УДК 550.34(084.3)(922.1)

Г.П. АВЕТИСОВ

СЕЙСМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ АРХИПЕЛАГА 3ЕМЛЯ ФРАНЦА-ИОСИФА

Сейсмическая активность той или иной территории неразрывно связана с ее приуроченностью к соответствующим тектоническим структурам и с их современным развитием, выражающемся в рельефе. При проведении сейсмического районирования первоочередной задачей является выделение по тектоническим и сейсмическим признакам участков, в которых возможны землетрясения. Эта операция лежит в основе определения балльности как этих, так и соседних участков, на которые будут распространяться сотрясения.

Краткая тектоническая характеристика района

Территория архипелага 3емля Франца-Иосифа принадлежит к одному из наименее изученных в геологическом и сейсмическом отношении районов Советского Союза. Первые сведения о геологическом строении архипелага были получены после экспедиций Вейпрехта и Пайера, Джексона, Нансена и других исследователей. В советское время наиболее полные исследования были проведены И. М. Ивановым (1935), Т. Н. Спижарским (1936), В.Д. Дибнером (1957,1960,1963).

Архипелаг 3емля Франца-Иосифа представляет собой часть Баренцевской платформы, складчатое основание которой имеет, по-видимому, каледонский или докембрийский возраст. В геологической истории платформенного чехла устанавливаются две фазы платформенной складчатости, имевшие место в послерэт-лейасовое и посленижнемеловое время (Ди6нер, 1957). В начале четвертичного времени произошли крупные блоковые движения, которые и определили современные черты рельефа нынешней Земли Франца-Иосифа. Рельеф архипелага представлен типичными плато высотой от 50-100 до 400-500 м. Острова и разделяющие их проливы имеют угловатые, резкие очертания с северо-западным, северо-восточным и отчасти меридиональным простиранием. Форма берегов, значительные глубины проливов при их сравнительной узости не оставляют сомнений в их тектоническом происхождении. В.Д. Дибнер (1963) выделяет на Арктическом шельфе две доминирующие системы разломов: система меридиональных желобов, разбивших шельф на блоки, и система внутриблоковых разломов северо-западного и северо-восточного простирания. Согласно В.Д. Ди6неру, формирование первой из названных систем произошло не позднее конца неогена или даже начала антропогена. Система внутриблоковых диагональных разломов зародилась еще в дочетвертичное время.

Таким образом, очевидно, что территория 3емли Франца-Иосифа в прошлом подвергалась значительным тектоническим воздействиям, разбившим архипелаг и прилегающие территории на отдельные блоки.

Специфика сейсмического режима любого района определяется тектоническими процессами последнего альпийского этапа, т.е. новейшим временем. Изучение современных движений на архипелаге позволило сделать вывод о том, что территория 3емли Франца-Иосифа испытывает в настоящее время непрерывное поднятие (Ди6нер, 1957). По данным радиоуглеродных датировок, темп общего поднятия архипелага за последние 7000 лет составляет 1-5 мм/год. Однако наличие такого 6ыстрого воздымания еще ничего не говорит о сейсмичности архипелага, так как последняя определяется наличием дифференцированных движений, критерием которых является величина градиента скорости новейших тектонических движений - скорости деформации коры. Наличие градиента скорости движений можно определить путем установления возраста пород на различных высотных отметках и с помощью повторных высокоточных нивелировок. Так как подо6ные работы в нео6ходимом о6ъеме до сих пор на архипелаге не 6ыли проведены, фактически нет достаточных количественных тектонических признаков наличия сейсмоактивных зон на территории архипелага. Вполне естественно, что подобные признаки отсутствуют и для акваторий, непосредственно примыкающих к архипелагу, т.e. мы не можем утверждать наличие движений по разломам, ограничивающим меридиональные желоба.

