распределение азимутов от очагов района. Этот аспект доджзн учитываться при Формировании национальной сейсмической сети.

Заключение.

В заключении формулируются основные задаваемые положения диссертационной работы:

1. Долина нижнего течения реки Иордан и бассейн Мзртвого моря являются районами наиболее опасными в сейсмической отношении. В этих районах строительные работы необходимо проводить по сейсмостойким методикам.

2. Вековой хода сейсмичности Иордании имеет пульсационный характер: периоды активизации (Т-160 лег) чередуются периодами стабилизации (Т-220 лет)

3. Главные оси напряжений в районе блгагориаонтальны, ось сжатия направлена на север - северо-запад, ось растяжения -на северо-восток.