Изучение механизма генерации тектонических напряжений в земной коре внутриплитовых орогенов

2009-2011 гг

Руководитель проекта к.физ.-мат.н. Сычева Н.А.

Участники проекта:

Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Маринин А.В.

Отчет за 2009 г

Исследования 2009 года выполнены полностью по всем трем заявленным в проекте методам изучения напряженно-деформированного состояния: 1) анализ современного напряженного состояния и сейсмотектонических деформаций (СТД) на основе данных о механизмах очагов землетрясений; 2) изучение поля общих тектонических деформаций (ОТД) по данным поверхностных GPS измерений; 3) исследование палеонапряжений по данным о бороздах скольжения.
С этой целью был создан локальный каталог фокальных механизмов очагов землетрясений по данным сети KNET за 1999-2008 гг., который включал 889 сейсмических событий с магнитудами от 1.5 до 4.8. Плотность распределения гипоцентров, магнитудный диапазон землетрясений, использование метода катакластического анализа трещин позволило для участка Центрального Тянь-Шаня выполнить для четырех глубинных уровней (5, 10, 15, 20 км) реконструкцию поля современных напряжений с осреднением 7-12 км. Этот размер осреднения существенно меньше того, который использовался ранее в наших расчетах тензора СТД по методу С.Л.Юнги. Полученные нами более детальные данные о распределении напряжений позволили говорить о достаточной вариабельности параметров напряженного состояния исследуемого участка внутриплитного горно-складчатого орогена. Здесь кроме обширных участков напряженного состояния субгоризонтального сжатия, которое в основном связано с корой хребтов и мощных поднятий, имеются большие области сдвигового напряженного состояния, а также два локальных участка горизонтального растяжения. Также выполнялись расчеты тензора СТД по методу С.Л.Юнги. Отмечены площадные и временные изменение параметра интенсивности тензора СТД, установлены зоны его максимальных значений. По параметру сейсмогенных разрывов выделены зоны, имеющие повышенный уровень деструкции материала.
Обработка данных GPS измерений за 1994-2006 гг. с целью расчета тензора общих тектонических деформаций (ОТД) нами выполнялась не только в традиционном двухмерном варианте, когда определяются деформации в горизонтальной плоскости. Мы также попробовали оценить трехмерный тензор ОТД, используя различные гипотезы деформационного отклика геосреды (от идеального пластического до идеально упругого поведения). На основе подготовленных сейсмических и GPS данных проведен анализ параметра сейсмогенных разрывов, интенсивности тензора сейсмотектонической деформации и интенсивности деформации на основе GPS-данных территории Северного Тянь-Шаня.
В этом году нами была проведена полевая экспедиция, в ходе которой был осуществлен сбор данных о зеркалах скольжения в геологических обнажениях Киргизского хребта. Сделано более 400 измерений зеркал скольжения. Проведена предварительная обработка полученных данных. С этой целью выполнено развитие метода катакластического анализа трещин для обработки борозд скольжения. Полученные первые предварительные результаты указывают на преимущественный режим субгоризонтального сжатия с меридиональной ориентацией соответствующей оси.
В отчетный период также выполнялись теоретические исследования механизмов генерации напряжений для внутриплитных горно-складчатых орогенов. Исследовалась роль остаточных напряжений, вызванных гравитационным напряженным состоянием, и последующим поднятием горных пород с глубины, сопровождаемым эрозией поверхности, в формировании напряжений повышенного горизонтального сжатия.

