Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

CONSTRUCTION AREAS OF POSSIBLE SOURCES OF EARTHQUAKE MAPINFO GIS FOR EVALUATION OF SEISMIC RISK OF SOUTH YAKUTIA

Trofimenko S.V. 1 Grib N.N. 1 Ivanova N.A. 1 Kolodeznikov I. I. 1
1 North-Eastern Federal University of MK Ammosov
Рассмотрена задача построения зон возможных очагов землетрясений с использованием новых инфор-мационных технологий в картографической системе MapInfo. Произведены детальные оценки сейсми-ческой опасности на основе анализа сейсмической активности зон сочленения ос¬новных морфострук-турных элементов, на выделенных масштабах времени, и установления взаимосвязи геологических предпосылок возникнове¬ния землетрясений разной силы с активными тектоническими структурами. Показана активность основных тектонических структур изучаемой территории на основе оценок дина-мических параметров в виде средней скорости, рассчитываемой по амплитуде смещения в установлен-ный промежуток геологического времени, направления смещения и кинематики движений. Установлено чередование зон возможных очагов землетрясений в широтном направлении с оценками максимально возможной магнитуды землетрясений для каждой зоны. Чередование широтных структур с высоким и пониженным сейсмическим потенциалом подтверждено найденной сейсмодислокацией севернее основ-ных активных тектонических структур. Данная закономерность определяет необходимость дальнейших палеосейсмологических исследований для детализации сейсмической опасности Южной Якутии.
The problem of construction of earthquake zones possible with the use of new information technologies in the mapping system MapInfo. Produced detailed seismic hazard assessment based on the analysis of seismic activity zones of articulation of the main structural elements in the allocated time scale and correlating geological pre-conditions to earthquakes of varying strength with active tectonic structures. Shows the activity of the main tec-tonic structures of the study area based on estimates of the dynamic parameters in the form of average speed is calculated via the displacement amplitude at a fixed period of geologic time, the direction of displacement and movement kinematics. Set of possible alternate zones of earthquakes in east-west direction with estimates of the maximum possible earthquake magnitude for each zone. The alternation of latitudinal structures of high and low seismic potential confirmed by seismic dislocations found north of the main active tectonic structures. This pattern defines the need for further research to palaeoseismological detail seismic hazard in South Yakutia.
GIS Mapinfo
seismic hazard
potential earthquake sources zone
magnitude
earthquakes
the active faults
block structure
crust

Введение

При детальной оценке сейсмической опасности одно из важнейших мест занимает анализ сейсмической активности зон сочленения ос­новных морфоструктурных элементов на выделенных масштабах времени и установление взаимосвязи геологические предпосылок возникнове­ния землетрясений разной силы с активными тектоническими структурами [7].

В задачах изучения сейсмической опасности для промышленных сооружений в сейсмоактивных зонах особая роль отводится исследованию активизации разломов в определенные временные интервалы жизни тектонических структур. Установление активности изучаемых структур связывают с их динамическими параметрами в виде средней скорости, рассчитываемой по амплитуде смещения в установленный промежуток геологического времени, направлению смещения и кинематике движений [8] .

Изучению сейсмичности и её природы на территории Южной Якутии и других сейсмоактивных регионах проводились многими авторами: [1–4, 8–12].

Данные исследования подтвердили тот факт, что для установления связи высокой сейсмической активности изучаемого региона с геологическими особенностями строения необходимо производить оценки параметров активности основных разломных структур в течение позднего плейстоцена и голоцена, то есть последних 100–150 тыс. лет. [3, 4] с уточнением за голоценовый период геологического развития [8].

Общая технологическая схема оценки сейсмической опасности по комплексу геологических и сейсмологических работ приведена в работе [4] и представлена на рис. 1.

Для Южной Якутии основные работы по представленному комплексу выполнялись во второй половине XX столетия. Для оценки сейсмической опасности в пределах той или иной, выделенной по ком­плексу геолого-геофизических данных разломной структуры, были привлечены результаты комплексного анализа геолого-тектонических критериев сей­смичности [2]. Данные материалы проанализированы и обобщены в работе [6].

В современный период детальные геолого-геофизические исследования на территории Южной Якутии, направленные на выявление следов молодой тектонической активности в зонах геологических разломов, проводились в 2006 г. в связи с работами по детальному сейсмическому районированию трассы проектируемого нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан [11]. Комплексные исследования, включавшие геолого-геоморфологи­ческие и геофизические работы, носили палеосейсмогеологическую направленность.

В основу изучения активных разломов поло­жен палеосейсмогеологический подход, основан­ный на допущении, что сильнейшие землетрясе­ния далекого, часто доисторического прошлого оставляют на поверхности следы – палеосейсмодислокации [1, 2, 4].

