Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Строение земной коры Джавахетской сейсмогенной зоны Малого Кавказа

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Квеладзе, Зураб Ильич

Общая характеристика работы (актуальность темы, цель и основные задачи, научная новизна, практическая ценность, апробация работы).

Глава I. ГЕОТЕКТОНИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ДЖАВАХЕТСКОГО НАГОРЬЯ В СИСТЕМЕ АЛЬПИЙСКОЙ СКЛАДЧАТОСТИ МАЛОГО

КАВКАЗА. СЕЙСМИЧНОСТЬ ЗЕМНОЙ КОРЫ.

§ I. Общие черты тектоники Малого Кавказа; характер и параметры глубинных разломов

§ 2. Рельеф поверхности и внутренняя структура фундамента; элементы структуры осадочного чехла. ■• '

§ 3. Рельеф границы-'Мохоровичича; внутренняя структура и геофизические параметры консолидированной коры.

§ 4. Сейсмичность Джавахетского нагорья; сейсмотектоника; структурная приуроченность эпицентров землетрясений

Глава П. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЛАБОЙ СЕЙС

МИЧНОСТИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ ФУНДАМЕНТА

§ I. Аппаратурный комплекс "Черепаха" - основные характеристики, системы регистрации

§ 2. Методика интерпретации - модели земной коры, годографы сейсмических волн

1.Принципы составления моделей.

2.Расчет годографов для построения эпицентров землетрясений.

§ 3. Методика определения координат гипоцентров местных" и близких землетрясений, оценка точности.

§ 4. Разработка способа повышения точности постоения гипоцентров "местных" землетрясений

1. Оценка точности построения гипоцентров землетрясений по общепринятой методике

2. Повышение точности аппроксимации разреза совокупностью моделей.

§ 5. Схема расположения эпицентров землетрясений, пространственные и глубинные закономерности

Глава Ш. СТРУКТУРА ФУНДАМЕНТА ПО МАТЕРИАЛАМ РЕГИСТРАЦИИ

МЕСТНЫХ" И БЛИЗКИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

§ I. Годографы КМПВ - основные кинематические закономерности, обобщенные характеристики волнового

§ 2. Годографы Р и S -волн от слабых землетрясений -- методика составления, основные кинематические характеристики

§ 3. Площадные системы регистрации и обработки преломленных (квазиголовных) волн от "местных" и близких землетрясений

§ 4. Рельеф поверхности фундамента Джавахетского нагорья.

Глава У. РАЗРЕЗЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПО МАТЕРИАЛАМ РЕГИСТРАЦИИ ПРОХОДЯЩИХ ОБМЕННЫХ ВОЛН ОТ ДАЛЕКИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

§ I.Волновое поле, временные разрезы

§ 2, Глубинные разрезы

Глава У. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ ДЖАВАХЕТСКОЙ

СЕЙСМОГЕННОЙ ЗОНЫ.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Строение земной коры Джавахетской сейсмогенной зоны Малого Кавказа"

Актуальность темы. Актуальность темы диссертации определяется потребностями науки и практики прогноза землетрясений, а при более общем рассмотрении - необходимостью совершенствования теоретических основ глубинной геологии и геофизики. Не случайно разностороннее изучение строения, состава и эволюции Земли предусмотрено "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года".

Вопросы связи сейсмичности с особенностями глубинного строения, составом, напряженным состоянием и другими характеристиками сейсмоактивных зон очень сложны и разработаны недостаточно. Можно назвать технические причины, сдерживающие эти исследования: ограниченность разрешающей способности сейсмологических методов, недостаточные объемы и несистематичность проведения специальных исследований, разномасштабность наблюдений и т.д. Но главная причина -- это отсутствие теоретических и методических основ изучения глубинных геологических условий сейсмических явлений [61]. Бесспорно одно - землетрясения рассматриваются как проявления тектонической деятельности, обусловленные процессами, происходящими в глубинных недрах Земли [I3,30j. Поэтому создание эффективной модели строения литосферы сейсмогенных зон является коренным условием научного подхода к решению проблемы прогноза землетрясений [62,68].

Джавахетское нагорье является одним из наиболее интересных объектов для таких исследований, так как представляет собой уникальную структуру, характеризующуюся постоянной многолетней высокой сейсмической активностью [22,38,79]. Изучение глубинного строения Джавахетской зоны долгие годы сдерживалось сложными сейсмогеологи-ческими условиями нагорья, не позволявшими использовать обычные методы взрывной сейсмологии (ГСЗ, КМПВ, MOB). Разработанная автором для сейсмогеологических условий Джавахетского нагорья методика исследований, использующая энергию слабых "местных" и сильных далеких землетрясений, позволила достаточно детально (М 1:200 ООО) изучить структуру фундамента, выделить разломные зоны, составить трехмерные модели земной коры,отдельных блоков, определить сейсмические параметры разрезов, наметить связи сейсмичности с особенностями глубинного строения.

Цель и основные задачи. Основная цель работы - детальное изучение структуры и сейсмических параметров земной коры Ддавахетской сейсмической зоны. Основные задачи: I - разработка методики сейсмических исследований земной коры, использующих энергию слабых "местных" и близких землетрясений; 2 - разработка способов интерпретации линейных и пространственных годографов Р и s -волн от слабых землетрясений для изучения фундамента и чехла; 3 - изучение структуры и сейсмических параметров земной коры и верхней части мантии Джавахетской сейсмогенной зоны, характера ее взаимоотношения со смежными структурами Малого Кавказа; 4 - исследование связи сейсмичности с особенностями глубинной структуры.

Научная новизна. Разработана и впервые опробована на Джавахет-ском нагорье методика сейсмических исследований КМИСЗ и МТБ, основанная на использовании энергии слабых "местных" и близких землетрясений. Впервые для Джавахетского нагорья построены экспериментальные годографы Р и S -волн, с высокой точностью определены координаты гипоцентров "местных" землетрясений, построена детальная карта рельефа поверхности фундамента центральной части нагорья, разрезы земной коры, схема глубин залегания поверхности Мохорови-чича, скоростные модели земной коры.

