Новая страница 1

Светлой памяти

одного из пионеров

геофизических исследований Арктики

Аркадия Михайловича Карасика

Аннотация

Аветисов Г.П. Сейсмоактивные зоны Арктики / Комитет Российской Федерации по геологии и использованию недр, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана. - СПб, ВНИИОкеангеология, 1996.

Монография посвящена исследованию гипоцентрии, фокальных механизмов и динамики литосферы сейсмоактивных зон Арктики и прилегающих регионов. Она базируется на всем имеющемся к настоящему времени материале об арктических землетрясениях, полученном по данным международных и отечественных стационарных сетей станций, а также многолетних экспедиционных сейсмологических исследований в Арктике, осуществленных под руководством автора. В работе анализируется тектоническая природа арктических землетрясений, оценивается роль, различных сейсмогенных факторов. раскрываются особенности современной динамики литосферы сейсмоактивных зон. В заключении дается ранжирование арктических областей по степени возможной сейсмической опасности и очередности постановки работ по сейсмическому районированию.

Монография представляет интерес для геофизиков и геологов, изучающих сейсмичность и тектонику Арктического региона, а также специалистов. занимающихся вопросами оценки сейсмической опасности в пределах арктических территорий и акваторий.

Ил.26, табл.4З, список литературы - 226 назв.

Научные редакторы - академик РАН Грамберг И.С., член-корреспондент РАН Погребицкий Ю.Е.

Оглавление

Введение

Глава 1. Краткая история развития сейсмологических исследований Арктики

1.1. Развитие сети постоянных арктических станций

1.2. Экспедиционные наблюдения «Севморгеология»

1.3. Обзор основных обобщающих публикаций

Глава 2. Банк арктических сейсмологических данных (АРС)

2.1. Принципы создания информационного наполнения банка данных

2.2. Информационное содержание банка данных

Глава 3. Оценка возможностей унификации магнитуд арктических землетрясений

Глава 4. Гипоцентрия и фокальные механизмы арктических землетрясений

4.1. Основные принципы отбора материалов

4.2. Норвежско-Гренландский бассейн и его обрамление

4.3. Евразийский суббассейн и его обрамление

4.4. Чукотское море и его обрамление

4.5. Арктическая Канада

Глава 5. Геодинамические модели сейсмоактивных зон

5.1. Зона межплитной сейсмичности (Срединно-Арктический пояс землетрясений)

5.2. Зоны внутриплитной сейсмичности

Заключение

Список литературы

Приложение. Каталог эпицентров землетрясений, зарегистрированных экспедиционными станциями «Севморгеология»

Введение

Сейсмологические наблюдения являются неотъемлемой и одной из важнейших составляющих комплекса геолого-геофизических исследований в любом регионе Земли. Их особое место в этом комплексе определяется тем, что они, в отличие от ряда других геометодов, позволяют на выходе получить такую информацию о среде, геологическая интерпретация которой минимально зависит от субъективных оценок и вкусов конкретных исполнителей. Кроме того, сейсмологический метод является единственным, если можно так сказать, дистанционным геофизическим методом с практически неограниченной дальностью действия, обеспечивающей возможность исследования труднодоступных областей, что особенно актуально для Арктического региона. Очевидны научный и прикладной аспекты применения сейсмологических данных. Даже одно только установление факта существования или отсутствия повышенной сейсмичности заметно влияет как на наши представления о современном геолого-тектоническом положении региона, так и на оценку возможностей и целесообразности его промышленного освоения.

Как географическая единица, Арктика включает в себя Северный Ледовитый океан с островами, прилегающие части Тихого и Атлантического океанов, северные окраины Американского и Евразиатского континентов и Гренландию. Строго говоря, Арктику принято ограничивать, по южному завершению зоны тундры, и в этом случае площадь, ее составляет 27 млн кв.км, но на практике, учитывая значительные колебания положения этой линии в различных регионах, чаще всего границу проводят по Северному Полярному кругу (21 млн кв.км). Именно вторая трактовка границы Арктики принята и нами.