Рис. 1. Технологическая схема оценки сейсмической опасности (по Трифонову В. Т. [4])

Цветные обозначения: желтый цвет – материалы, требующие дополнительной доработки для Южной Якутии на основе полевых исследований; зеленый цвет – материалы, требующие в основном теоретической проработки; коричневый цвет – выходные данные, изменяющиеся в зависимости от критериев и оценок полевых работ и теоретических моделей.

Результаты исследований и обсуждение

Признаками активности разломов являются расположенные вдоль них цепочки эпицентров землетрясений. На характер подвижек по разлому могут также указывать особенности происходивших вдоль него землетрясений [7]. Совместное применение двух методов позволяет дополнить и детализировать динамику разлома с изменениями его параметров вдоль разлома и на глубину, а также с временными вариациями их проявлений.

Способ оценки мест и максимальной магнитуды Mmax землетрясений по данным об активных разломах основан, во-первых, на самом факте приуроченности большинства сильных землетрясений разломам и, во-вторых, на их длине и амплитудах выявленных сейсмогенных подвижек. Хотя очаги современных сильных землетрясений могут располагаться в любой части зоны живого разлома, выявлены места, где они возникают особенно часто. Это пересечения и сочленения разнонаправленных разломов и участки, где кулисно расположенные сегменты разломов надстраивают друг друга. Именно там непрерывное движение по разлому затормаживается и происходит накопление упругой деформации, приводящее к сейсмогенерирующему срыву.

Использование для оценки Mmax данных о длине разлома L и величине сейсмогенных подвижек D основано на уравнениях регрессии типа

M = a+b·lg L и M = c+d·lg D, (1)

где a, b, c и d – коэффициенты, эмпирически определенные по данным о подвижках при современных землетрясениях, а M – их амплитуды.

Закон затухания интенсивности сотрясений от гипоцентрального расстояния использовался в виде [13]:

I = 1.5 M - 3.0 lg D i + 2.5, (2)

где, М выражается через энергетический класс К по формуле: К = 4 + 1.8 М.

Суммарная погрешность применения формулы (2) для Южной Якутии составляет 5 % (4.81 %), что позволяет использовать её для оперативных расчетов.

За меру сейсмичности была выбрана величина сейсмической активности А, как средней частоты повторения землетрясений определенной энергии.

Сравнительный анализ флуктуаций величин SE - сейсмической энергии, SE1/2- условных деформаций Беньёффа и А - сейсмической активности показывает, что оперировать величиной А целесообразнее, нежели SE и SE1/2. Это легко понять, если учесть, что период наблюдений над землетрясениями необходимо увеличить в 20 раз при работе с SE1/2 и в 55 при выборе SE. Тем не менее, расчет величины смещения по формуле (1) с учетом того, что суммарная величина накопленной магнитуды равна M = c+d·lg DМ и D∑=SE1/2 дает возможность рассчитать подвижки по разломам с учетом проекции сдвиговой компоненты сильного землетрясения на ось активного разлома, для которого рассчитывается смещение.

Второй подход связан с расчетом теоретического смещения D∑ за инструментальный период наблюдений (либо за выделенный период) и расчет теоретической магнитуды (энергии) при активизации рассматриваемого разлома [5] . Область динамического влияния разломов для земной коры показана в работе [13] и может быть записана в виде

, (3)

где – ширина зоны влияния разломов или расстояние от осевой зоны дислокации до середины поля повышенных напряжений, L – длина разломов, – коэффициенты пропорциональности, изменяющиеся в пределах 0,3-0,5 и 0,5-0,96 соответственно. Для районов с высокой тектонической активностью можно принять , .

Для структурированной геологической среды с линейным размером стороны домена 120–150 км, что характерно для Алданского щита [10] величина составит = 0,15·(120-150)0,96 ≈ 20км. При этом удвоенная величина совпадает с величиной деформационных зон разломов 1-го ранга, определенных по аномалиям геофизических полей [10].

Результаты детального изучения активных разломов Южной Якутии [7, 11] для прогноза сейсмической опасности были обобщены на основе методов оценок максимально возможной магнитуды, основанных на глобаль­ных статистических обобщениях соотношений размеров очаговых зон землетрясений, магнитуды, кинематики и амплитуды подвижек по сейсмогенным разломам, а также зон динамического влияния разломов [14, 15].

Проведенный анализ существующих подходов картирования активных разломов был дополнен результатами иссле­дования структурных связей сейсмогеологических элементов, обусловливающих сейсмичность, с применением статистического анализа распределений аномалий геофизических полей и моделирования сейсмиче­ского процесса [5, 10].

Использование ГИС MapInfo позволило построить карту зон возможных очагов сильных землетрясений (зон ВОЗ) Южной Якутии [7] (рис. 2).