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы научными и производственными организациями для решения целого ряда геолого-геофизических задач. Из них наиболее важными являются: I. Схема расположения гипоцентров "местных" и близких землетрясений ( точность определения координат + 1,5 км ); 2. Годографы первых вступлений Р и 5 -волн для эпицентральных расстояний О - 60 км; 3. Карта рельефа поверхности кристаллического фундамента масштаба 1:200 ООО; А, Разрезы земной коры; 5. Схема глубин залегания поверхности Мохоровичича.

Разработанная методика КМИСЗ ( корреляционный метод использования слабых землетрясений ) и МТБ ( метод градиентов времени ) может быть использована для изучения структуры фундамента и других "опорных" границ в земной коре и верхней мантии в районах со сложными сейсмогеологическими условиями.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались: на научном семинаре отдела 400 ИФЗ АН СССР ( Москва, 1982г. ); на конференциях молодых ученых ИГ АН ГССР ( Тбилиси, 1982 г., 1984 г. ); на семинаре сектора региональной и поисковой геофизики ИГ АН ГССР ( Тбилиси, 1983 г. ); на ученом Совете ИГ АН ГССР ( Тбилиси, 1983 г. ); на научном семинаре лаборатории 910 ИФЗ АН СССР ( Москва, 1984 г. ); на кафедре геофизических методов исследований ТашГУ им. В.И.Ленина ( Ташкент, 1984 г. ).

В производственные геологические и геофизические организации Грузинской ССР и ряд геофизических институтов ( ИФЗ АН СССР, ИГ АН ГССР, ИССС АН АрмССР ) по теме диссертации передано два отчета.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 5 печатных и 2 рукописные ( фондовые ) работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 165 страницах машинописного текста, 59 рисунков, 13 таблиц и списка литературы из 82 наи

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Квеладзе, Зураб Ильич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые на Джавахетском нагорье в 1979-1980 гг. нами был осуществлен комплекс сейсмических исследований, использующий энергию слабых "местных" и сильных далеких землетрясений для изучения особенностей структуры земной коры Джавахетской сейсмогенной зоны. Для наблюдения использовался аппаратурный комплекс "Черепаха1.1 Сравнительно высокий частотный диапазон регистрируемых аппаратурой "Черепаха" сейсмических событий, площадная расстановка большого числа станций, долговременность наблюдений и соизмеримые с возможностями аппаратуры размеры площади исследований, позволили получить исключительно ценный материал по детальности, представительности и энергетическому диапазону. Он открывает широкие возможности для поиска характерных особенностей и даже деталей геодинамики сейсмического режима и упругих характеристик среды Джавахетской сейсмогенной зоны, их взаимодействия в пространстве и во времени. Этого, безусловно очень важного для науки и практики сейсмологии направления исследований, автор коснулся лишь вскольз, оставив его решение специалистам-сейсмологам. Рассмотренные в настоящей работе исследования были направлены, главным образом, на решение первой части проблемы - детального изучения структурных особенностей среды Джавахетской сейсмогенной зоны, применив для этого оригинальные методы наблюдений и интерпретации полученных материалов.

Изучение слабой сейсмичности было направлено на исследование закономерностей расположения очагов землетрясений, их концентрации и группировки в определенных зонах с целью создания на их основе корреляционных систем линейных годографов Р и S -волн и площадных интерпретационных систем для их пространственной (трехмерной) обработки. Построенные схемы расположения эпицентров (гипоцентров) слабых землетрясений основаны на данных обработки около I ООО близких и "местных" землетрясений с энергетическим классом от 4 до II. В первом приближении обработка материалов осуществлялась с использованием региональных годографов Г.К.Твалтвадзе и Г.Я. Мурусидзе, рассчитанных?в масштабе 1:500 ООО для всего Кавказа. Точность построений по этим годографам была сравнительно низкой и для удалений станция-эпицентр 100-200 км составляла + 15 км. Такая невысокая точность определения координат гипоцентров близких землетрясений связана с большим расхождением между параметрами обобщенного разреза земной коры Кавказа, описанному моделью, и реальными для Джавахетского нагорья. Дальнейшая обработка сейсмограмм от близких землетрясений (д > 50 км) осуществлялась по годографам, рассчитанным по моделям для северной зоны нагорья, соответствующей восточному крылу Аджаро-Триалетской системы, и южной, соответствующей северной оконечности Артвинско-Болнисской глыбы. Точность определения координат гипоцентров и в этом случае была также относительно невелика (+4-6 км). Для малых эпицен-тральных расстояний (д < 50 км) эти годографы оказались непригодными в связи со значительной изменчивостью мощности и скоростных параметров осадочного слоя. Это обусловило необходимость построения гипоцентров "местных" землетрясений по годографам, рассчитанными в масштабе 1:200 000 для конкретных моделей строения осадочной толщи. Последнее определило большую специальную работу по тщательному изучению глубинного строения района исследований. В основу анализа были положены полученные ранее материалы КМПВ, а также сейсмические и магнитные данные последних лет.

Все установленное многообразие строения осадочной толщи и ее скоростных параметров было описано четырьмя обобщенными моделями. Использование расчетных годографов для конкретных моделей, учитывающих изменчивость скоростных характеристик осадочных пород над (под) очагом и в пункте регистрации позволило повысить точность построения гипоцентров землетрясений до + 1,5. На построенной по этим годографам схеме эпицентров выделена обширная зона их сгущения в пределах Джавахетского хребта. Эта группа землетрясений характеризуется сравнительно небольшими значениями энергий, малыми глубинами очагов (до 6 км) и многочисленностью событий. В пределах зоны по плотности и закономерности сгущения эпицентров выделяются отдельные подзоны: I - между Дманиси и Сарагюхом, 2

- между Богдановкой и Дманиси, 3 - на востоке от Гореловки и 4

- к югу от Владимировки. Три первые подзоны вытянуты в поперечном к общекавказскому простиранию направлении, четвертая имеет Кавказское простирание. Выделяется также несколько локальных изометри-чной формы зон сгущения эпицентров в районах расположения регистрирующих станций: Бавра, Сарагюх, Зуйгахпюр и Арташен. Здесь плотность очагов значительно меньше, расположены они более или менее равномерно по площади и почти у поверхности Земли (0-3 км).

