В качестве примера на рис. 3, 3а дана схема активных разломов Байкальской рифтовой системы (БРС) по КИСА за 40-летний период (1960-2000 гг.) и приведены графики (рис. 3, 3б) годовых изменений этой активности по избранным разломам. Расчеты проведены по уравнениям 1 и 2 с вариациями коэффициента b от 0.03 до 0.09 для протяженных трансрегиональных и локальных разломов соответственно. Для четырех разломов по сечению 4 в центральной части БРС построены графики изменений КИСА разломов за последние 40 лет. Графики хорошо иллюстрирует годичную или несколько более длительную во времени вариацию активности разломов, которую ни геологическими, ни геоморфологическими методами установить невозможно. Графики отражают периодическую природу временнуй активизации разломов разных иерархических уровней. Однако сравнение серии аналогичных графиков, построенных для других сечений БРС с несколькими разными интервалами времени, не выявило статистически достоверную синхронность в активизации разрывов. Таким образом, КИСА позволяет ранжировать разломы по относительной кинематической активности за любые заданные интервалы времени. Причем, чем меньший класс сейсмических событий будет вовлечен в анализ, тем детальнее может быть временная классификация в ущерб геолого-геофизической значимости процесса как такового. На примере более обширной территории Центральной Азии установлено, что разломы вместе с областями своего динамического влияния активизируются чаще и с изменяющейся интенсивностью, чем фиксируются изменения в тектоническом режиме и региональном поле напряжений [60, 62]. Эта интересная и важная с геолого-геофизической точки зрения картина тем не менее не отражает значимости, силы и мощности процесса. Сокращение классов за счет слабых сейсмических событий, ограничивает возможности детализаций процесса активизации разломов во времени, но «усиливает» весомость констатации процессов.
Рис. 3, а. Карта активных разломов Байкальской рифтовой системы по количественному индексу сейсмичности на базе сейсмических данных за 1960-2000 гг. Легенда: 1 - разломы весьма активные (оn > 1.0); 2 - разломы активные (оn = 0.1 ч 0.99); 3 - разломы неактивные (оn < 0.09); 4 - номера разломов по каталогу; 5 - положение сечений на карте и их номера.
Рассмотрение вариаций КИСА на примерах разломной тектоники Центральной Азии свидетельствует об отсутствии явно выраженной пространственной закономерности в активизации территориально сближенных ансамблей разломов в чрезвычайно короткие интервалы реального времени. Создается кажущееся впечатление, что активизация разломов в границах сейсмоактивных зон происходит хаотично (см. рис. 3, 3б). Эндогенные источники развития разломов и генетически связанной с ними сейсмичности в задаваемые, с геологической точки зрения мгновенные, интервалы времени остаются пространственно и энергетически стабильными. Следовательно, пространственно-временные закономерности в возбуждении активизации разломов следует искать в энергетически слабых, но достаточных для нарушения метастабильного состояния разломно-блоковой среды литосферы, триггерных механизмах.
Рис.3, б. Графики изменения количественного индекса сейсмичности разломов БРС по сечениям: А - Сечение 1; В - Сечение 3;. С - Сечение 4;
Энергетические источники активизации разломов в реальном времени
В основе рассматриваемых далее построений лежит представление о том, что новый очаг землетрясения регистрирует макроскопическое изменение внутренней структуры разломов и соответствующее ее разрастание, сопровождающееся увеличением интенсивности трещиноватости и, при сильных событиях, смещением крыльев. Частота сейсмических событий в зоне разлома отражает интенсивность нарушений динамического равновесия, их вероятную периодичность, а тенденция в пространственной направленности очагов вдоль оси разлома во времени воспроизводит макроскопические изменения зоны разлома и вектор его прорастания. Происходит реализация, по представлениям С.В. Гольдина [7], второго механизма развития крупной трещины: её продолжающееся формирование идет по предварительно уже возникшей перколяционной сети более мелких трещин, и скорость развития (активизации) трещины может быть исключительно низкой, сопоставимой с геологическим временем, что, как показано ниже. глубинный разлом земной кора
По составленному Байкальским филиалом Геофизической службы СО РАН каталогу землетрясений Байкальской рифтовой системы (БРС) и сопредельной территории за последние 40 лет было нами выделено более ста разноранговых разломов с зафиксированными в областях своего динамического влияния очагами землетрясений 12?16 классов (рис. 4). Построены графики, на оси абсцисс которых откладывались длины разломов с соответствующими положениями эпицентров землетрясений; на оси ординат ? время событий [60]. На графиках в координатах время?пространство наклоны линий отражают временныме тренды сейсмических событий на разрывах - суть направления их дополнительного «вспарывания», выраженного сейсмическими очагами ? эпизодами в долговременном развитии разломов. Временные тренды образуют системы параллельных прямых, как если бы вдоль соответствующих разломов распространялись с постоянной скоростью серии возмущений, инициирующих сейсмические события (рис. 5). Каждая прямая соответствует возмущениям в конкретных разломах, наклон прямых определяет скорость возмущений, а их отклонение влево или вправо от вертикали ? вектор деформационных возмущений по простиранию разрывов.