Рис. 2. Дифференцированные зоны возможных очагов сильных землетрясений Южной Якутии исследованных активных разломов

Условные обозначения: Зоны ВОЗ: 1-Кабактинская; 2-Нижне-Нерюнгринская; 3-Беркакитская; 4-Суннагино-Ларбинская; 5-Южно-Якутская; 6-Верхне-Гонамская; 7-Становая; Чульмаканская, выделенная по результатам новых исследований

В дополнение к разработанным методикам картирования зон ВОЗ при построении данной карты (рис. 2) приняты предположения (в порядке обсуждения), что установленная активизация любого фрагмента разлома распространяется на всю тектоническую структуру и, во-вторых, уменьшение (увеличение) прогнозируемой магнитуты вдоль разлома возможно при наличии ортогональных (сопряженных) активизированных структур. В этой связи на карте не отражены изолинии равных магнитуд, как в работе [7], а сама карта названа условно «дифференцированные зоны возможных очагов сильных землетрясений». Из особенностей представленной схемы зон ВОЗ можно отметить следующее:

  • ширина зон ВОЗ уменьшена для систем разломов северо-восточного простирания, так как они на данной территории носят подчиненный характер и во вторых укладываются в доменную структуру второго порядка [10], для которых зоны кинематического влияния определены в 30 км;
  • широтная структура, объединяющая основную ветвь Южно- Станового и южную ветви Северо-Становой системы разломов представлены в виде одной зоны, так как, во-первых, они попадают в доменную структуру (3–2730) первого порядка и, во-вторых, объединены единым полем сейсмичности без сейсмических брешей;
  • Кабактинская зона ВОЗ выделена в связи с одноименным активным разломом. Геолого-геоморфологические и палеосейсмогеологические наблюдения в зоне разлома показали морфо-кинематику в виде правостороннего взбросо-сдвига с возможными единовременными сейсмическими подвижками с амплитудой до 20 см;
  • Нижне-Нерюнгринская зона ВОЗ выделена в связи с одноименным активным разломом, имеющим две структурные ветви. При «тренчинге» выявлено двукратное сейсмогенное смещение крыльев разлома с вертикальной амплитудой порядка 20–25 см [7].
  • Суннагино-Ларбинская зона ВОЗ приурочена к одноименному активному разлому, имеющему две структурные ветви. Геолого-геоморфологические, геофизические наблюдения в зоне разлома показали его морфо-кинематику в виде сдвиго-сброса с возможными единовременными сейсмическими подвижками с амплитудой до 40 см.
  • Беркакитская зона ВОЗ выделена в связи с одноименным активным разломом. Средняя глубина возникновения гипоцентров ожидаемых землетрясений 10–15 км [6]. Геолого-геоморфологические и геофизические наблюдения в зоне разлома показали его морфо-кинематику в виде взброса с возможными единовременными сейсмическими подвижками с амплитудой до 30 см.
  • Южно-Якутская зона ВОЗ выделена в связи с одноименным активным разломом надвиговой морфологии, имеющим несколько структурных ветвей. К западу от г. Нерюнгри, в связи со сходством параметров, зона объединяется с северной ветвью Северо-Станового разлома в единую сейсмогенерирующую структуру. Геолого-геоморфологические, геофизические и палеосейсмогеологические наблюдения в зоне Южно-Якутского разлома показали его морфо-кинематику в виде взброса с возможными единовременными сейсмическими подвижками с амплитудой до 50 см.
  • Верхне-Гонамская зона ВОЗ выделена в зоне одноименного активного разлома сдвиговой морфологии. Геолого-геоморфологические наблюдения в зоне разлома показали его морфо-кинематику в виде правостороннего сдвига с возможными единовременными сейсмическими подвижками с амплитудой до 40 см.

Становая зона ВОЗ выделена в зоне Южно-Станового активного голоценового разлома с взбросо-сдвиговой морфологией смещений.

Оценки максимально возможной магнитуды землетрясений в целом для изучаемой территории совпадают с расчетами по методике из работы [12]. Однако чередование субширотных структур с высоким и пониженным сейсмическим потенциалом отмечается впервые. Найденная сейсмодислокация севернее п. Чульман (Чульмаканская, рис. 2) укладывается в данную закономерность, и, в сущности, предопределяет необходимость дальнейших детальных исследований по изучению сейсмической опасности Южной Якутии. В свете планируемого промышленного развития региона данная задача имеет не только чисто научное, но и практическое значение.

Рецензенты:

Самохин А.В., д.т.н., профессор, профессор по кафедре «Физика и прикладная математика», Муромский филиал Владимирского государственного университета, г.Муром.

Смелов А.П., д.г.-м.н., профессор, директор Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения Российской академии наук, г.Якутск.