Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Тектоника и сейсмичность Аравийско-Евразиатской коллизионной области

ВАК РФ 25.00.03, Геотектоника и геодинамика

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Архипова, Елена Витальевна

Введение.

Глава 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОПОСТАВЛЕНИЯ ТЕКТОНИКИ И СЕЙСМИЧНОСТИ.

Глава 2. ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ И АЛЬПИЙСКИЙ ТЕКТОГЕНЕЗ АЕКО.

2.1. Тектоническая зональность АЕКО.

2.1.1. Периаравийский сегмент Альпийско-Гималайского пояса.

2.1.2. Карпаты.

2.1.3. Черпоморско-Каспийская система седиментационных бассейнов.

2.2. Альпийский тектогенез АЕКО.

2.2.1. Рапнеколлизиониая стадия.

2.2.2. Стадия северо-западного дрейфа.

2.2.3. Стадия северо-восточного дрейфа.

2.2.4. Стадия субмеридионального дрейфа.

Глава 3. ГЕОКИНЕМАТИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ И СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА АЕКО.

3.1. Геокинематическая зональность.

3.1.1. Внутренняя область индентации.

3.1.2. Внешняя область индентации.

3.2. Современная геодинамика АЕКО.

3.2.1. Геодинамика верхней коры.

3.2.2. Современная Альпийская геодинамическая система.

Глава 4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ВАРИАЦИЙ

СЕЙСМИЧНОСТИ АЕКО.

4.1. Методологические предпосылки, методика и исходные данные АДВС.

4.1.1. Методические предпосылки исследования долговременных вариаций сейсмичности.

4.1.2. Методика и исходные данные сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности.

4.2. Сравнительный анализ долговременных вариаций сейсмичности на различных масштабных уровнях АЕКО.

4.2.1. Анатолийско-Карпатский регион.

4.2.1.1. Пространственно-временная неоднородность распределения сейсмичности Анатолии.

4.2.1.2. Корреляция сейсмичности Анатолии и Карпат.

4.2.2. Кавказско-Копетдагский регион.

4.2.2.1. Временные вариации числа землетрясений в доменах Кавказско-Копетдагского региона.

4.2.2.2. Корреляция сейсмичности Кавказа и Копетдага.

4.2.3. Анализ долговременных вариаций сейсмичности регионов АЕКО.

4.2.4. Сопоставление долговременных вариаций сейсмичности АЕКО с вариациями смежных сегментов Альпийско-Гималайского пояса.

4.3. Проверка значимости коэффициентов корреляции. Влияние масштаба осреднения и длины временных рядов на величину коэффициентов корреляции.

4.3.1. Проверка значимости коэффициентов корреляции.

4.3.2. Влияние масштаба осреднения на величину коэффициента корреляции.

4.3.3. Корреляция временного хода сейсмичности Карпат, Анатолии, Кавказа и Копетдага при различной длине временных рядов.

4.4. Верификация полученных результатов с учетом новых данных с 1991 по 2004 гг.

Глава 5. СЕЙСМОГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОВРЕМЕННОГО РАЗВИТИЯ

АЕКО И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

5.1. Особенности пространственно-временной локализации сейсмичности АЕКО и их связь с геодинамическими процессами.

5.1.1. Домены и области Анатолии.

5.1.2. Домены Кавказа и Копетдага.

5.1.3. Регионы АЕКО.

5.1.4. АЕКО и смежные сегменты Альпийско-Гималайского пояса.

5.2. Модель развития АЕКО как единой сейсмогеодипамической системы.

5.3. Практическое применение сейсмогеодипамической модели АЕКО.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Тектоника и сейсмичность Аравийско-Евразиатской коллизионной области"

Цель проведенного исследования — на примере высокоактивной Аравийско-Евразиатской коллизионной области (АЕКО) опробовать метод сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности с периодами от десяти лет (АДВС) и выяснить, насколько он эффективен для отслеживания современной динамики тектонических процессов на различных уровнях литосферы АЕКО.

Фактическим материалом для исследований стали выборки из опубликованных каталогов, включающих данные по сейсмическим событиям на территории АЕКО [Karnic, 1968, 1971; Specilized Catalogue. 1996; Global Hypocenters Data Base, 2000]. В ходе исследований учитывались землетрясения с магнитудой от 4,3 в интервале с 1900 по 1990 гг. Оценка представительности выборок данных выполнена с помощью построения графиков повторяемости землетрясений для регионов, обособленных в структуре АЕКО. Выделение областей для исследования производилось с учетом информации по активной тектонике и сейсмичности АЕКО. Верификация полученных результатов выполнена с использованием данных по землетрясениям АЕКО с магнитудой от 4,3 в интервале с 1991 по 2004 г., представленных в Оперативном сейсмологическом каталоге Геофизической исследовательской центральной экспериментально-методической экспедиции г. Обнинска.