Эффективность использования Р и S -волн, возбужденных "местными" и близкими землетрясениями, для структурных сейсмических построений, в частности, для изучения рельефа поверхности фундамента, прямо зависит от точности определения координат гипоцентров. Использование расчетных годографов для конкретных моделей, учитывающих изменчивость мощностей и скоростных характеристик осадочных слоев, позволило повысить точность построения гипоцентров до + 1,5 км. Построенная с такой точностью схема эпицентров позволила составить достаточно плотную корреляционную систему встречных и в отдельных случаях нагоняющих годографов преломленных Р ий- волн. Вместе с тем, обозначилась необходимость увеличения точности определения координат землетрясений, Р и S -волны от которых формируют годографы первых вступлений вдоль выбранных направлений (профилей) в связи с относительно большим разбросом точек.

Автором, совместно с И.С.Вольвовским и П.М.Бакманом, была разработана методика учета изменчивости параметров осадочного разреза ( а Н и д V ) на всем пути распространения сигнала от очага до станции регистрации, позволившая еще в 2-2,5 раза повысить точность определения координат гипоцентров и в наиболее оптимальных условиях регистрации (зависящих от числа станций, эпицентральных расстояний, уровня "шума" и т.д.) довести ее до первых сотен метров. Как показал анализ, достаточно ощутимые ошибки при построении гипоцентров "местных" землетрясений допускаются даже при использовании конкретных теоретических годографов за счет искажения условий распространения сейсмических волн при переходе от реального разреза к модели, то есть искажается соотношение времен пробега волн в средах с различными значениями скоростей их распространения. Причем, величина ошибки является функцией глубины расположения источника, эпицентрального расстояния и соотношения глубин залегания поверхности фундамента на различных моделях,чтобы уменьшить ошибку, требуется свести к минимуму разницу времен пробега волн в реальном разрезе и на модели, для этого расчет годографов нужно вести не для горизонтальных, а для наклонных границ. Для упрощения расчетов нами разработана специальная схема с использованием математического аппарата, применяемого для расчета годографов в средах с горазонтальными границами. В этой схеме глубина источника определяется относительно горизонтальной линии поверхности фундамента, а не относительно дневной поверхности. Такой подход позволяет наилучшим образом сохранить соотношение времен пробега волн в средах с различными значениями скоростей их распространения. Точность описания разреза совокупностью моделей по предложенной методике оказалась на порядок выше.

Для оценки эффективности методики было проведено сравнение точности построения эпицентров по общепринятой и разработанной методикам на экспериментальном материале. Построения подтвердили полученный при теоретических расчетах результат - многоугольники невязки получаются небольшие, при этом имеются пересечения засечек с весами 60-80%. При сравнении положений эпицентров, построенных по предложенной методике с теоретически рассчитанными, получаются расхождения в первые сотни метров.

Другим важным моментом предложенной методики является возможность более точного определения глубины расположения источника. Она основана на принятой посылке о неизменности положения источника относительно поверхности фундамента, т.е. определенная по совокупности годографов глубина очага дает информацию о его положении относительно поверхности фундамента. Следует отметить, что применение данной методики имеет смысл при наличии в верхней части разреза низкоскоростной толщи, разного скачка скоростей на границах, при глубинах расположения источника до 10-15 км и эпицентраль-ных расстояниях до 50-60 км. Указанные рамки применения методики связаны с тем, что за их пределами при разных способах описания разреза моделями нивелируется, так как в значениях времен пробега сейсмических волн наибольший вес приобретает их пробег в высокоскоростной среде, а оно для обеих моделей становится практически равным.

Для решения структурных задач в построенную по расчетным годографам схему эпицентров слабых землетрясений были внесены соответствующие поправки (для событий, которые использовались для построений).

На базе построенной по разработанной методике схеме эпицентров "местных" и близких землетрясений составлены корреляционные системы встречных (и нагоняющих) линейных годографов Р и $ -волн, явившиеся основой построения двумерных и трехмерных разрезов по поверхности фундамента. Построения эти проводились двумя методами, Первый из них, разработанный автором и названный "Корреляционным методом использования слабых землетрясений" (КМИСЗ),основан на построении линейных годографов продольных и поперечных сейсмических волн от слабых "местных" и близких землетрясений; второй метод, разработанный при участии автора на кафедре геофизических методов исследования ТашГУ им. В.И.Ленина под руководством профессора Б.Б.Таль-Вирского и названный "Методом градиентов времени" (МГВ)-основан на построении пространственных годографов продольных и поперечных сейсмических волн от взрывов и землетрясений. Возможность использования этих методов заключалась в надежности выделения чистого сигнала первого вступления Р и S-волн, высокой точности определения координат эпицентров слабых землетрясений и достаточной статистике событий (500 событий на площади~40х40км). Важное значение для оценки надежности сейсмологических построений имело наличие на площади исследований профилей КМПВ, совпадающих с направлением сейсмологических годографов или проходящих вблизи них.

