Комплексное изучение сейсмологических и термических параметров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ I. Изучение сейсмичности в связи со строением и свойствами среды земной коры. II

§ 2. Геотермические условия сейсмоактивных зон

§ 3. Свойства среды и условия разрушения горных пород.

§ 4. Об оценке максимального возможного землетрясения -^макс •

Выводы по главе I.•

ГЛАВА П. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СРЕДЫ В РАЙОНАХ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

§ I. Характеристика исходных данных

§ Z. Геотермические данные и глубинные изотермы

§ 3. Совместный анализ глубинных геотерм и сейсмичности вдоль профилей ГСЗ Кавказа и Ферганской впадины.

§ 4. Свойства графиков повторяемости в слоях с однородным типом разрушения

Выводы по главе П.

ГЛАВА Ш. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ Мшкс ПО КОМПЛЕКСНЫМ

ДАННЫМ.НО

§ I. Связь глубины коровой сейсмичности с геотермическими параметрами среды.НО а) корреляция Ь шкс> и £.НО б) оценка температур на глубинах в) связь глубин очагов сильнейших землетрясений с прочностью среды земной коры Ферганской впадины. г) слой ВОСЗ в депрессионных структурах

§ 2. Использование параметров очагов и схем подготовки землетрясений

§ 3. Оценки величины ^макс некоторых районов

Выводы по главе Ш.

Актуальность предпринятого исследования обусловлена тем, что к настоящему времени для повышения надежности оценок сейсмической опасности возникла необходимость привлечения дополнительных сведений о свойствах среды очаговых зон. Богатые возможности анализа региональной сейсмичности на базе новейших унифицированных каталогов землетрясений на территории СССР /Йовый каталог сильных землетрясений.,1977; Землетрясения в СССР, 1964-1983/ в комплексе с появившимися в последние годы геотермическими данными /Каталог данных по тепловому потоку для территории СССР, 1973; Тепловое поле территории СССР, 1980/ открывают перспективу уточнения этих оценок не только на корреляционной, но и на физической основе»

Цель настоящей работы состоит в комплексном изучении сейсмологических и геотермических данных для выявления об"емов земной коры, ответственных за подготовку сильных землетрясений.

В соответствии с целью работы поставлены и решены следующие задачи: разработка требований к материалу, подбор и анализ исходного наблюдательного материала для выбора районов исследования^ разработка методики комплексного анализа сейсмологических и геотермических параметров при учете данных по деформированию и разрушению горных пор^д; исследование графиков повторяемости землетрясений и их свойств в квазиоднородных объемах земной коры; выявление ведущих факторов в комплексном изучении сейсмологических и геотермических параметров; интерпретация полученных результатов для ряда депрессионных структур.

Научная новизна. В представленной работе впервые привлекаютсяданные геотермики и лабораторных экспериментов по деформированию и разрушению горных пород при повышенных температурах и давлениях для решения задачи оценки сейсмической опасности; при этом для выявления обиемов земной коры, ответственных за возникновение сильнейших землетрясений, используются графики повторяемости. Впервые учитыввается температурный фактор при исследовании графиков повторяемости землетрясений. Разработан новый подход к оценке максимального возможного землетрясения, позволяющий перейти к оценке сейсмической опасности на физической основе. Впервые предложена модель линейного программирования для получения внутренне согласованных значений коэффициентов теплогенерации в слоистой модели земной коры.

В практическом отношении работа направлена на расширение представлений о свойствах среды сейемогенных об"емов земной коры, на уточнение оценок сейсмической опасности.

В I главе диссертации анализируется современный уровень исследований в сейсмологии и геотермике применительно к задачам оценки сейсмической опасности. Показывается, что для отдельных тектонических структур /в частности, межгорных депрессий/ имеется достаточно сейсмологических и геотермических данных о структуре и свойствах земной коры для их совместного анализа и комплексной интерпретации при учете данных экспериментов по деформированию и разрушению горных пород в условиях повышенных температур и давлений. Приводятся оценки темпа накопления и значений термоупругих напряжений в верхних слоях Земли. Выделяются и анализируются этапы решения задачи оценки максимального возможного землетрясения. Показывается, что комплексный анализ сейсмологических и геотермических параметров позволяет подойти к решению этой задачи на физической основе. Определяется место настоящего исследования в ряду других работ.