Отчет за 2010 г

В текущем 2010 году в рамках проекта выполнялось пополнение банка данных по фокальным механизмам очагов землетрясений для территории внутри сети KNET. Построены карты СТД для периода 1999-2009гг. Определены направления главных осей напряжений и режимы СТД. С целью расширения территории исследования к имеющимся данным по сети KNET были привлечены данные Института сейсмологии НАН КР (ИС НАН КР) и Института сейсмологии МОН РК (ИС МОН РК). Проведены исследования СТД территории Тянь-Шаня, что также позволило выполнить реконструкции для района Центрального Тянь-Шаня в другом масштабном диапазоне.
Получены результаты оценки деформационной картины по данным GPS за 1996-2008гг, которые показывают, что сокращение земной коры в регионе происходит в субмеридиональном направлении. При этом, на фоне этого сокращения, поле приращений общих тектонических деформаций достаточно вариабельно и содержит области локального растяжения. Положение этих областей растяжения близко к положению аналогичных областей, полученных в рамках метода катакластического анализа. Для выполнения указанного сопоставления нами осуществлялся переход от двухмерного тензора приращений общих тектонических деформаций, рассчитываемого по данным GPS, к трехмерному. Данный переход оказался возможным при введении дополнительных гипотез о генезисе рассчитываемых деформаций.
В текущем году выполнялось сопоставления закономерности изменения параметров напряженного состояния в коре внутриплитовых орогенов и для зон субдукции (Курило-Камчатская сейсмофокальная область). Показано, что для субдукционной области величины касательных напряжений изменяются в диапазоне 50-350 бар, а значение эффективной прочности сцепления имеет значение около 10-12 бар, что существенно, в 5-7 раз, ниже того, что получено для внутриплитового орогена Северного Тянь-Шаня. Установлено, что для субдукционных областей имеет место корреляция повышенных значений девиаторных напряжений и всестороннего давления, в то время как для внутриплитовых орогенов такой корреляции не наблюдается.
С целью проверки гипотезы о влиянии на современное напряженное состояние коры остаточных упругих деформаций, созданных в результате действия гравитационных сил и катакластического уплотнения пород в условиях бокового стеснения, нами выполнялся анализ механизмов формирования ползучести пород земной коры. Результаты наших исследований показывают, что высокая скорость релаксации, отвечающая временам в десятки-сотни тысяч лет, соответствует зонам разломов, а в блоках земной коры эта скорость релаксации увеличивается до сотен миллионов лет.

Отчет за 2011 г

В процессе выполнения проекта подготовлены данные по фокальным механизмам очагов землетрясений с магнитудой от 1.5 до 4.8, которые включают в себя 1027 событий за 1999-2010 гг. Рассчитаны скорости современных движений земной коры (СДЗК) на основе GPS-измерений Центрально-Азиатской GPS сети за 1994-2009 гг. Подготовлен объединенный каталог фокальных механизмов очагов на основе трех каталогов фокальных механизмов: Института сейсмологии НАН КР (3400 событий за 1990-2005гг), Института сейсмологии МОН РК (4514 событий за 1996-2006гг) и Научной станции РАН (888 событий за 1999-2008гг). Итоговый каталог включает в себя более 8000 фокальных механизмов землетрясений за 1990-2008 гг. Собран (из научных отчетов и статей) банк данных о динамических параметрах сейсмических событий, которые произошли на территории внутри сети KNET за 2001-2003 годы (25 событий). Определены динамические параметры 14 событий с М>4 за 1998-2008гг.
Проанализировано более 8000 решений фокальных механизмов очагов. Определены основные типы механизмов для территории Тянь-Шаня: взбросы, взбросо-сдвиги, сдвиги и сбросы. Определены тенденции направлений осей сжатия на разных масштабных уровнях и разных глубинах. К этим данным применен метод средневзвешенных сейсмотектонических деформаций (СТД, С.Л. Юнга) и метод катакластического анализа разрывных нарушений (МКА, Ю.Л. Ребецкий). По первому методу определены режимы деформации, направления осей сжатия и растяжения, распределение угла напряженно-деформированного состояния. По второму методу определены преобладающие режимы напряженного состояния, направления осей главных напряжений, распределения максимальных касательных напряжений и эффективного всестороннего давления.
Была проведена полевая экспедиция геологического изучения крупных разломов, определение их кинематического типа. Основная полевая работа заключалась в поиске индикаторского материала для реконструкции палеонапряжений и проведении следующих замеров: углы ориентировок векторов тектонического перемещения - борозд на зеркалах скольжения, массовый замер трещиноватости с определением генетических типов трещин (сколы, отрывы), замеры ориентировок минерализованных прожилков и жил и других мелких структурных форм – индикаторов тектонических напряжений.