- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ ............................................... 4
ГЛАВА I. ОБЗОР ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В КОЛУМБИИ...........................
1.1. Краткая геологическая характеристика.. 15
1.2. Тектоника................................... 20
1.3. Геофизические исследования................ 2.7
1.3.1. Гравитационное поле..................... 29
1.3.2. Геомагнетизм....................... 30
1.4. Сейсмические исследования .................. 31
1.5. Сейсмологические исследования.......... 38
1.6. Заключение к главе I................... 46
ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧНОСТИ
2.1. Метода исследования пространственного распределения землетрясении................ «51
2.2. Данные и методы вычисления.................. 53
2.3. Карта эшщентров и изоглубин очагов сильных землетрясений............................ 54
2.4. Пространственное распределение сейсмической активности А^............................. 56
2.5. Пространственное распределение среднегодовой высвобождающейся сейсмической энергии.............................................. 60
2.6. Заключение к главе 2........................ 62
ГЛАВА 3. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И ИХ СВЯЗ с СЕЙСМИЧНОСТИ)......................
3.1. Гравитационное поле..........................66
- з -
стр.
3.2. Корреляционная связь между аномалиями Буге и глубиной поверхности Мохоровичиза........... 70
3.3. Рельеф поверхности Мохоровичича............... 72
3.4. Характеристика блоковых структур земной коры.. 75
3.5. Геофическая модель земной коры и верхней глан-
тин и её связь с сейсмичностью................ £4
3.6. Характеристики основных эшщентральных зон... 88
3.7. Заключение к главе 3.......................... 9-1
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЙСМИЧНОСТИ РЕГИОНА САНТАНДЕР..
4.1. Исследование временных закономерностей сейс -мичности................................... 93
4.1.1. Анализ временных вариаций................... 96
4.1.2. Анализ миграции землетрясений............. 100
4.2. Изучение глубинных и геофизических условий сейсмичности........................................ 101
4.2.1. Очаговая сейсмичность...................... 101
4.2.2. Структурные ликеаменты..................... 109
4.2.3. Строение земной коры..................... НА
4.2.4. Механизмы очагов землетрясений........... 118
4.3. Заключение к главе 4......................... 425
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 128
5.1. Заключение к главе 5 ......................... 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................ 139
ВЫВОДЫ ................................................ 143
ЛИТЕРАТУРА............................................. 145
- 4 -
ВВЕДЕНИЕ
Каждый год во многих странах мира гибнут тысячи людей вследствие катастроф, вызванных землетрясениями, десятки ты-сяч остаются без крова и приносимый материальный ущерб наносит ощутимый удар по экономике многочисленных государств. Современное интенсивное развитие материальной базы государств, ее концентрация вместе с ускоренным ростом населения в городах, подвергающихся сейсмической опасности, требует скорейшего решения вопроса долговременного и оперативного прогноза землетрясений.
Во многих развитых странах мира, в частности, в СССР, США, КНР, Японии и других существуют различные национальные программы по разработке прогноза сейсмической опасности с целью предотвращения последствий катастрофических землетрясений. Там на решение проблемы сейсмической опасности направлены усилия специалистов различных профилей, начиная с геологов, сейсмологов и др., т.е. специалистов, объектами исследовании которых является сама планета Земля и кончая медиками и биологами, которые ведут работы по поиску биологических предвестников землетрясений. Однако, несмотря на большие усилия, успехи, достигнутые в области предсказании землетрясений, весьма скромные.
Как известно, успешное предсказание каждого природного явления или процесса в первую очередь зависит от уровня наших знаний о природе самого процесса. Не раскрыв физических сторон явления, невозможно предсказать само событие, особенно такое, как землетрясение, когда каждое событие представляет
- 5 -
собой дискретное следствие непрерывного процесса накопления упругих напряжений в земных недрах.
Хотя к настоящему времени разработан ряд теоретических моделей, описывающих процессы в очаге, еще недостаточно изучены вопросы связи очагов землетрясений с особенностями глубинного строения,с составом, напряженным состоянием и другими физическими характеристиками среды. Тем не менее, в настоящее время идет интенсивное накопление и осмысливание новейших сведений о глубинном строении и свойствах среды, порождающей очаги крупных землетрясений. Это должно способствовать созданию методической и теоретической основы изучение глубинных условий сейсмических явлений. В этой связи исследование сейсмичности стран Латинской Америки, на долю которых приходится около 20% мировой высвобождающейся сейсмической энергии, может внести значительный вклад в понимание глубинной природы сейсмических процессов.