Благодаря достаточно плотному расположению пунктов регистрации, большой продолжительности непрерывной записи, позволившей произвести выборку представительных материалов, и хорошей их сопоставимости с данными КМПВ, удалось составить по ряду направлений системы годографов Р и S -волн. Выбранные системы встречных , а иногда и нагоняющих годографов преломленных волн обеспечили практически равномерное освещение разреза по всей площади наблюдений. В свою очередь выбранные направления (профили) наиболее полно обеспечены материалом и достаточно равномерно вдоль всего годографа, т.е. густота и плотность расположения эпицентров землетрясений с глубиной очага до 3 км (от поверхности Земли) были достаточными и оптимальными для построения представительных годографов первых вступлений Р и S -волн. Всего было составлено 6 встречных систем годографов (профилей): Зуйгахпюр-Ахалкалаки, Зуйгахпгор-Триалети, Сарагюх-Баличи, Ахалкалаки-Дманиси, Богданов-ка-Триалети, Богдановка-Дманиси.

Первые вступления волн Р на сейсмограммах от "местных" и близких землетрясений выделены, как правило, надежно и с достаточной точностью по первому резкому началу колебаний. Степень надежности выделения первого сигнала волны в основном зависела от фона помех. Там, где отношение сигнал-помеха (Ас/Ап) было больше 5, вступление волны В найдено уверенно, где Ас/Ап < 3 - выделение полезного сигнала было неустойчивым. В этом случае большое значение имело соотношение частот полезного сигнала и волн помех.

На годографах КМИСЗ в интервале наблюдений от 3-4 до 60 км выделены три группы волн и определены следующие их кинематические параметры: волны первой "осадочной" группы Р^с ( £>,ос), связанные с кровлей лавовых покровов, регистрируются в интервале наблюдений от 3-4 до ~ 10 км, характеризуются Vp = 3,6-3,8 км/с иЦ= =2,2-2,3 км/с ; волны второй "осадочной" труппы Pg0 ( $2С) характеризуют кровлю туфогенной свиты среднего эоцена, занимают годограф первых вступлений в интервале 3-10-20 км, имеют Vj3=5,0--5,2 км/с и Vs*=2,8~3,2 км/с. К поверхности фундамента приурочена третья группа волн - Р^ ( S<j>), регистрирующая в интервале наблюдений 6-20-60 км с Vp=5,4~6,4 км/с и Vs =3,2-3,6 км/с. Приведенные кинематические параметры преломленных волн, снятые со сводных годографов "Ахалкалаки" и "Дманиси", характеризуют среднестатистические волновые поля, соответственно для западной и восточпой частей Джавахетского нагорья. Определены также кинематические параметры волн в более узких пределах по каждой паре встречных годографов вдоль отдельных профилей.

Эти же данные регистрации слабых землетрясений, отобранные по определенной системе, использованы для пространственной (трехмерной) интерпретации по методике МТБ. Разработанная для обработки годографов головных волн от взрывов, методика МТБ была приспособлена автором для интерпретации сейсмологических материалов и впервые опробована на массиве данных по Джавахетскому нагорью. Положенный в основу системы машинной обработки алгоритм включает в себя определение расстояний между пунктами возбуждения и приема колебаний, заданными географическими координатами; вычисление азимутов следов плоскости сейсмических лучей на поверхности наблюдений; минимизацию функционала и выбор наиболее вероятных решений относительно превышений преломляющей границы под точками наблюдений (по нормали к границе) и граничной скорости; оценку достоверности и доверительного интервала найденных значений. Ориентируясь на определенные выше кинематические параметры волнового поля и используя разнообразные сочетания из трех станций (очагов), были получены дважды и трижды проконтролированные значения граничных скоростей. Результаты обработки материалов приведены как ввиде линейных сейсмических разрезов, так и в площадном варианте ввиде изолиний глубин. Всего составлено 8 разрезов в центральной части нагорья, в районах мало обеспеченных данными КМИСЗ. Глубины до поверхности фундамента на этих разрезах изменяются от + 0,5 км в районах Триалети и Дманиси, до 2-х км в районе Зуйгахпюр-Сарагюх; значения граничных скоростей от 5 до 7 км/с.

Вся совокупность полученной информации вместе с данными МОВЗ и КМПВ явилась основой составленной автором карты рельефа поверхности фундамента Джавахетской сейсмогенной зоны в масштабе 1:200 ООО. На карте четко обозначилась блоковая структура фундамента, подчеркнутая серией известных: Аджаро-Триалетским, Локско--Агдамским, Самсарским, Кечутским и вновь выделенными: Триалетс-ким, Центрально-Джавахетским и Дманисским разломами. В рельефе фундамента, глубина залегания поверхности которого изменяется от + 0.5 до -4 км, выделяются четыре впадины: Бакурианская, Цент-рально-Джавахетская, Восточно-Джавахетская, Южно-Джавахетская и два выступа: Ахалкалакский и Храмский. Наиболее глубокой является Бакурианская впадина - 4 км, наиболее мелкой - Центрально-Джава-хетская - 1,5 км. Выступы фундамента очерчены изолинией "0" км (1,3 - 1,6 км от поверхности Земли).

Глубинная структура земной коры изучалась методом проходящих обменных волн от сильных далеких землетрясений. При построении разрезов использованы данные по обменным волнам от 100 землетрясений из разных эпицентральных зон (азимуты на эпицентр от 0 до 360°). Наиболее информативными оказались землетрясения из Японии, Курило-Алеуто-Камчатской эпицентральной зоны, Индонезии, Филиппин. Статистический анализ всего полученного материала позволил выделить в разрезе земной коры девять "временных" границ: в осадочном слое (дЦ5Р = 0,2-0,5 с), поверхность фундамента (0,6-1,2 с), две границы в "гранитном слое" (1,3-2,2 с), три границы в "базальтовом" слое (2,4-4,7 с), поверхность Мохоровичича и одну границу в верхней части мантии (7,0 - 7,2 с). Все временные границы достаточно статистически выражены и вполне надежно про-коррелированы от точки к точке.