Во II главе дается характеристика используемого в работе сейсмологического и геотермического материала: каталогов, карт. а также разрезов ГСЗ и экспериментальных данных по деформированию и разрушению горных пород. Представлен метод расчета глубинных изотерм. Строятся геотермические профили вдоль разрезов ГСЗ Кавказа и Ферганской впадины. Анализируется распределение очагов землетрясений относительно глубинных изотерм. По данным для Ферганской впадины строятся и исследуются графики повторяемости землетрясений для обиемов земной коры в характерных температурных интервалах.

В III главе устанавливаются закономерности проявления коровой сейсмичности в районах депрессионных структур с различным геотермическим режимом. Выявляется структура земной коры со слоем возникновения очагов сильных землетрясений в средней ее части /слой ВОСЗ/. Анализируются модели земной коры с точки зрения подготовки сильного землетрясения. Обнаруживается корреляционная связь величины максимального возможного землетрясения с геотермическим режимом через мощность и расположение слоя ВОСЗ в пределах земной коры депрессионных структур. Проводится оценка величины МЛяакс в нескольких обеспеченных данными районах эпицентров сильных землетрясений.

В конце каждой из глав приводятся выводы. Выводы по всей работе в целом содержатся в заключении.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ Ш

1. Установлена корреляция величин ft и плот

Мп КС ности теплового потока (J, .

2. Установлено значение температур 600 1 80°0 на глубинах h-MAKC в депрессионных структурах.

3. В средней части земной коры депрессионных структур выделен слой возникновения очагов сильных землетрясений (слой ВОСЗ).

4. Предложен новый подход к определению ограничений максимальной возможной магнитуды Мткс , основанный на оценке мощности сейсмогенного слоя ВОСЗ при учете сейсмологических, геотермических данных, а также результатов экспериментов по разрушению образцов горных пород в условиях высоких давлений и температур.

5. Проведена оценка Ммдкс в районе нескольких сильных землетрясений.

6. Показана практическая возможность оценки сейсмической опасности по комплексу сейсмологических и геотермических данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного совместного изучения сейсмологических и геотермических параметров с учетом эксперимен -тальных данных по разрушению пород получены следующие выводы:

I. Установлено существование слоя возникновения очагов сильных землетрясений в средней части земной коры депрессионных структур. Этот слой повышенной прочности располагается между изотермами 400° и 700°С и связан с максимальными возможными землетрясениями района, тем самым выявлена неоднородность среды в еейсмогенном слое.

2. Разработана методика оценки максимального возможного землетрясения МMfiKC по комплексу сейсмологических и геотермических данных и .данных по разрушению пород. Для ряда районов проведена оценка этого параметра по такой методике.

3. Выявлено, что изотерма 400°С разделяет земную кору на области с преобладанием хрупкой и квазипластической деформаций.

4. Установлена прямолинейная форма графиков повторяемости для квазиоднородных объемов среды. Выявлено, что для нижнего слоя наклон графиков меньше, чем для верхнего слоя и для всей земной коры в целом.

5. Установлена обратная зависимость максимальных глубин очагов землетрясений районов от плотности теплового потока. Установленные зависимости могут служить основой: а) для оценки глубин очагов землетрясений где имеются достаточно надежные данные о параметрах сейсмологического и геотермического режима, б) для расчета величины максимального возможного землетрясения, что имеет значение для оценки сейсмической опасности. Проведенная работа позволяет подойти к детальномуизученио физических параметров среды.

1. Артемьев М.Е., Дубровский В.А. О связи упругих напряжений в литосфере с нарушениями изпстазии.- Изв. АН СССР, ФЗ, £10, 93-97.

2. Аршавская Н.И., Киреев И. А., Любимова Е.А. Тепловой поток и сейсмичность Средней Азии. М.,ВИНИТИ, #5504-83Деп,,1983, 47 с.

3. Аширов Т. и др. Геотермическое поле Средней Азии.- В кн; Геотермические исследования в Средней Азии и Казахстане. Ашхабад,1982.

4. Борисов С.О. Глубинный тепловой поток и его связь с геолого-геофизическими параметрами земной коры Средней Азии. Автореф. канд. дисс. геол.-^йин. наук. Алма-Ата, 1984.

5. Брыксин В.А. Метаморфические процессы и сейсмичность.- Геологияи геофизика, #8, 1980, 42~51.

