Статья: Деформационные волны, как триггерный механизм сейсмической активности в сейсмических зонах континентальной литосферы

Изучены параметры деформационных волн сейсмических зон Центральной Азии. В таблицах 5, 6 представлены результаты анализа миграций очагов землетрясений разной силы в различных сейсмических зонах континентальной Азии. Методы оценки полученных параметров деформационных волн различны, регионы значительно удалены друг от друга, результаты же во многом сходны (таблицы 6, 7). Они позволяют выделить наиболее распространенные типы деформационных волн и их глубинные уровни, стимулирующие сейсмические процессы в сейсмических зонах континентальной литосферы в различные интервалы реального, главным образом, времени.

Таблица 5 Параметры деформационных волн - триггерных механизмов сейсмических событий в сейсмических зонах Центральной Азии

Таблица 6 Коэффициенты детерминации и уравнения регрессии «время-место локализации» сейсмических событий в сейсмических зонах Центральной Азии в 1950-2010 годах

Таблица 7 Основные параметры деформационных волн на основе различных методов исследования миграций очагов землетрясений в различных регионах континентальной литосферы Азии

Таблица 8 Усредненные параметры деформационных волн, стимулирующих сейсмический процесс в континентальной литосфере Центральной Азии

Заключая раздел статьи о региональных и трансрегиональных волновых процессах в верхней хрупкой части литосферы как триггерных механизмах возбуждения землетрясений на различных иерархических уровнях, необходимо обратить внимание на развиваемую крупнейшим специалистом по прогнозу землетрясений Г.А. Соболевым [Sobolev, 2011] концепцию их предсказуемости на основе динамики сейсмичности при триггерном воздействии. Оно выражается в проявлении фаз неустойчивого равновесия, которые проявляются на разных стадиях развития очага землетрясения, отражая состояние метастабильности вмещающей среды. К ним относятся зафиксированные проявления скрытых периодических колебаний перед четырьмя сильными землетрясениями Камчатки. Возникавшие перед землетрясениями короткопериодные (от часов до примерно года) периодические колебания установлены по анализу спектрально-временных диаграмм. Более того, перед известным Кроноцким землетрясением (5.12.1997 г.; М=7.8) зарегистрировано удлинение периода колебаний от 0.9 до 1.8 года по мере приближения момента землетрясения [Sobolev, 2003]. Природа подобных колебаний пока глубоко не постигнута. Для подхода к ней были изучены более короткие периоды, характерные для динамики микросейсмических колебаний перед некоторыми сильными землетрясениями мира [Sobolev, 2004? Sobolev et al., 2005]. Оказалось, что за разное время до сильных землетрясений (часы, сутки, несколько суток) фиксируются колебания с периодами в десятки минут. На близко расположенных к эпицентру землетрясений станциях колебания происходили несинхронно. Небольшая статистика наблюдений позволяет увязывать короткопериодные колебания перед сильными землетрясениями: Кроноцким (5.12.1997 г.; М=7.8), Суматра (26.12.2004 г.; М=9,2) и Маккуори, к юго-западу от Новой Зеландии (24.12.2004 г.; М=7.9) с тайфуном, возникшим в Тихом океане за трое суток до Кроноцкого землетрясения, в других случаях - с воздействиями от удаленных сильных землетрясений. Однозначная природа возникновения периодических колебаний и их синхронизации пока не найдена. В числе внешних и внутренних вероятных источников короткопериодных колебаний Г.А. Соболев [Sobolev, 2011, р. 43] особо отмечает и литосферный фактор. «Нельзя исключить и механизм зарождения обсуждаемых колебаний чисто литосферного происхождения». В этом отношении автор статьи полностью согласен с Г.А.Соболевым, так же как и с выделенным курсивом текстом в его книге: «Без большого преувеличения можно сказать: время возникновения всех землетрясений определяется триггерным воздействием» [Sobolev, 2011, p. 45]. Вопрос заключатся в многообразии триггеров (от естественных до искусственных по происхождению) и в степени их воздействия (во многом связанным с энергетическим потенциалом триггеров) на сейсмические процессы.