В связи с тем, что тектонических признаков явно не хватает для выделения сейсмоактивных зон, необходимо привлечь сейсмические данные. В 1968 г. по данным советских и зарубежных каталогов землетрясений была составлена схематическая карта тектоносейсмического районирования акватории Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана и прилежащих шельфовых морей (Аветисов, Голyбков, 1971). Согласно данным этой карты, меридиональные желоба, в частности желоб Франц-Виктория, имеют собственные землетрясения и являются участками повышенной сейсмичности. С целью получения дополнительных сейсмических признаков современной тектонической активности системы меридиональных желобов и системы диагональных внутриблоковых разломов на о. Земля Александры была организована экспедиционная сейсмическая станция, оборудованная высокочувствительной аппаратурой. Совместная обработка материалов этой станции и станции на о.Хейса позволила получить дополнительные сведения о пространственном распределении эпицентров землетрясений в этом районе.

Сейсмостатистические сведения

Определение параметров арктических        землетрясений встретило серьезные трудности в связи с отсутствием сведений о скоростном разрезе. До сих пор в интересующем нас районе проводились лишь сейсмические работы МОВ, ограничивавшиеся определением скоростей в осадочных породах, покрывающих гранитный и базальтовый слои коры (Деменицкая и др. 1964). В связи с этим мы были вынуждены воспользоваться осредненными годографами Джеффриса-Буллена для близких землетрясений. Для определения энергии использовалась палетка Раутиан. Единственным основанием для этого служило то, что эта палетка составлена для аппаратуры с параметрами, подобными нашим. Всего станцией было зарегистрировано 22 землетрясения в Арктике (см.таблицу).

Из этих 22 землетрясений для нас наибольший интерес представляют землетрясения 12 июля, 2 сентября, 14 и 27 ноября 1969 г., а также 8 марта и 15 мая 1970 г. Однако из этих землетрясений лишь четыре зарегистрированы станцией на объекте и на о. Хейс (см. таблицу).

Для определения положения эпицентров были сделаны засечки со станций, зарегистрировавших землетрясения. Для каждого землетрясения получили по две точки пересечения окружностей. Если глубины очагов близки к глубине, для которой рассчитаны годографы Джеффриса-Буллена, а это вполне вероятно, так как по сейсмостатистическим данным арктические землетрясения относятся к приповерхностным, то эпицентры расположены на одной из точек пересечения. Если глубины очагов резко отличаются от предполагаемых, эпицентры расположены на хорде, соединяющей точки пересечения. Построение засечек было произведено на карте масштаба 1:100 000.

Перенесение предполагаемых мест нахождения эпицентров на карту Арктики показало, что они располагаются в желобах Франц-Виктория (12 июля и 14 ноября 1969 г. и 8 марта 1970 г.) и Святой Анны (2 сентября 1969 г.). Основанием для подобного утверждения послужило то, что хорды, соединяющие точки пересечения, располагаются вдоль желобов. Южная точка для землетрясений 12 июля 1969 г. и 8 марта 1970 г. находится на шельфе, где до сих пор землетрясения не были отмечены, северные точки имеют соответственно координаты φ = 81,6°N и λ = 36,8°Е, φ = 83°N и λ = 39°Е и находятся в районе пересечения желоба Франца-Иосифа с континентальным склоном, где в 1948 г. было зарегистрировано землетрясение с М = 6,5.

Для землетрясения 14 ноября не получилось хорошего пересечения. Это вызвано тем, что эпицентр находится на линии, соединяющей станции. Учитывая широтное направление этой линии, получаем, что землетрясение произошло западнее станций. Это обстоятельство подтверждается характером записи на горизонтальных составляющих. На станции "Хейс" амплитуда колебаний на составляющей "восток-запад" резко превосходит амплитуду колебаний на составляющей "север-юг". На сейсмограмме нашей станции амплитуды колебаний одинаковы, так как ориентировка горизонтальных составляющих отличается от ориентировки на станции "Хейс" на 45°.