6. Буачидзе И.М. и др. Глубинный тепловой поток Кавказа.^ В кн. Глубинный тепловой поток Европейской части СССР. Киев, Наук.думка 1974, 137-144.

7. Бунэ В.И. Проблема прогноза места и времени сильного землетрясения в Южно-Тяншанской зоне.- В сб: Физические основания поисков методов прогнозе землетрясения. М.Наука, 1970, 64-83.

8. Бунэ В.И. и др. Методы.детального изучения сейсмичности. Труды ИФЗ, Л9, I960.

9. Бунэ В.И. и др. Методические рекомендации по сейсмическому районированию СССР.- Вопр. инж. сейсмологии, Мб, М.,Наука, 1974.

10. Бунэ В.И. и др. Разработка и анализ карты Ммакс для Кавказа.-Тезисы докладов XIX Ген. Асс. ЕСК, М., 1984, 5-6.

11. Бунэ В.И. и Полякова Т.П. Сейсмическая активность в областях подготовки больших землетрясений на континенте Евразия.-В сб: Вопросы количеств, оценки сейсмической опасности. Й.,Наука, 1975.

12. Бутовская .ЕЛ»» Кузнецова К.И. Зависимость графиков повторяемости землетрясений от глубины очага и ее возможное истолкование. Изв. АН СССР, ФЗ, №2, 1971, 11-23.- 136

13. Бутовская Е.М. и.цр. Каталог сильных землетрясений Узбекистана с 838 по 1976 г, Ташкент, Фан, Инф. бюлл. «185, 1978, 20 с.

14. Бутовская Е.М. идр. Распределение очагов тектонических землетрясений Восточного Узбекистана и его горного обрамления по слоям земной коры,- Узб. геол. ж., JG6, 1981, 3-15.

15. Ванек И, Кондоре»** В.7 Христосков Л. Магнитуда землетрясений в сейсмологической практике. София, Болгар. Ш , 1980, 325 с.

16. Виноградов С.Д., Кузнецова К.И. Некоторые вопросы лабораторных исследований по физике землетрясений.-В сб: Физические основания поисков методов прогноза землетрясений. М.,Наука, 1970, 42-48.

17. Воларович М.П. и др. Механика горных пород при высоких давлениях.-М., Наука, 1979.

18. Гзовский М.Б. Основы тектонофизики.- М.Наука, 1975, 536 с.

19. Гайский В.Н. и др. Таджикистан.- В кн: Сейсмическое районирование СССР, М., Наука, 1968, 286-303.

20. Гоиашвили Д.В. Уточнение распределения гипоцентров землетрясений. Автореф. канд. дисс., Тбилиси, 1981.

21. Горбунова И.В., Кальметьева З.Я, Исследование сейсмограмм близких землетрясений Ферганской впадины.- В сб: Сейсмичность и тектонические условия Киргизии. Фрунзе, Илим, 1982, II3-II9.

22. Гордиенко В.В. Тепловые аномалии геосинклиналей.-Киев, Наукова думка, 1975, 140 с.

23. Гордиенко В.В. и др. Тепловой поток континентов.-Киев, науков® думка, 1983, 184 с.

24. Губин И.Е. Закономерности сейсмических проявлений на территории Таджикистана.- М., Изд. АН СССР, I960, 464 с.

25. Гутенберг Б. Физика земных недр.- М.,ИЛ, 1963, 224 с.

26. Джибладзе Э.А. Энергия землетрясений, сейсмический режим и сейсмотектонические движения Кавказа.-Тбилиси,Мецниереба, 1980,

27. Джибладзе Э.А. Связь аномалии силы тяжести с сеЙсмичночтью.-В кн:

28. Вопросы количеств» оценки сейсмической опасности. М.,Наука, 1975. Добровольский И.П. О модели подготовки землетрясений,- Изв. АН

29. Сондорская Н.В. Параметры очага землетрясения*- Автореф. докт. диссертации. М., ИФЗ, 1970.

30. Сондорская Н.В., Захарова А.И. К вопросу унификации определения координат очагов землетрясений Средней Азии.-Изв. АН СССР, ФЗ, *5,. 1970.

31. Сондорская Н.В., Киреев И.А. Совместный анализ данных геотермики, ГСЗ и сейсмологии для субширотного профиля Кавказа.- В кн: Геотермометры и палеотемпературные градиенты. М.,Наука, 1983,49-52.