Весьма короткопериодные колебания, зафиксированные Г.А.Соболевым и коллегами, возможно, отражают и волновой процесс. Он не исключается и выше цитированными авторами, и многими другими [Guglielmi, Zotov, 2013? Lyubushin, 2013? Kocharyan, 2012? Adushkin, Spivak, 2012], что даёт основание считать наличие в верхней части хрупкой литосферы Земли весьма короткопериодных волн, в том числе деформационных, вполне реальным явлением. Так, В.В. Адушкин и А.А. Спивак [Adushkin, Spivak, 2012] показали широкое распространение микросейсм с частотами 10^-4 - 10^-5 и меньше на земном шаре. Их в основном образуют около 1 млн. землетрясений с М?2 и более 10000 - с М?4. Микросейсмические колебания способствуют не только накоплению упругой энергии на неоднородностях земной коры, но и являются триггером её высвобождения. Трудность классификации короткопериодных волн - в их широком распространении и многофакторном генезисе.

Различные методы фиксирования волновых процессов в литосфере, широкое распространение разнообразных типов деформационных волн, их неодинаковые параметры и глубинные уровни генерации, в целом по-разному стимулирующие сейсмические процессы в сейсмических зонах позволяют выделить наиболее распространенные типы деформационных волн и их характерные глубинные уровни.

4. Глубинные уровни деформационных волн в континентальной литосфере

Несмотря на различные терминологические названия, употребляемые разными авторами для волн, стимулирующих сейсмические события различных магнитуд, нами чаще всего используется общий термин - деформационные волны. Именно сейсмические события, возбуждаемые деформационными волнами, есть результат деформаций и смещений по разломам, не зависимо от принимаемой концепции по физике очагов землетрясений и деталях механизма их разрядки. Сопоставление параметров деформационных волн, оцененных двумя принципиально разными методами (по локализации эпицентров сильных землетрясений, их геодинамической обстановке и расчетным данными и по локализации эпицентров землетрясений в областях динамического влияния разломов или сейсмических зонах как интегрированных целостных структурах по специальной методике с использованием статистического метода для землетрясений с М ?2.2), показывает наличие трех глубинных уровней их генерации и распространения в континентальной литосфере.

Авторские представления показаны на рис. 20. Различные параметры волн, в том числе векторная направленность, определяют их распространение, фазовые скорости, периоды, длины и взаимную независимость. «Медленные волны», обусловливающие волновые процессы в литосфере, охватывают всю литосферу, постепенно затухают в одном из направлений по мере удаления от источника их генерации. В рассматриваемом случае Гималайской системы генерации волн их затухание происходит в восток-северо-восточном направлении. В сейсмическом процессе энергетический потенциал «медленных волн» преимущественно направлен на нарушение динамического равновесия метастабильной разломно-блоковой среды литосферы. В результате происходят смещения блоков, наиболее высокоамплитудные подвижки по которым могут генерировать очень сильные землетрясения. Чувствительность к медленным волнам проявляют очень крупные литосферные плиты, границы между которыми представляют собой зоны деструкции литосферы. В зонах деструкции реализация смещений происходит дискретно и с разными скоростями на различных участках или сегментах. При высокой скорости смещений отдельных сегментов генерируются волны в верхней хрупкой части литосферы и распространяются преимущественно в пределах примыкающих к сегментам блоках. В таких случаях формируются зоны современной деструкции литосферы как результат интенсивной активизации разломов и возбуждения в них очагов землетрясений. Подобные волны являются триггерными механизмами сейсмического процесса как на межблоковой границе, так и в отдельных удаленных от границы активизирующихся внутриплитных разломах. Ещё раз подчеркнем, что медленными, с большой длинной волны и очень продолжительным периодом являются деформационные волны в континентальной литосфере, генерированные на границах межплитных и межблоковых смещений со значимой величиной смещений. Она вызывается вертикальными движениями, возникающими на границе астеносфера-литосфера в полном соответствии с представлениями В.Н. Николаевского и Т.К. Рамазанова [Nikolaevsky, Ramazanov, 1984, 1985, 1986]. Наличие деформационных волн, охватывающих всю литосферу, согласуется с представлениями Elsasser W. [Elsasser, 1969], соответствует логике интерпретации и методике расчетов [Wang, Zhang, 2005]. В общем случае можно уверенно утверждать, что редкие сильные глубокофокусные землетрясения связаны с волновыми процессами, генерированными подлитосферными течениями или, что менее вероятно, другими вне- или общелитосферными источниками, сильные и все другие землетрясения с М?5.0ч6.0 - с волновыми процессами в верхней хрупкой части литосферы и/или волнами, распространяющимися только в земной коре. Пока ещё не богатый по количеству наблюдений фактический материал позволяет рассматривать три глубинных уровня распространения деформационных волн.