Для землетрясения 2 сентября 1969 г. (рис. 1) северная точка пересечения имеет координаты φ = 80,57°N  и λ = 66,1°Е  и находится в районе о. Греэм-Белл на краю желоба Святой Анны, южная точка - на продолжении желоба в центральную асейсмичную часть шельфа. Несмотря на то, что точность определения координат эпицентров по данным двух станций невысока и их необходимо отнести к внеклассным, огромные размеры желобов позволяют, на наш взгляд, с достаточной уверенностью относить к ним зарегистрированные землетрясения. Из двух точек пересечения за эпицентр мы принимаем северные точки, так как южные попадают на пересечение желобов с внутренними областями шельфа, возможность землетрясений на которых маловероятна.

Землетрясения 27 января 1969 г., а также 23 апреля 1970 г. произошли в зоне пересечения континентального склона со срединным хребтом, а землетрясения 10 ноября 1969 г. и 10 мая 1970 г. - в районе Шпицбергена, раздробленного целой системой мощных разломов и желобов. Таким образом, все землетрясения, координаты которых определены достаточно надежно, произошли на вполне конкретных участках пересечения континентального склона и фронтальной части шельфа с тектонически активными зонами. Точка зрения о прерывистости линии эпицентров вдоль континентального склона и наличии участков повышенной сейсмичности проведенными нами наблюдениями полностью подтверждается.

Остальные землетрясения, указанные в таблице, зарегистрированы одной станцией и для них определено только расстояние до эпицентра. По эпицентральным расстояниям их можно отнести к землетрясениям Шпицбергена, Срединно-Арктического хребта или Северной Земли. Энергетический класс землетрясений, зарегистрированных в желобах Франц-Виктория и Святой Анны, равен приблизительно 10.

Подтверждается и представление о том, что арктические землетрясения неглубокие, так как вступления продольных волн нечеткие, а также  отмечаются довольно интенсивные поверхностные волны (рис. 1).

Сейсмическое районирование

Согласно вышеупомянутой схематической карте тектоносейсмического районирования акватория континентального склона и фронтальной части шельфа была отнесена к 7-балльной. В пределах этой зоны были выделены 8-балльные уверенные и предполагаемые зоны поперечных меридиональных желобов. К уверенной 8-балльной зоне относилась акватория желоба Франц-Виктория, так как в ней в 1948 г. произошло землетрясение с М = 6,5, а к предполагаемой - акватория желоба Святой Анны. За верхний предел активности этих зон была принята активность континентального склона и фронтальной части шельфа Гренландии. Получение новых эпицентров землетрясений позволяет внести некоторые коррективы в эту карту.

Хотя количество новых данных невелико, полностью подтверждается факт повышенной сейсмичности меридиональных желобов. Изучение более детальных батиметрических и тектонических карт привело к выводу, что граница желоба Франц-Виктория проходит на расстоянии не более 100 им от самого западного острова архипелага. Это также подтверждается тем, что землетрясение 12 июля было на расстоянии 210 км, а 14 ноября - 130-150 км.

Зона желоба Святой Анны была выделена нами по тектоническим и геоморфологическим признакам. Никаких сейсмических данных для выделения этого желоба в качестве сейсмоактивной зоны не имелось. 3емлетрясение 2 октября 1969 г. явилось первым доказательством сейсмичности желоба Святой Анны, хотя данных для уверенного выделения этого желоба в качестве 8-балльной зоны нет.

Как показал обзор зарегистрированных землетрясений, за два года наблюдений не было отмечено ни одного эпицентра на территории архипелага. Это можно объяснить тем, что дифференцированные тектонические движения в пределах архипелага очень слабы и медленны и не создают напряжений, превышающих пределы упругости пород. Полученные нами данные о сейсмичности архипелага согласуются с данными В.Д. Дибнера (1957) о более древнем возрасте системы внутриблоковых диагональных разломов по сравнению с системой поперечных меридиональных желобов. Однако отсутствие активных подвижек по этим разломам не исключает возможности пассивных подвижек при подходе сейсмических волн от землетрясений соседних районов. Оценка этих подвижек входит в задачи работ по сейсмическому микрорайонированию и не проводится в этой статье.