К настоящему времени собран значительный инструментальный материал, свидетельствующий о существовании в Арктике крупных и достаточно высокоактивных сейсмических зон. Здесь, известны события с магнитудой 6 и даже 7. Данные о пространственном распределении землетрясений, их интенсивности и фокальным механизмам, положенные в основу многочисленных исследований тектоники Центрального Арктического бассейна, его шельфовых морей и побережий, явились неоценимым вкладом в дело геологического познания этой полярной области. До недавнего времени значительно меньшей была доля прикладного использования сейсмологической информации в Арктике, что обусловлено ее малонаселенностью и относительно слабым промышленным освоением. Однако роль прикладного аспекта будет резко возрастать, причем одинаково актуальной станет оценка макропроявлений сейсмического эффекта, как на суше, так и на акваториях. Уже сейчас работают морские нефтяные платформы на сейсмоактивных шельфах морей Бофорта и Норвежского, благоприятны перспективы нефтегазоносность Баренцевоморской и Лаптевоморской акваторий.

Подавляющее большинство известных автору публикаций по проблемам сейсмичности и сейсмотектоники Арктики посвящено отдельным регионам, причем основное внимание, и это в общем-то естественно, уделяется Срединно-Арктическому поясу землетрясений. Большинство обобщающих послевоенных исследований, базирующихся на достаточно большом фактическом материале, касаются, главным образом, евразийской части Арктического региона, кроме того, с момента их выхода в свет получена новая и весьма обширная сейсмологическая информация. Наиболее современное обобщение сделано в главе «Seismicity and focal mechanisms ..» монографии «Тhе Arctic осeаn region», но при этом не меньший объем сейсмологических данных рассеян по другим многочисленным главам, посвященным отдельным регионам Арктики, что в значительной степени препятствует получению цельного представления по проблеме. Кроме того, сведения о фокальных механизмах ограничены, в основном, второй половиной 70-х годов. Новейших отечественных работ, подобных этой, не существует вообще.

Настоящая публикация ставит своей целью в какой-то степени восполнить этот пробел. В ней собрана и проанализирована информация об истории сейсмологических исследований в Арктике, распределении арктических землетрясений и данных по механизмам напряжений в очагах, намечены связи сейсмичности с тектоникой, высказаны соображения о геодинамике сейсмоактивных зон Арктики и месте их в ряду сейсмоактивных зон Земли.

В качестве фактологической основы использовался созданный по ВНИИОкеангеология Банк арктических сейсмологических данных, в котором собрана информация о землетрясениях Арктики и прилегающих регионов за весь период инструментальных наблюдений.

Прикладное значение работы состоит в том, что приведенная в ней фактическая информация и комплекс геологических выводов совместно с банком данных являются основой исследований по сейсмическому районированию и микрорайонированию Арктического региона, и в этом плане настоящая работа может рассматриваться в качестве начального необходимого этапа этих исследований. В работе приводятся оценки сейсмической опасности для акватории Евразийского суббассейна Северного Ледовитого океана и прилегающих шельфовых морей, сделанные автором еще четверть века тому назад и, как показали последующие исследования, в целом сохраняющие свое значение и сейчас.

В решении поставленных задач большую помощь автору своими материалами, советами, замечаниями и рекомендациями оказали научные редакторы работы академик РАН И.С. Грамберг, чл.-корр. РАН Ю.Е. Погребицкий, а также В.В. Верба, М.Л. Верба, Е.Е. Мусатов, В.Э. Волк, Б.Г. Лопатин, А.А. Красильщиков, Д.В. Семевский, В.И. Устрицкий, В.Д. Дибнер, O.П. Дундо, Б.И. Ким,- Б.М. Козьмин, В.С. Имаев, Б.А. Ассиновская, А.Ф. Грачев, A.П. Лазарева, И.П. Габсаттарова, А.А. Винник и другие. Всем им автор выражает глубокую признательность. И конечно автор не может не вспомнить и не поблагодарить всех своих верных и надежных товарищей по арктическим экспедициям и, в первую очередь, Б.Т. Барычева и В.В. Васильева.

Заключение

На основании наиболее полной к настоящему времени сейсмологической информации, полученной за время всего периода инструментальных зарубежных и отечественных наблюдений над землетрясениями, а также с использованием широкого круга других геолого-геофизических материалов проанализированы гипоцентрия землетрясений и их фокальные механизмы, уточнены и выявлены новые связи сейсмичности с тектоникой и неотектоникой, намечены геодинамические модели сейсмоактивных зон Арктики и Субарктики. Кроме того, впервые для Арктического региона проанализированы возможности унификации магнитуд землетрясений и дан ряд формул регрессии, связывающих наиболее часто используемые при оценке арктических землетрясений типы магнитудных определений. Вся использованная в работе сейсмологическая информация почерпнута из разработанного и реализованного автором Банка Арктических сейсмологических данных.