В частности, большой интерес представляет исследование сейсмичности территории Колумбии - звена Тихоокенского сейсмического пояса - соединяющей Южную Америку с Центральной. Известно, что на территории Колумбии расположен источник мантийных очагов " Гнез до Букараманга", который относится к одному из самых высоко -сейсмических районов мира наряду с известными источниками землетрясений промежуточной глубины Гендукуш на Памире и горы Бранча в Восточных Карпатах. В настоящее время не существует обобщающих работ, которые позволили бы представить общую картину сейсмичности Колумбии и перейти к систематическому исследованию закономерностей сейсмического режима страны. Объяснение природы " Гнезда Букараманга" до сих пор остается неясным и выводы ряда исследователей о природе " Гнезда Букараманга" существенно отличаются друг от друга.
- 6 -
Учитывая вышесказанное, сформулируем цель наших исследований следующим образом:
Цель работы. На основе синтезирующего анализа и систематизации накопленных до настоящего времени сейсмологических и геофизических данных по территории Колумбии исследовать пространственное распределение сейсмичности на территории страны и связь сейсмичности с особенностями глубинного строения среды. Изучить локальные проявления сейсмичности в регионе Сантандер, в котором сосредоточен источник очагов землетрясений промежуточной глубины - "Гнездо Букараманга".
Научная новизна . Научная новизна работы состоит в том,
что:
I) впервые для Колумбии систематически изучен и синтезирован весь накопленный материал сейсмологических наблюдений и других геофизических исследований, проведенных в стране;
2) впервые установлен дискретный характер распределения сейсмичности. Основная масса землетрясений происходит в четырех обособленных, хорошо выделяемых областях пространства, в которых и освобождается основная доля сейсмической энергии;
3) обнаружено блоково-слоистое строение литосферы региона. Установлено, что очаги землетрясений связаны не только с вертикальными контактами блоков, но и с горизонтальными (субгоризон-тальными) неоднородностями в земной коре и мантии;
4) на оснозе полученных результатов предполагается, что высокая сейсмичность, сосредоточенная в регионе " Гнезда Букара -раманга", обусловлена возрастанием тектонических напряжений
в зоне контакта двух: высоко- и низкоскоростных блоков;
5) выявлено наличие периодичности сейсмического решила в области Сантандер.
- 7 -
Практическая ценность . Установленные особенности проявления сейсмичности являются полезными для решения ряда теоретических и практических вопросов сейсмологии, в частности, для понимания физики геодинамических процессов для разработки методов долгосрочного прогноза землетрясений. Полученные результаты могут служить основой для решения задач сейсмического районирования Колумбии.
Реализация результатов . Результаты, приведенные в работе, могут быть использованы при выполнении научно-исследовательских тем по прогнозу землетрясений Колумбии.
Апробация работы . Основные результаты исследования докладывались в секции геофизики на 27-ом Международном Геологическом Конгрессе ( Москва, 1984 г.), а таксе на заседании семинара кафедры физики Земли МГУ.
Описание полученных результатов содержится в работе, состоящей из пяти глав, введения и заключения.
В первой главе содержится обзор современного состояния геофизических и сейсмологических исследований в Колумбии.Приводится краткая геологическая характеристика.
Согласно новой концепции тектоники плит северо-западная часть Южной Америки служит центром столкновения нескольких литосферных плит: Южноамериканской, Карибской и Наски, однако до настоящего времени существуют принципиальные затруднения в объяснении кинематики и характера взаимодействия литосферных плит в этом районе, в решении этих вопросов существуют многочисленные расхождения и полученные разными авторами результаты носят подчас противоречивый характер.
С целью определения структуры земной коры в зоне перехода
- 8 -
от материка к Тихому океану на территории Колумбии в 1973, 1976,1978 годах были осуществлены глубинные сейсмические исследования под общим названием программ Нариньо 1,П,Ш. Основные результаты этих наблюдений были изложены в сборниках, опубликованных Рамиресом, Алдрихом (1977), Говерна (1981).
Следуя Рамиресу (1978) сейсмичность Колумбии можно охарактеризовать следующим образом: западная часть Гвианского и Бразильского шитов, образующих низменности Восточной Льянос и Амазонию Колумбии, составляют асейсмичный район страны. Единственные наблюдавшиеся здесь толчки - это землетрясения с очень глубокими очагами (более 600 км). К области, менее всего страдающим от сильных землетрясений, также относится колумбийские побережье Карибского бассейна и долина устья реки Магдалены. Высокая сейсмическая активность наблюдается в остальной андийской части территории страны и в Тихом океане,параллельно берегу.