32. Кондорская Н.В. и др. О некоторых особенностях процесса вспарывания в очагах землетрясений по данным однородной магнитудной системы /ОМС/ и моделирование.- В сб: Прогноз землетрясений. Душанбе, Дониш, М, 1983, 184-199.

33. Копничев Ю.Ф. Корреляция максимальной энергии землетрясений с поглощающими и рассеивающими характеристиками сейсмогенного слоя и астеносферы.- ДАН СССР, 259, JS6, 1982, 1033-1037.

34. Кропоткин П.Н., Поляк Б.Г. Энергетический баланс Земли.- В кн: Земная кора сейсмоопасных зон .Наука, 1973 , 7-24.

35. Кутас Р.И. Поле тепловых потоков и термическая модель земной коры. Киев, Наукова думка, 1978, 147 с.

36. Кутас Р.И. Термическая модель земной коры.- Геоф. сб. АН УССР, 80, 1979, 8-10.

37. Литосфера Памира и Тянь-Шаня. Ташкент, Фан, 1982, 247 с.

38. Любимова Е.А. Термоупругие напряжения внутри земного шара.- Тр.

39. Ьобимова Е.А. и др. Данные о геотермическом градиенте и тепловом потоке в Приташкентском районе и Ферганской впадине.- В кн: Верхняя мантия, #12, 1973, 32-48.1юбошиц В.М. Численное решение прямой задачи геотермики. Изв. АН СССР, ФЗ, #9, 1976, II5-II9.

40. Яысак С.В- и др. О связи теплового потока Байкальской рифтовой зоны с сейсмической активностью.- В кнРезультаты комплексных гео-физич. исссл. в сейсмоопасных зонах. М.,Наука, 1980.

41. Магницкий В.А» Внутреннее ст$ение и физика Земли.-М.,Недра, 1965.

42. Магнитуда и энергетическая классификация землетрясений.- М.,Наука, 1974, т.#1 и Ш.

43. Монахов Ф.И. Некоторые аспекты проблемы прогноза землетрясений.

44. Южно-Сахалинск, САХКНЙИ ДВНЦ АН СССР, 1980, 84 с.

45. Мурусидзе Г.Я. Строение земной коры и верхней мантии в Грузии и сопредельных районах по сейсмичесим и сейсморазведочным данным.-Тбилиси, Мецниереба, 1976, I7Q с.

46. Мячкш В.И. Процессы подготовки землетрясений.- М.,Наука, 1978.

47. Наседкин В.В. и др. Система гранит-вода при высоких давлениях.-В сб: Эксперим. иссл. в обл. глубинного петрогенеза.-44.,Наука»1976.

48. Нерсесов И.Л. и др. Предваряющая активность слабой сейсмичности, как предиктор сильных землетрясений.-ДАН СССР, 249, М, 1979.

49. Николаевский В.Н. Земная кора, дилатансия и землетрясения. Обзор. В кн: Д.Райе. Механика очага землетрясения. М.,Мир, 1982, 133215.

50. Николаевский В.Н. Трещиноватость и пластичность земной коры.- В сб: Вопросы нелинейной геофизики. М.,БНЙИЯГГ, 1981, 15-22.

51. Николаевский В.Н. и др. Механические свойства горных пород. Деформации и разрушение.- В кн: Итоги науки и техники. Механика деформируемого тела, т.Н.- М.,ВИНИТИ, 1978.

52. Николаевский В.Н. и др. Граница Мохоровичича как предельная глубина хрупко-дилатансионного состояния горных пород.- ДАН СССР, т.249, Л4, 1979.

53. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. Ред: Н.В.Кондорская и Н.В.Шебалин.- М., Наука, 1977, 535 с.

54. Попов В.В. Температурные неоднородности как возможный источник землетрясений.- В сб: Изв. АН СССР, ФЗ, J&I, 1966, 59-62.

55. Попов В.В. Температурные напряжения и их связь с сейсмической активностью.- В сб: Физические основания поисков методов прогоза землетрясений. М.,Наука, 1970, 127-133.

56. Райе Дж. Механика очага землетрясения. М.,Мир, 1982, 217 с.

57. Ризниченко Ю.В. Определение потока анергии очагов землетрясений на основе сейсмической активности. ДАН СССР, 159, Л2, 1964.

58. Ризниченко Ю.В. Связь течения горных масс с сейсмичностью.- ДАН СССР, 161, *I, 1965, 24-27.