Отсутствие землетрясений на участках, не приуроченных к поперечным желобам, позволяет считать, что балльность территории архипелага определяется лишь сотрясениями от возможных землетрясений желобов Франц-Виктория и Святой Анны. Поэтому у нас нет оснований считать всю область континентального склона и фронтальной части шельфа вне желобов 7-балльной. 7-балльными оставляем только участки, непосредственно примыкающие к желобам. Границы этих участков, так же как и прилегающих к ним 6-балльных, определяем по формуле Н. В. Шебалина (1955). В результате расчетов получаем, что 6-балльная изосейста захватывает на западе о. Земля Александры и часть о. 3емля Георга, а на востоке о. Греэм-Белл (рис. 2). Самая западная часть о. 3емля Александры и самая восточная часть о. Греэм-Белл попадают в 7-балльную зону. 8-балльные изосейсты совпадают с линиями разломов, ограничивающих желоба, и поэтому они не показаны на карте. 7- и 6-балльные изосейсты от зоны желоба Франц-Виктория доведены до границы континентального склона, проходящей по изобате 2500 м. Положение изосейст в котловине Нансена неопределенно, и поэтому они проведены пунктиром. Также пунктиром проведены изосейсты вокруг зоны желоба Святой Анны ввиду того, что эта 8-балльная зона является предполагаемой.

Для построения графика повторяемости землетрясений данных по-прежнему не хватает, однако некоторые сравнения с подобным графиком для континентального склона Гренландии можно сделать (Аветисов, Голубков, 1971). Продолжив этот график до абсциссы землетрясений с К = 10, увидим, что на Гренландском склоне такие землетрясения случаются приблизительно 4 раза в год. 3а два года наблюдений в желобе Франц-Виктория было зарегистрировано 3 землетрясения с К = 10, т.е. более чем по одному в год. Если учтем, что площадь желоба Франц-Виктория примерно в 4-5 раз меньше площади Гренландского склона и фронтальной части шельфа и приведем количество землетрясений в год к единице площади, то увидим, что активность желоба Франц-Виктория того же порядка, что и активность Гренландской зоны, которую мы приняли за верхний предел активности на континентальном склоне Северного Ледовитого океана. Это же подтверждается и сведениями о сильных землетрясениях.

Таким образом, при более детальном и внимательном исследовании сейсмичность Арктики, и в частности района архипелага 3емля Франца-Иосифа, оказывается не такой уж низкой, как представляется с первого взгляда.

Проведенные работы по изучению сейсмичности архипелага 3емля Франца-Иосифа являются первым шагом в этом направлении на островах Арктики, и на данном этапе они еще не обладают необходимой точностью и детальностью. Начинающееся освоение арктических территорий требует обратить внимание на их сейсмичность, изучение которой имеет как прикладное, так и научное значение. Регистрация землетрясений (и не только арктических) станциями, установленными в Арктике, позволит, кроме того, получить столь не достающие данные о скоростном разрезе и глубинном строении арктических территорий.

ЛИТЕРАТУРА

Аветисов Г.П., Голубков В.С. Тектоносейсмическое районирование Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана и сопредельных акваторий. Уч. зап. НИИГА. Региональная геология, вып.19, Л., 1971.

Деменицкая Р.М. и др. Строение земной коры в Арктике. "Геология дна морей и океанов" (проблема 16). "Наука", М., 1964.

Дибнер В.Д. Геологическое строение 3емли Франца-Иосифа. Тр. НИИГА, т. 81, Госгеолтехиздат, М., 1957.

Дибнер В.Д., Шульгина Н.И. К стратиграфии средне-верхнеюрских отложений 3емли Франца-Иосифа. Тр. НИИГА, т. 114, 1960.

Дибнер В.Д. Неотектонические контуры рельефа арктического шельфа Евразии. "Проблемы Арктики и Антарктики", вып. 12, "Морской транспорт", Л., 1963.

Иванов И. М. Месторождение ископаемых углей на 3емле Франца-Иосифа. Тр. Аркт.ин-та. т. 15, 1935.