Построены три разреза МОВЗ: меридиальный Бакуриани-Арташен и два субширотных Ахалкалаки-Триалети и Родионовка-Аспиндза. Для построения разрезов использовались обобщенная скоростная модель земной коры Джавахетского нагорья. На профилях четко обозначена слоисто-блоковая структура земной коры. По серии субвертикальных или слабо наклонных разломов обособляются достаточно мелкие ( ~ 20 х 20 км) блоки земной коры, внутри которых выделяются субгоризонтальные границы, образующие сравнительно толстые ( 4-8 км) слои. Корреляция "стратифицированных" границ между блоками и профилями сделана в большинстве случаев достаточно надежно. Выделение и трассирование на глубину разломов сделано по ряду сейсмических, общих геофизических и геологических признаков.

По профилю Бакуриани-Арташен поверхность фундамента, за исключением Ахалкалакского поднятия, проходит на уровне около 4,0 км. В пределах Ахалкалакского поднятия эта поверхность залегает на глубине чуть большей 2 км, а в Бакурианской впадине погружена на максимальную глубину - до 5,5 км. Мощность "гранитного" слоя в целом по профилю достаточно выдержана 12-16 км. При более детальной? анализе можно выделить блоки коры с минимальной мощностью "гранитного" слоя - Боржомский и Бакурианский (12,5 км) и с наибольшей - Самсарский блок (16,5 км). Средняя мощность "базальтового" слоя по профилю 25-28 км. Минимальная его мощность отмечена в пределах Самсарского и Базумского блоков (25 км), максимальная -- в пределах Бакурианского блока (30,5 км).

На широтных профилях Ахалкалаки-Триалети и Родионовка-Аспинд-за мощность осадков резко уменьшается с запада на восток, достигая в районе Триалети минимальной на Джавахетском нагорье величины - 0,7 км. В этом же направлении уменьшает свою мощность и "гранитный" слой - от 15 км в районе Ахалкалаки до 13,5 км под Триалети. Мощность "базальтового" слоя наоборот с запада на восток возрастает от 28 до 32 км. Особенностью разреза Ахалкалаки--Триалети является граница обмена, выделяемая в верхней части "гранитного"слоя. По ряду характерных признаков она может интерпретироваться как кровля слоя с инверсией скорости, глубина ее залегания 4,5-6 км. Отмечается региональный подъем этой инверсионной границы с запада на восток от 5,5 км в районе Ахалкалаки до 4,5 км в районе Родионовки; здесь после разлома она опущена на глубину порядка 6 км и снова воздымается до 4,5 км восточнее Триалети.

Обменные волны от границы Мохоровичича выделяются и "стратифицируются" не всегда надежно, точки на разрезах ложатся с разбросом, образуя зоны толщиной 4-6 км. Очевидно следует говорить о фиксации не границы Мохоровичича, а переходной тонкослоистой зоны "кора-мантия" (зоны М).

Рассмотренные разрезы МОВЗ, данные ГСЗ и МОВЗ по смежным районам и материалам интерпретации обменных волн по площадной расстановке позволили построить схему глубин залегания границы Мохоровичича, провести районирование территории Джавахетского нагорья по типам строения.

Главной особенностью глубинной структуры Джавахетской сейсмогенной зоны является ее резкая дифференциация по мощностям земной коры. На сравнительно небольшой территории (~100хЮ0 км ) выделено семь блоков земной коры: I - Боржомский, 2 - Бакурианский, 3 -- Ахалкалакский, 4 - Самсарский, 5 - Базумский, 6 - Дманисский, 7 - Степанованский. В их пределах мощность земной коры изменяется от 42 - 44 км до 50 - 52 км, т.е. более чем на 10 км (!). Неодинакова и внутренняя структура коры - характер расслоенности, количество слоев, их мощности, углы наклона границ, характер их взаимного залегания. Границами блоков являются "сейсмические" разломы, в отдельных частях совпадающие с шовными зонами, обозначенными на тектонической карте Кавказа. Наиболее тонкой корой (42 - 46 км) характеризуется Ахалкалакский блок, а также примыкающие к нагорью с севера и с юга Боржомский и Базумский блоки. Наиболее толстая кора (50-54 км) отмечена в пределах Степанованского блока; Бакурианский, Самсарский и Дманисский блоки имеют мощность земной коры порядка 46 - 50 км. В целом же к западу от Джавахетского разлома кора тоньше (до 50 км), а к востоку толща (более 50 км). Обратная картина наблюдается для мощностей осадочного слоя - в пределах Боржомского и Базумского блоков мощность осадков более 4 км, Дманисского - всего I км. ^Вообще к западу от Джавахетского разлома мощности осадков довольно большие -- более 4,5 км, к востоку они едва достигают I км.

В целом, в пределах выделенных блоков, мощности крупных "стратифицированных" слоев характеризуются сопоставимыми значениями. В то же время мощность консолидированной коры, степень ее расслоен-ности, устойчивость прослеживания отедльных наиболее отчетливых границ, степень конформности границ и другие поддающие вычислению параметры меняются от блока к блоку.

Сопоставление особенностей строения земной коры различных зон Джавахетского нагорья с характером сейсмичности указывает на наличие между ними определенных закономерностей и взаимных связей. Так, например, рассматривая корреляцию глубинного разреза по профилю Бакуриани-Арташен с данными о разности времен регистрации волн PS на х и у -каналах, величина которой характеризует степень анизотропности слабых и сильных землетрясений по глубинам можно установить, что выделенные выше блоки земной коры - Боржомско-Ба-курианский,Ахалкалакский,Самсарский имеют существенно разные характеристики по отмеченным параметрам. По слабой сейсмичности наиболее активными являются северный и южный блоки. Причем активность этих блоков разная по своей природе. Сейсмоактивность северного блока, по-видимому, связана с предполагаемым разломом между точками Бакуриани и № I, активность южного блока, в осноб-нов, связана с границей осадки - фундамент. Средний Ахалкалакский блок по этим параметрам является "глухим", т.е. здесь отмечена самая низкая сейсмическая активность. Для южного и северного блоков характерна и большая степень анизотропности среды, в то время как центральный приподнятый блок характеризуется меньшей анизотропностью среды. Таким образом, можно предположить, что распределение слабой сейсмической активности, в основном, определяется особенностями строения осадочной толщи. Сопоставляя разрез с гистограммами сильных землетрясений можно также уловить некоторые закономерности. Центральный (Ахалкалакский) блок здесь наоборот наиболее сейсмически активен. Максимум количества землетрясений в северном и южном блоках приурочен к границе "гранит-базальт", тогда как в центральном блоке отмечаются два максимума активности на глубинах 10 и 22 км, разделенных зоной относительного спокойствия. Таким образом, можно констатировать, что природа сейсмической активности в разных блоках разная и связана с какими-то особенностями строения каждого блока, которые еще предстоит исследовать.