Рис. 4. Карта активных разломов БРС и сопредельной территории и их классификация по скоростям современной активизации. Группы разломов и скорости их активизаций: 1 - 94 км/год; 2 - 22 км/год; 3 - 12 км/год; 4 - 7 км/год; 5 - 5 км/год; 6 - 2 км/год.
Рис. 5. Примеры графиков временных трендов сейсмических событий в первых четырех группах разломов с разными скоростными характеристиками активизации.
Всего таких систем параллельных прямых с равными, но в разных направлениях углами наклона выделено 7 групп, каждая из которых соответствуют одинаковым средним скоростям деформационных возмущений. Внутри группы разрывы подразделяются на две подгруппы, соответствующие разным (противоположным) векторам возмущений (см. рис. 5).
Группировка разломов по критерию одинаковых скоростей (рис. 6) деформационных волн возмущений свидетельствует об идентичных параметрах их активизации [60].
Оси ординат - годы активизаций; оси абсцисс - длины разломов, км [60].
Рис. 6. Взаимосвязь средней длины разломов в группах и скорости их активизаций.
Надежно статистически обеспеченными остаются первые четыре группы разломов, последовательно показанные на рис. 7. Их отличительными свойствами являются скорость продвижения деформационных волн возбуждения и направление вектора активизации. По этим параметрам среди групп резкой противоположностью отличаются первая и четвертая. Первая группа характеризуется превалированием вектора активизации с запада на восток в восточной части площади и с востока на запад - в западной; в четвертой - все наоборот. Особо выделяется южная часть территории: все протяженные разломы первой группы характеризуются здесь вектором активизации с востока на запад. Во второй группе преобладающий вектор активизации с востока на запад; лишь на юго-западном фланге фиксируются противоположные по вектору направления движений деформационной волны активизации. В третьей группе практически все без исключения разломы характеризуются вектором движения деформационной волны возбуждения с запада на восток. Противоположное направление характерно лишь для юго-западного фланга. По описываемому признаку вторую и третью группы можно рассматривать как переходные между первой и четвертой. Совершенно бесспорно для всех четырех групп фиксируется граница изменения вектора движений деформационных волн возбуждений: она субмеридиональна и проходит примерно по 105є в.д., отделяя центральную часть БРС и ее северо-восточный фланг от юго-западного фланга. Генерация волновых возмущений, приводящих к активизации крупных разломов, начинается в центральной части зоны растяжения литосферы БРС и от нее распространяется на восток или запад. Раздвиго-сдвиговые и сдвиговые поля напряжений, характерные для флангов БРС и южной части территории [11, 60, 61], благоприятствуют активизации разломов по простиранию с востока на запад.
Рис. 7. Расположение в Северной Евразии активных разломов БРС и на сопредельной территории с различными скоростями и векторами деформационных волн возбуждения.
А - разломы 1-й группы; Б - разломы 2-й группы; В - разломы 3-й группы; Г - разломы 4-й группы. Пунктирная линия - вектор активизации разломов направлен с запада на восток; сплошная линия - вектор активизации разломов направлен с востока на запад. Стрелки - примерное направление фронта деформационных волн возбуждения (активизации) разломов.