Проведенное исследование позволило сделать следующие выводы:

- в Арктическом регионе существуют оба типа сейсмоактивных зон: межплитные и внутриплитные.

- межплитная сейсмичность представлена Срединно-Арктическим поясом землетрясений, трассирующим спрединговую границу Евразийской и Северо-Американской литосферных плит и протягивающимся от Исландии через Норвежско-Гренландский бассейн, Евразийский суббассейн и шельф моря Лаптевых до Севера-Востока Евразии.

- указанная межплитная граница, в целом развиваясь по единому сценарию, состоит, тем не менее, из серии сочленяющихся сегментов, эволюция каждого из которых имеет свои специфические особенности. Ведущая роль в образовании этих особенностей принадлежит различиям доспредингoвой структуры литосферы. Показано, что на основе этого признака в принципе можно выделить три типа границы, каждому из которых в Срединно-Арктическом поясе находятся соответствующие аналоги: однородная и изотропная литосфера без доминирующих тектонических элементов, в пределах которой ориентировка возможной плоскости разрыва будет в основном определяться законами механики и зависеть от ориентировки приложенных сил (хребты Гаккеля и Мона); среда с доспрединговой ослабленной зоной, в пределах которой образующаяся линия раскола разворачивается от теоретического положения сторону ослабленной зоны (хребет Книповича) и среда с жестким монолитным блоком, который утыкающийся в него раскол огибает по разлому или серии эшелонированных разломов (зоны разломов Тьорнесс, Ян-Майенская, Шпицбергенская).

- существующее представление о непрерывности на Лаптевоморском шельфе границы Евразийской и Северо-Американской плит можно признать справедливым только, на уровне первого приближения, т.е., если считать участком границы весь шельф. Это достаточно для понимания общей кинематики плитно-тектонических движений, но не удовлетворяет требования региональных исследований. Необходимо признать, что имеются два «слепых» отрезка этой границы, один из которых в восточной половине шельфа является завершением океанической части границы, протягивающейся из Евразийского суббассейна, а второй – континентальной, идущей из Восточной Якутии.

- формирование здесь единой границы Евразийской и Северо-Американской плит контролируется двумя встречными движениями ее разорванных фрагментов: на юг через область мезозоид в восточной части шельфа и на северо-запад вдоль разломных ограничений Лено-Таймырской зоны пограничных поднятий. В настоящее время можно высказать лишь общие соображения о характере и месте возможного соединения разорванных фрагментов в случае продолжения действия рифтогенных растягивающих сил. Очевидно, что ожидаемое положение единой границы опять же во многом будет определяться положением существующих в регионе ослабленных зон. Реальными представляются следующие возможные варианты.

1. Продвижение восточного фрагмента раскола на юг вдоль Омолойского грабена в южной части Усть-Ленского прогиба и соединение его с континентальной частью границы восточнее дельты Лены; продвижение западного фрагмента на северо-северо-запад вдоль контакта Таймырской складчатой системы с западной частью Лаптевской плиты и выход его к континентальному склону. Это приведет к образованию Лаптевской микроплиты и тройного сочленения в районе южного побережья губы Буор-Хая. В рамках этого варианта возможен выход западного фрагмента раскола к континентальному склону через Северный грабен.

2. Остановка продвижения расколов по указанным в первом варианте направлениям и соединение ныне установленных концов фрагментов границы по линии северо-восточного простирания, совпадающей или близкой к Северному грабену. В этом случае следует ожидать образования на Лаптевоморском шельфе системы трансформных разломов типа Шпицбергенской.

- по всей совокупности сейсмологических данных и, в частности, на основании сравнения уровней сейсмической активности отдельных сегментов спрединговой границы плит в Арктике, можно заключить, что постулат об «абсолютной» жесткости плит приемлем лишь, на глобальном уровне аппроксимации. Значительная часть генерируемых в результате спрединга напряжений релаксиpyeтcя внутри плит. Наиболее типичным примером этому является район хребта Книповича.