В глубине массива Сантандер, в Восточной Кордильере, расположена ярко выраженная активная зона, в которой локализуется источник землетрячений промежуточной глубины, получивший название " Гнездо Букарманга". Д'нездо Букармангай представляет собой ограниченную пространственную область с характерным радиусом,не превышающим 15 км., внутри которой сосредоточиваются гипоцентры землетрясений с глубиной 150-170 км. Гнездо локализуется вблизи координат 6.8. СШ. 73.1.3Д и, хотя она располагается в районе относительно низкой сеймической активности, само гнездо относят к одному из самых высокосейсмичных районов мира наряду с известными источниками на промежуточной глубине, такими как Гиндукуш на Памире, горы Бранча (Восточные Карпаты и др.) СопЛо,
1969 та налоги} %сшУ5оии , 1970, н£ аЛ- ,
- 9 -
1977, Николаев П.Н., Щукин Ю.К. , 1975).
Разными авторами предпринимались попытки объяснить природу источник " Гнездо Букараманга". Некоторые из них полагают существование в области гнезда " горячей точки" с изменениями физических и химических свойств среды. Другие, исходя из положений тектоники плит связывают существование источника Букара-макга с погружением остатка древней литосферной плиты под материк, либо с субдукцией плиты Наска под материк или локализуют гнездо в точке тройного сочленения плит Наска,Карибская и Ккноамериканская ( &оте^ @си& ,1980, Зал^о ,
1969, 1970 , 9&пясл^оп. ,1981, ,1972,
у&ЬЛгоу-', > 1969). Однако, решение этого вопро-
са до сих пор остается неясным. В данной главе сформулированы основные задачи исследования.
Вторая глава посвящена изучению пространственного распределения сейсмичности. При исследовании пространственного распределения сейсмичности Колумбии мы пользовались оейсмостатис-тическим методом количественной оценки сейсмической активности А, разработанным и развитым Ю.В.Ризниченко и сотрудниками ИФЗ АН СССР. Этот метод основан на анализе числа очагов землетрясений в- определенном диапазоне энергетической величины, в конкретном объеме или площади. Для учета роли сильных землетрясений мы рассматривали среднегодовое выделение энергии при землетрясениях.
В качестве исходных данных служили землетрясения с магнитудой М > 4,5. в интервале 1922-1978 годов, которые выбирались из нового каталога землетрясений Колумбии (1979 год). На основе этих данных составлены карты сейсмической активности А ,
- 10 -
среднегодовой высвобождающейся энергии, а также карты эпицентров и средней глубины очагов землетрясений. Изолинии средних глубин очагов показывают, что неглубокие ( Н<50 юл) землетрясения сосредоточены вдоль побережья Тихого и Атлантического океанов. Глубокие ( подкоровые) очаги ( Н > 70 км) располагаются вдоль Кордильер и изолинии их средних глубин ориентированы в направлении ЮЮЗ-ССВ. Замечается систематический рост глубины по мере приближения к "Гнезду Букараманга", где достигается максимальная глубина.
Анализ составленных карт показал, что сейсмичность Колумбии не распределена равномерно. Землетрясениям в Колумбии свойственно группирование в пространстве. Нами выделены четыре зоны, где сосредоточено подавляющее большинство очагов и выделяется основная часть сейсмической энергии. Первый район - Чоко -расположен на западе страны, в зоне перехода от Береговой Кордильеры к Тихому океану, второй - Нариньо - локализован на юго-западе страны, на Тихоокеанском побережье. Остальные две очаговые зоны лежат в глубине материка: зона Кальдас, занимающая область вблизи города Манисалез, между Центральной и Западной Кордильерами; зона Сантандер в Восточной Кордильере, где расположен известный источник мантийных очагов - " Гнездо Бука-раманга".
Третья глава посвящена систематическому анализу сведений о геофизических полях, изучению глубинной структуры и ее связей с сейсмичностью. Нами была предпринята попытка установления региональной зависимости между глубиной залегания поверхности Мохоровичича (определенной по данным глубинного сейсмического зондирования) и характером изменения гравитационного поля.
- II -
Установленная корреляционная зависимость выражена в виде уров-нения регрессии, с помощью которой составлена схематическая карта рельефа поверхности Мохо для территории страны. На юге схематическая карта показывает быстрый рост мощности земной коры по направлению от Тихого океана к Восточной Кордильере, под которой мощность земной коры достигает 60 ил толщины.