Основные итоги выполненных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. Впервые по материалам наблюдений с аппаратурой "Черепаха" составлена для Джавахетского нагорья схема (М 1:200 ООО) расположения гипоцентров слабых (К = 4-II) землетрясений с высокой (±1,5 км) точностью определения их координат. Такая точность построений достигнута за счет применения оригинальной методики учета неодно-родностей осадочного разреза над (под) очагом и в пункте регистрации.

2. Разработана и впервые опробована на массиве данных по Джа-вахетскому нагорью методика сейсмических исследований земной коры - 1ШИСЗ, основанная на использовании энергии слабых "местных" и близких землетрясений. На базе построенной схемы эпицентров составлены корреляционные системы встречных (и нагоняющих) годографов Р и S -волн и проверена их интерпретация с построением сейсмических разрезов.

3. По материалам КМИСЗ составлены сводные годографы Р и $ -волн (А = 0 - 60 км, М 1:500 ООО) "Ахалкалаки" и "Дманиси", являющиеся сейчас в регионе наиболее представительными годографами по фактическому насыщению. Они могут быть использованы для сейсмологических построений и волновой интерпретации материалов слабых землетрясений в Джавахетской сейсмогенной зоне.

4. Усовершенствована и впервые на массиве сейсмологических данных по Джавахетскому нагорью опробована новая методика пространственной (трехмерной) интерпретации сейсмических материалов -- МТБ (метод градиентов времени). Методика разработана в ТашГУ под руководством профессора Б.Б.Таль-Вирского для интерпретации дискретных годографов головных волн от взрывов.

5. Впервые для центральной части Джавахетского нагорья составлена карта рельефа поверхности -кристаллического фундамента (Ml;200 000). Уточнена рисовка изолиний на картах предыдущих исследований'в районах, примыкающих к Джавахетскому нагорью, сделана их увязка с нашими материалами. В центральной части '.нагорья выделены новые разломы: Триалетский, Центрально-Джавахетский, Дманисский; обозначены четыре впадины: Бакурианская, Центрально--Джавахетская, Восточно-Джавахетская, Южно-Джавахетская, и два выступа: Ахалкалакский и Храмский.

6. Изучено строение земной коры по профилям МОВЗ: Бакуриани--Арташен, Ахалкалаки-Триалети и Родионовка-Аспиндза, составлен сводный разрез МОВЗ-ГСЗ Остемберян-Джава. Впервые для Джавахетского нагорья в масштабе 1:200 000 составлена схема глубин залегания поверхности Мохоровичича. По значениям мощностей земной коры и особенностям ее внутреннего строения выделено семь блоков, даны их геолого-геофизические характеристики.

7. Сделано сопоставление особенностей глубинной структуры земной коры с параметрами сейсмичности. Показано наличие между ними определенных закономерностей и взаимных связей. Определены направления будущих исследований.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Квеладзе, Зураб Ильич, Тбилиси

1. Абакелия М.С. Геологические причины Храмской магнитной аномалии. Тр. Груз, филиала АН СССР, т. Ш, 1938.

2. Абдулов М.В. Строение земной коры по данным гравиметрии на центральном и западном Кавказе. Сов. геол. , 1963, № 9.

3. Адамия Ш.А., Кулашвили С.И., Рубинштейн М.М. Место Дма-нисского района в тектонической структуре Кавказа. В кн.: Дманисское землетрясение 2 января 1978 г. М., Наука, 1982.

4. Айзенберг М.А. Глубинное строение межгорных впадин Грузии по данным геофизических исследований в связи с поисками нефти и газа. Автореф. кандидатской дисс. Октябрьский, 1962.

5. Алексеев А.С., Вольвовский И.С., Ермилова Н.И. и др.

6. К вопросу о физической природе некоторых волн, регистрируемых при ГСЗ. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № II, 1963, № I, 1964.

7. Алексидзе М.А., Гоцадзе О.Д., Гогиашвили Д.В. Определение плотности гипоцентров землетрясений. Сообщ. АН ГССР, т.91, Ш I, 1978.

8. Андреев С.С. Изучение глубинного строения земной коры при помощи обменных волн PS , регистрируемых при землетрясениях. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № I, 1975.

9. Архангельский В.Г., Введенская Н.А., Гайский В.Н. Руководство по производству и обработке наблюдений на сейсмических станциях СССР, часть 2, Изд. АН СССР, М., 1954.

10. Асланян А.Т. Тектоника. В кн.: Геология СССР, т. I , Армянская ССР. М., Недра, 1970.

11. Балавадзе Б.К. Гравитационное поле и строение земной коры в Грузии. Изд. АН ГССР, Тбилиси, 1957.

12. Балавадзе Б.К., Твалтвадзе Г.К. Строение земной коры За-кавказско-Каспийской впадины по геофизическим данным. В кн:Докл. советских геологов на XXI сессии Международного геол. конгресса. Проблема 2. Изд. АН СССР, М., I960.

13. Белоусов В.В. Условия и механизм возникновения землетрясений. Тр. ИГ АН СССР, J* 5 (152), 1954.1.4. Беляевский Н.А. Земная кора в пределах территории СССР. М., Недра, 1974.