- бесспорными зонами внутриплитной сейсмичности являются Фенноскандия, континентальные окраины Евразийского суббассейна и Норвежско-Гренландского бассейна, район Канадского Арктического архипелага и его обрамления, Северная Аляска и Ceвepo-Восточная Евразия. Фоновым, региональным фактором, генерирующим внутриплитную сейсмичность и влияющим на ее уровень и глубинность, является разрядка напряжений, создаваемых на границах плит. Сейсмогенное действие этого фактора в первую очередь проявляется в древних ослабленных зонах литосферы и усиливается влиянием других процессов, ведущим из которых являются дифференцированные вертикальные тектонические движения. Роль гляциоизостатических движений нагрузки аномально мощных осадочных толщ в настоящее время второстепенна,

Вся совокупность приведенной в работе информации, включая данные по распределению эпицентров землетрясений, их магнитуде, глубинам гипоцентров и фокальным механизмам, а также анализ тектонической природы землетрясений, дают четкое представление о расположении сейсмоопасных зон Арктики и вместе с Банком Арктических сейсмологических данных должны явиться основой работ по сейсмическому районированию региона. Несмотря на то, что более половины его площади занято акваториями, а суша крайне слабо и неравномерно заселена, имеется определенный объем макросейсмической информации, дающей прямые указания о балльности сейсмических проявлений. Очевидно, что распределение этого объема по регионам определяется в первую очередь не уровнем сейсмической активности, а степенью заселенности.

Наибольшее количество макросейсмической информации получено по Фенноскандии, где только для района севернее 65°· за весь период инструментальных наблюдений отмечено 173 ощутимых землетрясения, из которых 7 проявились с интенсивностью 4 балла и выше, а одно, 16 апреля 1989 года, достигло 8 баллов и привело к разрушениям в верхних горизонтах Кировского рудника. Имеется историческая информация о сильных землетрясениях Кольского полуострова и севера Архангельской области в прошлые столетия.

Шесть сильных землетрясений, имевших в эпицентре 6 баллов и выше, известно в Северной Якутии севернее 70°·. Это в первую очередь серия Булунских землетрясений 1927 года. Наиболее северным из ощутимых землетрясений этого региона является землетрясение 1 февраля 1980 года в Оленекском заливе. Оно ощущалось с интенсивностью 7 баллов в пос. Оленек (100 км от эпицентра) и 3-4 балла в г. Тикси (300 км от эпицентра).

Весьма часты ощутимые землетрясения на Чукотке, самое сильное из которых произошло в прибрежной зоне Чукотского моря ·5 октября 1971 года и дало 5-балльные сотрясения в пос. Нешкан (100 км от эпицентра) и 3-4-балльные в пос.Уэлен (250-300 км от эпицентра).

Большое количество ощутимых землетрясений отмечено и в зарубежных регионах Арктики: Западная и Северная Аляска (59, в т.ч. 18 с интенсивностью 4 балла и выше), Ян-Майен (15), Исландия (10). 2 ощутимых землетрясения 18 января 1976 года и 17 июля 1977 года известны на Шпицбергене. Информация о 8 ощутимых землетрясениях имеется даже по практически безлюдному Канадскому Арктическому архипелагу.

Согласно ныне действующей карты сейсмического районирования территории СССР, изданной в 1978 году, к 7-8-балльным участкам отнесены дельта Лены и ее обрамление, находящиеся в зоне выхода на континент Cрединнo-Арктического пояса землетрясений, а к 6-7-балльным - Чукотский полуостров.

На основании проведенного нами в 1971 году тектоно-сейсмического районирования Евразийского суббассейна, Норвежско-Гренландскогo бассейна и прилегающих к ним шельфовых морей в регионе выделены две сейсмоактивные зоны:

- 8-балльная – срединно-океанических хребтов. В ее пределах землетрясения интенсивностью в 8 баллов могут ожидаться с частотой раз в 70-80 лет, 7 баллов - в 15-20 лет, 6 баллов - 5-8 лет.

- 6-7-балльная – континентального склона и фронтальной части шельфа. В пределах последней особое внимание уделено участкам поперечных желобов: Медвежьего, Франц-Виктория, Св.Анны, Воронина.

Абиссальные котловины Нансена и Амундсена, не имеющие собственных землетрясений, тем не менее отнесены к 6-балльным с учетом возможных сотрясений, передаваемых из прилегающих к ним сейсмоактивных зон.