Далее, к востоку мощность земной коры быстро уменьшается до 30-35 км в западной окраине Бразильского щита. На севере страны толщина коры растет медленнее, чем на юге. Анализ схеш рельефа поверхности Мохоровичича показал, что самый глубокий " корень" лежит под Восточной Кордильерой, а не под Центральной, как следовало бы ожидать, ибо Центральная Кордильера - самый высокий горный хребет Колумбийских Анд.
На основании данных ГЗС и сейсмологии, а также используя сведения о глубинах залегания поверхностей Конрада и Мохоровичича, собраны скоростные модели земной коры и верхней мантии для основных тектонических элементов территории Колумбии. Анализ обобщенной модели земной коры в пределах территории страны выявил определенную автономность отдельных тектонических элементов не только по признакам мощности консолидированной части земной коры, соотношения мощностей глубинных слоев ( осадочного,
1ранитного, базальтового), но и по диапазону изменения скоростей. Это определенно говорит не только о различиях петрографического состава пород, глубинного разреза земной коры и самой верхней части мантии в пределах разнородных тектонических элементов, но также о специфических условиях напряженного геодинамического состояния коры и мантии.
Изучение структуры скоростных моделей в пределах сейсмо-
- 12 -
активных зон позволило выяснить некоторые региональные особенности сейсмичности и ее связь с глубинным строением. Сопоставление графиков распределения по глубине числа землетрясений и максимальной наблюденной магнитуды в эпицентральных регионах со скоростными разрезами соответствующих блоков выявило вполне определенные уровни, которым отвечают максимум активности и максимальная выделенная энергия ), причем
наибольшие достигнутые значения М не совпадают с уров-
нями максимального числа землетрясений, а смещены в сторону слоев с меньшим количеством землетрясений. С другой стороны, за исключением источника " Гнездо Букараманга", слои максимальной активности наблюдаются в зонах резкого увеличения скорости. Интенсивные фокальные уровни характеризуются повышенными значениями скоростей по отношению к прилегающим низкоскоростным слоям. Этот факт указывает, что активные зоны, т.е. зоны, где наиболее интенсивно происходят тектонические движения, находятся в местах контакта слоев с разными физико-механическими свойствами земной коры и мантии. В случае источника Букараманга ( глубокие очаги зоны Сантандер) обнаружено, что он совпадает с зоной пониженных скоростей в мантии Восточной Кордильеры. Такое явление может быть непосредственно связано с природой и локальными особенностями самого гнезда.
Четвертая глава посвящена исследованию локальных особенностей проявления сейсмичности региона Сантандер. Установлено наличие периодичностей во временной последовательности землетрясений. Рассчитанный спектр повторяемости землетрясений выделил следующие периоды 10,5 лет; 2,3 года; 1,1 год;
0,7 года. Обнаружено периодическое расширение фокальной области, отходящей от " Гнезда Букараманга".
- 13 -
По характеру выделения сейсмической энергии, в литосфере региона можно выделить два активных этана, деформации в которых, по всей вероятности, могут происходить автономно, в соответствии с доминирующим на этих глубинах полем напряжений,особенностями структуры и свойств среды. Верхний этаж, примерно до глубины 100 км выделяет сейсмическую энергию менее интенсивно , чем второй ( от 100 до 200-220 км), представляющий собой чрезвычайно активную часть верхней мантии.
Обнаружен клинообразный вид фокальной зоны в вертикальных разрезах. Этот факт вместе с тектоническими особенностями района, а также учет сложных взаимоотношений очагов коровых и мантийных землетрясений создают неопределенность в принятии решения о существовании в районе активной зоны субдукции.
Очаги землетрясений, а также механизм очагов землетрясений, достаточно уверенно указывают на их связь с приповерхностными тектоническими линеаментами ( разломами), что наводит на мысль, что, по крайней мере, основные крупные разломы региона распространяются до больших глубин, сравнимых с глубиной залегания " Гнезда Букараыанга".
Высокодобротная зона, связанная с сейсмоактивной областью "Гнездо Букараманга", по-видимому, окружена зоной пониженных скоростей в верхней мантии Восточной Кордильеры. Вероятно,это указывает на аномально большую мощность литосферы фокальной области, не тоньше, чем максимальные глубины очагов " Гнезда Букараманга",
Ориентация осей сжатия механизмов очагов землетрясений "Гнезда Букараманга?, простирание наиболее вероятных плоскостей разрыва, характеристика деформаций з.емной поверхности,а также специфические проявления разломов региона указывают
- Київ+380960830922