Рис. 20. Глубинные уровни деформационных волн по разрезу «литосфера-астеносфера». a - астеносфера и векторы течения; b - нижняя, вязкоупругая часть литосферы; c - верхняя, хрупкая часть литосферы. Штрихпунктирными линиями показаны фронты деформационных волн, охватывающие соответствующие глубинные уровни. Стрелки указывают векторы движения волн.

Для литосферы Земли характерны три группы деформационных волн: волны, охватывающие всю литосферу и генерированные, в основном подлитосферными течениями в астеносферном слое; волны, охватывающие преимущественно верхнюю, хрупкую часть литосферы, генерированные, главным образом, подвижками внутри литосферных плит или её крупных блоков; и волны, охватывающие относительно небольшие блоки земной коры, инициированные редкими сильными землетрясениями или межблоковыми подвижками. Иными словами, волновые процессы в литосфере чисто условно можно подразделить на происходящие во всей литосфере и её верхней, упругой части и собственно в земной коре. Близкие по генетическому критерию классификации разделения площадей и объёмов литосферы по напряженному состоянию и типам деструктивных зон [Sherman, 1986? Sherman, Lunina, 2001? Sherman, Zlogoduhova, 2011], а также по относительной степени деструкции литосферы по её вертикальному разрезу [Sherman, 2012] дополняют аргументацию по глубинным уровням генерации деформационных волн. Количество генераторов волн возрастает по мере приближения к земной поверхности. В земной коре количество и виды источников-генераторов коровых волн может насчитывать несколько источников - от сейсмических волн землетрясений смежных территорий до естественных макроволн океанских штормов и антропогенных технических вибраторов разного рода.

Волновые процессы первого уровня (табл. 6-8) охватывают всю литосферу и генерируются на границе литосфера-астеносфера (рис.20). Вывод подтверждается и цитированными выше работами В.Н. Николаевского и коллег, в том числе и результатами расчетов в одной из ранних публикаций [Nikolaevsky, Ramazanov, 1985]. Из-за большого временного периода и значительной длины волн первого глубинного уровня их согласование с сильными землетрясениями континентальной литосферы затруднительно и статистически слабо обосновано. Недостаточно данных для тектонофизической (геодинамической и математической) оценки тесноты связей «время событий - места их локализаций». Тем не менее, заметим, что успешно разрабатываются математические методы вероятного прогноза сильных землетрясений [Kossobokov, 2005? Kossobokov, 2011? Kossobokov, Nekrasova, 2012? Lyubushin, 2009, 2010, 2011, 2012], что свидетельствует об определенной закономерности процессов, пока еще полностью не установленной. Аналогичная причина отсутствия достаточного количества наблюдений и трудностях перехода к выявлению закономерностей применима и к группе медленных движущихся волн. При всем том, намечается тенденция влияния волновых процессов в литосфере на нарушение динамического квазиравновесия её разломно-блоковой среды, в результате чего вероятны редкие сильные землетрясения. Здесь сказываются более короткие длины волн и их периоды, соизмеримые с критериями отсчета временных интервалов по геохронологической шкале.