Принципиаьная правильность проведенного четверть века назад районирования не вызывает сомнений и сейчас, что подтверждено последующими подобными работами И.П. Кузина по морю Лаптевых и Б.А. Ассиновской и Б.А. Ассиновской и С.Л.Соловьевым по Баренцеву морю. Тем не менее, имевшаяся в распоряжении указанных авторов новая геолого-геофизическая информация позволила им уточнить и детализировать наши оценки 20-летней давности, В свою очередь представленные в настоящей работе данные по гипоцентрии землетрясений, подтверждая в целом правильность подхода к выделению сейсмоопасных зон, показывают необходимость более кардинальных уточнений их расположения. Особенно это явно по морю Лаптевых, где ранее 8-балльная зона проводилась, через его центрально-осевую часть.

Очевидно, что создание электронного Банка Арктических сейсмологических данных, на который базируется настоящая работа, получение возможности машинного построения карт эпицентров, реализованной в настоящей работе, обоснование тектонической природы арктических землетрясений, осуществленное в настоящей работе, в совокупности с другой новейшей геолого-геофизической информацией создают предпосылки для перехода на качественно новый уровень оценки сейсмической опасности в пределах Арктического региона. Как следует из всего содержания работы, с учетом уровня активности сейсмические зоны Арктики могут быть ранжированы следующим образом:

- Срединно-Арктический пояс землетрясений, включая весь шельф моря Лаптевых, Западная и Северная Аляска (в первую очередь хребет Брукса), Баффинов залив, где известны и нередки землетрясения с магнитудой 6 и выше;

- Лофотенская котловина, Шпицберген, Северо-Восточная Гренландия, поперечные желоба континентального склона Евразии, море Бофорта, горы Маккензи, где нередки землетрясения с магнитудой 5 и выше;

- Северные Швеция и Норвегия, западная часть Кольского полуострова, участки локальных сгущений эпицентров в пределах Канадского Арктического архипелага (нaпpимер, северо-восточнее о. Мелвилл или на северо-восточном побережье Баффиновой Земли), где установлены землетрясения с магнитудой до 5.

Пристальное внимание должно быть уделено явно сейсмически активному, но слабо в этом отношении изученному, Чукотскому полуострову.

Признавая ранжирование по уровню сейсмической активности, следует однако учитывать, что не этот фактор должен играть решающую роль при определении первоочередности постановки исследований по оценке сейсмической опасности того или иного региона. На первый, план выходят перспективы промышленного освоения региона, которые определяют другую расстановку указанных выше регионов. Наиболее актуальными становятся оценки сейсмической опасности морей Норвежского и Бофорта, в пределах которых уже ведется разработка нефтяных газовых месторождений, Баренцева моря, имеющего целый ряд нефтегазовых месторождений и перспективных на нефть и газ структур, хребта Брукса, где открыто крупное полиметаллическое месторождение, По совокупности причин, включающей в себя и хорошие перспективы на горючие полезные ископаемые, и интенсивное промышленное освоение побережий, и высокий уровень сейсмической активности, весьма актуальным представляется проведение сейсмического районирования акватории моря Лаптевых и его обрамления. В то же время, несмотря на высокий уровень сейсмической активности, на наш взгляд, в обозримом будущем в основном чисто познавательный интерес будет иметь оценка сейсмической опасности в пределах глубоководных частей арктических акваторий.

Следует иметь в виду, что при оценке сейсмической опасности для какого-либо локального промышленного или жилого объекта обязательным является проведение сейсмического микрорайонирования, оценивающего влияние на изменение балльности особенностей рельефа, состояния грунтов, уровня грунтовых вод и других характеристик. В неблагоприятных случаях указанные особенности могут приводить к приращению интенсивности на 2-3 балла и создавать сейсмически опасные участки в пределах в среднем безопасного региона.

Завершая исследование, необходимо отметить, что существующая ныне сеть телеметрических отечественных и зарубежных станций, в какой-то степени достаточна для проведения общего мониторинга за сейсмическим режимом Арктического региона в целом и накопления статистических данных по уже известным его особенностям, совершенно не удовлетворительна для осуществления стоящего на повестке дня перехода на качественно новый уровень исследований, а именно детального изучения наиболее интересных и важных с позиций научного и прикладного аспектов узловых фрагментов сейсмоактивных зон. В связи с этим, на наш взгляд, на первый план должна выйти задача создания программы относительно кратковременных, но широкомасштабных специализированных экспедиционных наблюдений в отдельных областях Арктики с использованием портативных, наземных и донных станций. Очевидна также необходимость концентрации усилий всех заинтересованных в исследовании и освоении Арктического региона организаций и государств.