Методика исследований основана на выявлении неоднородной пространственно-временной структуры сейсмичности и ее интерпретации с учетом основных геотектонических процессов, протекающих в литосферы АЕКО на различных масштабных уровнях. Пространственная неоднородность в распределении сейсмичности выявлена в результате анализа карт плотности эпицентров землетрясений, временная неоднородность обнаружена путем построения временных рядов десятилетних сумм числа землетрясений и временных рядов годового числа землетрясений со скользящим осреднением, в основном, по десяти, а в ряде случаев и по пяти годам.

Связь долговременных изменений сейсмичности АЕКО на различных уровнях устанавливалась путем сопоставления временных рядов и вычисления их коэффициентов корреляции для интервала представительной регистрации с 1930 по 1990 гг. Оценка значимости коэффициентов проводилась путем расчета их критических значений при заданном количестве точек временного ряда. Для выявления возможной миграции сейсмической активизации проводился кросскорреляционный анализ временных рядов. Методическими элементами работы являются исследование влияния масштаба осреднения и изменения длины временного ряда на величину коэффициентов корреляции, а также верификация полученных результатов с учетом новых данных с 1991 по 2004 гг.

Научная новизна работы состоит в том, что на примере высоко активной коллизионной области АЕКО впервые опробован метод АДВС и показано, что с помощью этого метода можно отслеживать режим и интенсивность геодинамических процессов, протекающих на различных масштабных уровнях, используя информацию о пространственно-временной локализации сейсмичности.

Впервые показано также, что АЕКО функционирует как единая сложно устроенная сейсмогеодинамическая система. На различных уровнях АЕКО выявлены системные взаимодействия, которые проявляются в виде согласованных прямых и обратных изменений сейсмичности, миграции импульсов сейсмической активизации, согласованного понижения уровня Каспийского бассейна и активизации сейсмичности смежных орогенов.

Возможности практического применения. Информация о пространственно-временном распределении сейсмичности АЕКО при воздействии на нее геодинамических процессов различного масштаба и генезиса может быть использована для решения широкого спектра практических задач. В их числе разработка критериев поиска месторождений рудных элементов и углеводородов, разработка среднесрочного прогноза сейсмической опасности, установка систем экологического и геодезического мониторинга, а также прогнозирование возможных трансформаций геологической среды смежной ВосточноЕвропейской платформы.

Доклады и публикации. Промежуточные результаты работы и отдельные ее положения докладывались на лабораторных семинарах в ГИН РАН и ИФЗ РАН, на 7-ой Международной конференции по тектонике плит, посвященной памяти Л.П. Зопеншайна [1], па XXXIX Тектоническом совещании [6], а также опубликованы в виде серии статей в научных изданиях «Вулканология и сейсмология», «Геотектоника» и «Бюллетень МОИП» [2-5].

Структура и обьем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации 178 страниц, из них 110 страниц машинописного текста, 48 текстовых иллюстраций, 26 таблиц и список используемой литературы, включающий 10 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Геотектоника и геодинамика", Архипова, Елена Витальевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Завершая работу, необходимо отметить, что в результате предложен и реализован метод сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности (АДВС), пригодный для выявления режима и характера современных геодипамических процессов в активных областях. Применение метода включало выявление пространственной и временной неоднородности в распределении сейсмичности, корреляционный и кросскорреляционный анализ временных рядов, отражающих долговременные тенденции в изменении сейсмичности, а также сопоставление данных по долговременным вариациям сейсмичности и информации по тектонике и геодинамике АЕКО.

В результате применения АДВС в пределах АЕКО выявлены:

1) 4 уровня пространственной локализации сейсмичности: локальный, региональный, панрегиональпый и глобальный,;

2) прямые и обратные корреляционные связи в изменении сейсмичности на различных уровнях, свидетельствующие о наличии единого для каждого из уровней источника управляющих воздействий;

3) миграция сейсмической активизации, свидетельствующая о постепенном прохождении импульсов, вызванных единым геодинамическим источником.

При сопоставлении временных рядов обнаружены прямые и обратные согласованные изменения сейсмичности па всех масштабных уровнях пространственной локализации сейсмичности АЕКО: 1) обнаружена синхронная пиковая активизация доменов и групп доменов Анатолии; 2) выявлено 8 пар доменов со сходной тенденцией в изменении сейсмичности; 3) выявлена высокая корреляция временных рядов доменов Кавказско-Копетдагского региона; 4) отмечена высокая положительная корреляция для временных рядов Кавказа и Копетдага, а также Карпат и Анатолии; 5) обнаружена отрицательная корреляция для регионов, расположенных на западе и востоке АЕКО; 6) отмечено согласованное изменение сейсмичности для АЕКО и смежных Динаро-Балканского и Памиро-Гиндукушского сегментов АГП. Кросскорреляционным анализом выявлена миграция сейсмической активизации: 1) для областей Е и W в Анатолии; 2) для Карпат и Анатолии в целом; 3) для доменов Кавказско-Копетдагского сегмента.