14. Берзон И.С. Пространственная задача интерпретации годографов преломленных волн. Тр. ИТГ АН СССР, т. П, вып. 2, 1947.

15. Борисов А.А. и др. Возможности разведочной геофизики при изучении сейсмоопасных зон. М., Наука, 1975.

16. Бунэ В.И. и др. 0 сейсмическом риске на территории Кавказа. Вычислительная сейсмология, вып 8, 1975.

17. Булин Н.К. Определение глубины складчатого фундамента при помощи обменных проходящих волн типа PS , регистрируемых при землетрясениях. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 6, I960.

18. Бюс Е.И. Новые данные о Табацкурском землетрясении 7-8 мая 1940 г. Сообщ. АН ГССР, т. Х1У, № 2, 1953.

19. Бюс Е.И. Сейсмические условия Закавказья, ч. I, П, Ш. Изд. АН ГССР, Тбилиси, 1948, 1953, 1955.

20. Варданян Л.А. Сейсмотектоника Кавказа. Тр. Сейсмолог, и-та АН СССР, № 64, 1935.

21. Вебер В.Н. О землетрясении в Ахалкалакском уезде 19.ХП. 1899 г. Изв. Кавк. отд. Русского географ, об-ва, т. ХШ, 1900.

22. Вольвовский И.С. Сейсмические исследования земной коры в СССР. М., Недра, 1973.

23. Вольвовский И,С,, Краснопевцева Г.В., Разинкова М.И. Теоретические кинематические и динамические годографы сейсмических волн для моделей земной коры крупных тектонических структур территории СССР. Изд. "ВНШГеофизика", М., 1977.

24. Вольвовский И.С., Бакман П.М. К вопросу о точности построения гипоцентров "местных" землетрясений на Джавахетской нагорье. Тр. ИГ АН ГССР, Тбилиси, Мецниереба, 1983.

25. Вольвовский И.С., Кухмазов С,У., Натрошвили Л.И. и др. Глубинное строение и сейсмичность Джавахетского нагорья. Тр. ИГ АН ГССР, Тбилиси, Мецниереба, 1983.

26. Вольвовский И.С., Бакман П.М., Квеладзе З.И. и др. Строение земной коры Джавахетской сейсмогенной зоны Малого Кавказа. Геофиз. журнал АН УССР, В 5, 1984.

27. Гамкрелидзе П.Д. Основные черты тектонического строения Грузии. Тр. ГИН АН СССР, сер. геол., т. 10 (15), 1957.

28. Гамкрелидзе П.Д. Глубинные разломы в тектоническом строении Грузии. В кн.: Гималайский и альпийский орогенез. М., Недра, 1964.

29. Гзовский М.В. Тектоно-физическое обследование геологических критериев сейсмичности. Изв. АН СССР, геофизика, Л> 3,1957.

30. Годин Ю.Н. Региональные геофизические исследования. Геол. нефти, В 6, 1957.

31. Годин Ю.Н. Глубинное строение Туркмении по геофизическим данным. М., Недра, 1969.

32. Гоцадзе О.Д. К исследованию Мадатапского землетрясения. Изв. АН СССР, Физ. земли, № 4, 1968.

33. Гоцадзе О.Д. Об условиях возникновения Джавахетских землетрясений. Тр. Ш Всесоюзного симпоз. по сейсмич. режиму. Новосибирск, 1969.

34. Давыдова Н.И., Краснопевцева Г.В., Манилов С.А. и др. Результаты глубинного сейсмического зондирования земной коры на Кавказе. В сб.: Глубинное строение Кавказа. М., Наука, 1966.

35. Джанелидзе А,И. К вопросу о тектоническом расчленении территории Грузии. В сб.: Вопросы петрографии и минералогии. Изд. АН СССР, М., 1958.

36. Джаникашвили М.Г. Геологическое строение Самсарского хребта и смежных с ним районов по геофизическим данным. Автореф. канд. диссертации, Тбилиси, Г979.

37. Джибладзе Э.А. О сейсмичности Джавахетского нагорья. Изв. АН СССР, Физика земли, № I, 1975.

38. Джибладзе Э.А. Определение глубин очагов и средних скоростей сейсмических волн для землетрясений Джавахетского нагорья. Тр. ИГ АН ГССР, т. 19, I960.

39. Джиджеишвили И.О. Сейсмотектоника Джавахетского нагорья. Автореф. канд. диссертации, Тбилиси, 1980.

40. Дзоценидзе Н.М., Кулошвили С.И. К геологии вулканогенных образований центральной части Джавахетского хребта. Сообщ.

41. АН ГССР, т. 79, № 3, 1975.

42. Дманисское землетрясение 2 января 1978 г. (отв. ред. Ш.Г. Ыепетваридзе). М., Наука, 1982.

43. Егоркина Г.В., Гаретовская И.В., Соколова И.А. и др. Возможности использования сейсмических станций "Земли" при изучении сейсмоопасных зон на примере Армении. В сб.: Геофизические поля и сейсмичность. М., Наука, 1975.

44. Егоркина Г.В. Соколова И.А., Егорова JI.M. Изучение глубинных разломов по материалам станции "Земля" на территории Армении. Разведочная геофизика, № 7, 1976.

45. Епинатьева А.П. Дополнительные критерии для разведки тектонических нарушений сейсмическими методами преломленных волн. Геофз. сб. АН УССР, вып. 76, 1977.

46. Иоселиани М.С. Строение осадочного комплекса и кристаллического фундамента территории Грузии по геофизическим данным. Тбилиси, Мецниереба, 1969.

47. Иоселиани М.С., Карцивадзе Г.Е. К вопросу сейсмологического строения Ахалкалакского нагорья и некоторых смежных районов. Тр. ИГ АН ГССР, т. ХУШ, 1959.

48. Иоселиани М.С., Бугинишвили B.C., Квеладзе З.И. и др.