59. Ризниченко Ю.в. К энергетической трактовке закона повторяемостиземлетрясений.- Изв. АН СССР, ФЗ,Л1о, 1965, 7-10.

60. Ризниченко Ю.В. Проблемы физики землетрясений.- Изб. АНСССР» ФЗ, 1966, 3-24.

61. Ризниченко Ю.В. Сейсмическая активность и энергия максимальных землетрясений.- В кн: Проблемы геофизики Средней Азии и Казахстана. М.,Наука, 1967, 75-91.

62. Ризниченко Ю.В. Вопросы количественной оценки сейсмической опасности. Предисловие. М.,Наука, 1975.

63. Ризниченко Ю.В. Размеры очага норового землетрясения и сейсмический момент.-В кн: Исследования по физике землетрясений. М., Наука, 1976, 9-27.

64. Ризниченко Ю.В. Сейсмический режим и сейсмическая активность.- В кн: Се|смическое районирование территории ССС^. М.,Наука, 1980.

65. Ризниченко Ю.В. и др. Корреляция элементов сейсмического режима- с неоднородностями земной коры Восточного Узбекистана.-В кн: Вопросы колич. оценки сейсмической опасности. М.,Наука, 1975.

66. Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Элементы сейсмологии и сейсмометрии. М., ГИТТЛ, 1955, 544 с.

67. Самедов С.С., Мустафаев С'«Н. Выраженность сейсмических зон Азербайджана в аномалиях геотермического поля.- Уч. зап. Азерб. Унив-та. Сер. геол.-геоф., Баку, #5-6, 1975, 11-14.

68. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы.- ДАН СССР, 247, М, 1979.

69. Садовский М.АЙ Модели верхних слоев земной коры.- Изв. АН СССР, ФЗ, №f 1982, 3-9.

70. Садовский М.А. и др. О свойстве дискретности горных пород.** Изв» АН СССР, ФЗ, №12, 1981, 3-18.

71. Сейсмическое;районирование территории СССР. Ред: В.И.Бунэ и Г.П. Горшков, М.,Наука, 1980, 368.

72. Сейсмотектоника некоторых районов Узбекистана.-Ташкент, Фан,1980.

73. Смирнов Я.Б. Тепловое поле территории СССР. Карта теплового потока территории СССР и сопредельных районов / I : 10000000 / $ ж записка к ней ГУЕК. I98Q, 150 с.

74. Смыслов А.А. Карта геотермического режима земной коры территории СССР / I : 10000000 / и записка к ней. ВСЕГЕЙ, Л.,1977, 31 с.

75. Таль-Вирский Б.Б. Геофизические поля и тектоника Средней Азии.-Е.,Недра, 1982, 272с•

76. Тулиани Л.И. О взаимосвязи магнитуды землетрясения с термодинамическими параметрами в очаговой области.-ДАН СССР, 270,М, 1983,

77. Уеда С. Новый взгляд на Землю.- М.,Мир, 1980, 2X4 с.

78. Уломов В.И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений. Ташкент, Фан, 1974, 215 с.

79. Шаров С.А., Николаевский В.Н. Строение земной коры по геологическим и геофизическим данным.- Устное сообщение, 1983.

80. Шебалин Н.В. О предельной магнитуде и предельной балльности землетрясений. -Изв. АН СССР, ФЗ, №, 1971, 23-32.

81. Шебалин Н.В. Очаги сильных землетрясений на территории СССР.- М., Наука, 1974, 53 с.

82. Шебалин Н.В. Об оценке сейсмической интенсивности.-В кн: Сейсмич. шкала и методы измерения сейсмич. интенсивности. М.,Наука, 1976.

83. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры.- Новосибирск, Наука, 1977, 127 с.

84. Щукин Ю.К. Земная кора сейсмоактивных зон и очаги сильных землетрясений СССР.-В кн: Геофизические условия в очаговых зонах сильных землетрясений. М.,Наука, 1983, 3-40.

85. Чнгарев Н.В. Сейсмогенерация и блоковое строение земной коры /на примере Средней Азии/.-ДАН СССР, 255, #2, 1980, 313-317.

86. Юдахин Ф.Н. Геофизические поля, глубинное строение и сейсмичность Тянь-Шаня. Фрунзе, йлим, 1983, 248 с.

87. Яковлев КЛ, Математическая обработка результатов измерений.