Сопоставление данных по пространственно-временной локализации сейсмичности и распространению и функционированию современных геодинамических процессов, проведенное в главе 5, позволяет заключить, что пространствснно-врсмепная неоднородность в распределении землетрясений, прямые и обратные согласованные изменения сейсмичности на различных масштабных уровнях, а также миграция импульсов сейсмической активизации указывают па существование сложно устроенной иерархически соподчиненной сейсмогеодинамической системы АЕКО. В рамках этой системы в качестве «аккумуляторов» потенциальной энергии внутренних и внешних воздействий выступают кластерные скопления эпицентров - домены. В качестве «трансформаторов», преобразующих потенциальную энергию упругой деформации в кинетическую энергию сейсмических колебаний, выступают геодинамические процессы различного масштаба и генезиса. Триггерное воздействие этих процессов обеспечивает восстановление динамического равновесия подсистем АЕКО различного уровня и системы АЕКО в целом, как элемента глобальной системы АГП.

В заключение необходимо еще раз отметить, что применение сравнительного анализа долговременных вариаций сейсмичности (АДВС) оказалось весьма эффективным для выявления пространственно-временной неоднородности распределения сейсмичности Аравийско-Евразиатской коллизионной области (АЕКО). Обобщение полученных материалов и сопоставление их с данными по тектонике и геодинамике позволило создать новую многоуровневую модель функционирования АЕКО как единой сейсмогеодинамической системы. Результативность применения метода АДВС для исследования АЕКО открывает перспективы для исследования других сейсмоактивных регионов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Архипова, Елена Витальевна, Москва

1. Адушкин В.В., Зецер Ю.И. Перераспределение энергии во внутренних и внешних геосферах при высокоэнергетических воздействиях // Динамические процессы в геосферах: Геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ АН, 1994. С. 10-18

2. Айзеке Б., Оливер Дж., Сайке Л. Сейсмология и новая глобальная тектоника// Новая глобальная тектоника. -М.: Наука, 1974, С. 133-179.

3. Ананьин И.В. К вопросу о проявлении некоторых землетрясений в восточной части Восточно-Европейской платформы // Исследования по сейсмической опасности. Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 29. М.: Наука, 1998. С. 119-124.

4. Арефьев С.С., Шебалин Н.В. Оценка уровня скученности (кластеризации) землетрясений Кавказа // Докл. АН СССР. 1987. Т. 298. №6. С. 1349-1352.

5. Арефьев С.С., Татевосян Р.Э., Шебалин Н.В. О внутренней структуре сейсмичности Кавказа // Сильные землетрясения и сейсмические воздействия // Вопр. Инж. Сейсмол. М.: Наука, 1987. Вып. 28. С.126-146.

6. Арефьев С.С., Татевосян Р.Э., Шебалин Н.В. Об устойчивости собственной пространственно-временной структуры сейсмичности Кавказа // Физика Земли. 1989. №12.

7. Артюшков Е. В. Геодинамика. М.: Наука, 1979. 328 с.

8. Артюшков Е.В., Шлезингер А.Е., Яншин A.JI. Основные типы и механизмы образования структур на литосферных плитах. 2. Морские впадины и области дейтерогенеза // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1979. Т. 54, вып. 3. С. 3-13.

9. Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М.: Наука, 1993.455 с.

10. Архипова Е.В. Корреляция сейсмичности регионов в составе Альпийского Средиземноморского пояса // 7-я Международная конференция по тектонике плит. Секция 7. Тез. докл. М. Научный мир, 2001. С. 378-379.

11. Архипова Е.В. Корреляция сейсмичности коллизионных зон Альпийского Средиземноморского пояса // Вулканология и сейсмология. №6. 2002. С. 63-70.

12. Архипова Е.В. Закономерности пространственно-временного распределения сейсмичности Анатолии в XX веке // Вулканология и сейсмология. №5. 2003 г. С. 60 64.

13. Архипова Е.В. О связи долговременных вариаций сейсмичности Анатолии и Карпат // Геотектоника. 2004а. №2. С. 73-77.

14. Архипова Е.В. Корреляция временного хода сейсмичности районов Кавказско-Копетдагского сегмента Альпийского Средиземноморского пояса // Бюл. МОИП. Отд. геол. 20046. Т. 79, вып. 1. С. 27-32.1516,17,18,19,20,21.