49. К вопросу изучения горизонтальной неоднородности поверхности фундамента в некоторых районах Грузии по данным КМПВ. Тр. ИГ АН ГССР, т. 47, 1980.

50. Иоселиани М.С., Махарадзе Р.К., Чичинадзе В.К. Изучение морфологии поверхности кристаллического фундамента территории Ахалкалакского нагорья по сейсмическим данным. Тр. ИГ АН ГССР, т. 37, 1976.

51. Иоселиани М.С., Хвелидзе Н.С., Чичинадзе В.К. 0 глубинном строении Ахалкалакского нагорья по сейсмическим данным. Тр.1. ИГ АН ГССР, т.42,1978.

52. Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М., Наука, 1975.

53. Краснопевцева Г.В., Матушкин Б.А., Попов Е.А. Геофизические исследования на региональном профиле Волгоград-Нахичевань. Изв. АН СССР, сер. геол., М2, 1967.

54. Краснопевцева Г.В., Матушкин Б.А., Шевченко В.И. Новая интерпретация данных ГСЗ по профилю Степное-Бакуриани. Сов. геол. №8, 1970.

55. Кунин Н.Я. Комплексирование геофизических методов при геологических исследованиях. М., Недра, 1972.

56. Лебедева Т.М. Микросейсмические материалы Табацкурского землетрясения 7 мая 1940. Сейсмич. бюлл. т.ХШ, Тбилиси, 1947.

57. Леонов Н.Н. Тектоника и сейсмичность Памиро-Алайской зоны. М., Изд. АН СССР, 1966.

58. Милановский Е.Е., Короновский Н.В. Орогенный вулканизм и тектоника Альпийского пояса Евразии. М., Недра, 1973.

59. Милановский Е.Е., Хайн В.Е. Геологическое строение Кавказа Изд. МГУ, М., 1963.

60. Мурусидзе Г.Я. Строение земной коры и верхней мантии Грузии и сопредельных районов по сейсмологическим и сейсморазведоч-ным данным. Тбилиси, Мецниереба, 1975.

61. Мушкетов И.В. Материалы по Ахалкалакскому землетрясению. Тр. геол. ком., вып. I, 1903.

62. Мячкин В.И. Физические основы прогноза землетрясений. Земля и вселенная, № 6, 1978.

63. Национальная программа СССР по прогнозу землетрясений. Изд. ИФЗ АН СССР, М., 1981.

64. Померанцева И.В., Мозженко Л.Н. Сейсмические исследования с аппаратурой "Земля". М., Недра, 1977.

65. Раджабов М.М. Способ оценки величины ошибки в определении глубин преломляющих границ по одиночным продольным годографам преломленных волн. Тр. Аз НИИ ДН. вып. 13, 1964.

66. Райзман В.И. Аппаратура для региональных сейсмических исследований. Автореф. канд. диссертации, М., 1979.

67. Рубинштейн М.М. Некоторые вопросы сейсмотектоники Грузии. Тр. Совета по тектонике альпийской геосинклинальной области юга СССР. Изд. АН АзССР, Баку, 1956.

68. Рубинштейн М.М., Цхакая А.Д. Сейсмотектонические особенности Ахалкалакского (Джавахетского) нагорья. Тр. ИГ АН ГССР, т. ХУЛ, 1958.

69. Садовский М.А., Нерсесов И.Л. Вопросы прогноза землетрясений. Изв. АН СССР, Физика Земли, №, 1978.

70. Сехниаидзе Г.А. Магнитное поле Грузии и его геологическая интерпретация. Автореф. канд. диссертации, Тбилиси, 1976.

71. Сихарулидзе Д.И., Тутберидзе П.Г. О группах поверхностных сейсмических волн, формирующихся в различных слоях земной коры. Тр. ИГ АН ГССР, т.ХХП, 1965.

72. Соллогуб В.Б. Изучение глубинных разломов земной коры методом глубинного сейсмического зондирования. Геофиз. сб. АН УССР, вып. 30, 1968.

73. Сорский А.А. Основные черты строения и развития Кавказа в связи с его глубинной структурой. В сб.: Глубинное строение Кавказа. М., Наука, 1966.

74. Схиртладзе Н.И. Постпалеогеновый эффективный вулканизм Грузии. Изд. АН ГССР, Тбилиси, 1958.

75. Твалтвадзе Г.К. Строение земной коры в Грузии и построение систем теоретических годографов. Изд. АН ГССР.Тбилиси,I960.

76. Твалтвадзе Г.К., Карщвадзе Г.Е. Новые данные о расположении эпицентров и гипоцентров землетрясений Кавказа. Тр. ИГ АН ГССР, т.ХУ, 1957.

77. Твалтвадзе Г.К., Мурусидзе Г.Я., Иоселиани М.С. и др. Результаты работ по изучению поверхности кристаллического фундамента на Ахалкалакском нагорье сейсмическими методами. Тр. ИГ АН ГССР, т.33, 1974.

78. Цхакая А.Д. Графики повторяемости и карта сейсмической активности Кавказа. Изв. АН СССР, сер. Физика Земли, №8,1965.

79. Цхакая А.Д. О глубинных Кавказских землетрясениях. Изв. АН СССР, сер. геофиз., №5, 1962.

80. Цхакая А.Д. Сейсмичность Джавахетского (Ахалкалакского) нагорья и прилегающих районов. Тр. ИГ АН ГССР, т.ХУ1,1957.

81. Шенгелая Г.Ш. Строение земной коры в западной части бассейна р.Куры. Тбилиси, Мецниереба, 1968.

82. Юров Ю.Г. Строение земной коры на Кавказе и изостазия. Сов. геол., №9, 1963.

83. Яновская Т.В., Сурков Ю.А., Игнашкин Е.М. Программа для расчета годографов и амплитуд волн, распространяющихся восесимметричной неоднородно-слоистой среде. В сб.: Программа для интерпретации сейсмических наблюдений. Л., Наука, 1972.