Закономерная согласованность в активизации разломов, образующих каждую из иерархических ранговых групп, и выдержанные направленности во вспарывании разрывов свидетельствуют о том, что генераторами активизации разломов БРС и сопредельной территории в реальном времени могут быть деформационные волны возбуждения разных длин, чувствительность к которым различна у выделенных групп. Источниками подобных волн, скорее всего, являются продолжающиеся процессы активного рифтогенеза, приводящие к эпизодическим подвижкам всей межблоковой границы между Сибирской и Амурской (Забайкальской) плитами [1, 16] или более локальным смещениям между блоками других рангов на флангах и в центральной части БРС. Высокая вероятность возбуждения волн в связи с подвижками блоков, лежащих на вязком основании, согласуется с расчетами [23, 26].
Для очагов, чаще всего, сильных землетрясений во многих сейсмических зонах фиксировались явления систематической миграции в одном или разных направлениях [67, 68; и мн. др.]. Установленная скорость миграций очагов лежит в пределах 10 ч 100 км/год. В.И. Уломов [51] на примерах сейсмоактивных регионов Средней Азии обратил внимание на миграцию очагов в так называемых пространственно-временных каналах, вызванную волнами сейсмической активизации. К настоящему времени факт существования деформационных волн не вызывает сомнений [4]. Их можно рассматривать как один из классов механических движений, свойственных земной коре и литосфере в целом [8].
Изложенное позволяет сделать несколько выводов, относящихся к современному этапу активизаций разломов БРС и сопредельной территории и дополняющих развиваемые автором представления о стационарных и нестационарных моделях разломов новыми характеристиками: 1) активизация разломов и ее относительно высокая частота в масштабах реального времени вызываются медленными деформационными волнами возбуждения, источником которых могут быть межплитные и межблоковые подвижки на границе Сибирской и Забайкальской (Амурской) плит; 2) по скорости прохождения деформационных волн возбуждения активные разломы территории делятся на шесть групп, четыре из которых обосновываются статистически достоверным количеством данных. Группы характеризуются: а) четкой связью между средней длиной разломов и скоростью движения деформационной волны; б) определенной направленностью временного тренда деформационной волны (с запада на восток или наоборот); в) наличием пространственной границы, разделяющей различные тренды деформационных волн возбуждения разрывов определенных групп.
Таким образом, результаты исследований современной геодинамики литосферы позволили выделить группы активных разломов, интенсивность активизаций которых изменяется в интервалах короткого реального времени и практически не зависит от функционирующих геодинамических режимов регионов. Установлено, что разломы активизируются с изменяющейся интенсивностью и чаще, чем фиксируются изменения в тектоническом режиме и региональном поле напряжений. Вывод получен благодаря введению новых параметров численных оценок количественной и энергетической (магнитудной) характеристик разломов. Дальнейшие исследования по более широкой территории позволят глубже изучить тектонофизические закономерности пространственно-временной активизации разломов в реальном времени и ее влиянии на другие современные геолого-геофизические процессы.
Заключение
За прошедшие годы многостороннее обращение к глубинным разломам как к контролирующим и генерирующим структурам существенно умножилось. Основные геологические характеристики глубинных разломов дополнились количественными параметрами, а временныме ? представлениями о частоте их активизации. Разломы теперь рассматриваются как самостоятельные трехмерные геологические структуры, характеризующиеся обусловленным зональным строением областей своего активного динамического влияния. Благодаря мониторингу сейсмических событий углубились знания о частоте активизации разломов и ее вероятных триггерных механизмах. Накопленные знания расширили концептуальные модели глубинных разломов как сложных длительно развивающихся многокомпонентных структурах-телах. Стационарная модель разломов отражает консервативную в трехмерном пространственном измерении «базовую», формирующуюся тысячелетиями их внутреннюю структуру, нестационарная модель - временныме изменения контролирующих функций разломов и некоторых физических свойств, вызываемых активизациями различного генезиса. Метастабильное состояние разломно-блоковой среды литосферы содействует активизации крупных разломов литосферы даже в короткие периоды реального времени.
В настоящее время нет оснований отказываться от достаточно емкого определения понятия «глубинный разлом» и того содержания, которое вложено в него А. В. Пейве. Вместе с тем необходимо постоянно учитывать, что глубинные и крупные региональные разломы представляют собой довольно сложную динамическую систему, в которой могут протекать физические и физико-химические процессы, вызывающие определенные преобразования вещества и физические свойства разлома как геологического тела определенной структуры и физико-химических свойств.