Распространение землетрясений и их геологическая позиция

Распространение на земном шаре землетрясений носит крайне не­равномерный характер (рис. 18.7). Одни места характеризуются высо­кой сейсмичностью, а другие — практически асейсмичны. Зоны кон­центрации эпицентров представляют собой протяженные пояса вокруг Тихого океана и в пределах Альпийско-Гималайского складчатого по­яса, простирающегося в широтном направлении от Гибралтара через Альпы, Динариды, Кавказ, Иранское нагорье в Гималаи. Гораздо более узкие и слабее выраженные пояса сейсмичности совпадают с осевыми зонами срединно-океанских хребтов. Короткие зоны сейсмичности из­вестны и в пределах Восточной Африки, и в южной части Северо­Американской платформы. Все остальные древние платформы и абис­сальные котловины океанов асейсмичны.

Закономерное распространение землетрясений хорошо объясняется в рамках современной теории тектоники литосферных плит. Наиболь­шее количество землетрясений связано с конвергентными и дивергент­ными границами литосферных плит и поясами их коллизии. Высоко­сейсмичный пояс вокруг Тихого океана связан с погружением, субдукцией холодных и тяжелых океанских плит под более легкие, континентальные. Места перегиба океанических плит маркируются глу­боководными желобами, за которыми располагаются островные дуги типа Алеутской, Курильской, Японской и др. с активным современным вулканизмом и окраинные моря или только вулканические пояса, как, например, в Южной и Центральной Америке. Возникновение сколов в верхней части погружающейся плиты свидетельствует о напряжениях, действующих в направлении пододвигания. Об этом говорит решение фокальных механизмов многочисленных землетрясений. По мере уг­лубления океанической плиты, там, где она пересекает маловязкую астеносферу, гипоцентров становится меньше и они располагаются внут­ри плиты. Таким образом, погрулсающаяся плита, испытывая сопро­тивление, подвергается воздействию напряжений, разрядка которых при­водит к образованию землетрясений, многочисленные гипоцентры которых сливаются в единую наклонную зону, достигающую в редких случаях глубины 700 км, т. е. границы верхней и нижней мантий. Впер­вые эту зону в 1935 г. описал японский сейсмолог К. Вадати, а амери­канский геофизик X. Беньоф из Калифорнийского технологического института, создавший сводку по этим зонам в 1955 г., вошел в историю, т. к. с тех пор наклонные, уходящие под континенты самые мощные в мире скопления очагов землетрясений называются зонами Бенъофа.

Глубина зон Бенъофа сильно различается в разных местах. Под ос­тровами Тонга она заканчивается на глубине почти 700 км, в то время как под Западной Мексикой глубина не превышает 120-140 км. Внут­реннее строение зон Беньофа достаточно сложное. Следует подчерк­нуть, что, например, под Японской островной дугой прослеживается как бы двойная сейсмофокальная зона, подразделенная участком сла­бой сейсмичности. Под западной окраиной Южной Америки зона Беньофа имеет извилистые очертания в разрезе, то выполаживаясь, то погружаясь более круто (рис. 18.8).

В последнее время сейсмическая активность на восточной окраи­не Северной Евразии, т. е. в пределах Камчатки, Курильской и Япон­ской островных дуг, значительно возросла. В 1991-1993 гг. было 5-6 сильных землетрясений с М = 6,5, в 1994 — 14, в 1995 — 20, в 1996 - 1912, причем многие землетрясения были очень сильными. Все они связаны с процессами неравномерной субдукции океанической плиты (рис. 18.9).

о

& л

KM?

		Щ:
2.00'	■ ' •
		© 1	__ /.V.
600-	©	[о) -Я;»':'-:

200 •	>: •»I *	iV t j
400		© '•

т----------- г

ЗОЙ О С В

Ъоо' о' 8 I

бое км

т------------ 1 I ЪОО 600 0

300 600 КМ

Рис. 18.8. Зоны Беньофа. Гипоцентр с 1954 по 1969 гг.: 1 — Алеутская дуга, 2 — Северо-Марианская дуга, 3 — Южная Илзу-Бонинская дуга, 4 — Северная Идзу- Бонинская дуга, 5 — Ново-Гебридская дуга, 0 — ось желоба, В — вулканы

Рис. 18.9. Распределение гипоцентров землетрясений в сейсмофокальной зоне под Японией (по В. Н. Вадковскому)

В субширотном коллизионном поясе, простирающемся от Гибралта­ра до Гималаев и далее, распределение гипоцентров носит неравномер­ный и сложный характер, подчиняясь молодому, неоген-четвертичному структурному рисунку Альпийского складчатого пояса и прилегающих территорий. Гипоцентры землетрясений в основном верхнекоровые, мел­кофокусные, а более глубокие, в 100-200 км, встречаются лишь споради­чески. Отдельные наклонные сейсмофокальные зоны, скорее, «лучи» с глубиной гипоцентров до 150 км известны на юге Апеннинского полуос­трова, в районе зоны Вранча в Румынских Карпатах. Плохо выражен- нные сейсмофокальные зоны небольшой протяженности располагаются в горах Загрос, к северу от Месопотамского залива, наклоненные к севе­ру; в районе хребтов Западный Гиндукуш и в Гималаях. На Памире наблюдаются почти вертикальные сейсмофокальные «гвозди», уходящие на глубину в десятки километров.

В целом же сейсмичность коллизионного пояса хорошо отражает обстановку общего субмеридионального сжатия, в поле которого по­падает мозаика из разнородных структурных элементов — складча­тых систем и жестких, более хрупких микроконтинентов. Например, в Кавказском пересечении этого пояса на распределение мелкофо­кусных землетрясений большое влияние оказывает перемещение к северу древней Аравийской плиты. Этот жесткий клин, вдавливаясь в складчатые системы Альпийского пояса, вызывает образование сдви­говых зон, контролирующих сейсмичность, и отжимание масс к западу (рис. 18.10). Именно в результате этого процесса сформировался Северо-Анатолийский правый сдвиг, с которым связаны неоднок­ратные разрушительные землетрясения, в том числе последнее в районе г. Измит в Западной Турции, повлекшее за собой многочис­ленные жертвы. Аравийский клин медленно, но постоянно, со ско­ростью 2,5 см/год, давит на Альпийский пояс, и он как бы потрески­вает, реагируя на возрастающие напряжения разрядкой в виде землетрясений.

Очень протяженный узкий сейсмический пояс слабых и крайне мелкофокусных, до 10 км глубиной, землетрясений совпадает с осевой, рифтовой зоной средипно-океанических хребтов общей протяженнос­тью более 60 тыс. км. Частые, но слабые землетрясения происходят в обстановке непрерывного растяжения, что характерно для дивергент­ных границ литосферных плит, т. к. в зоне рифтов океанских хребтов происходят спрединг и наращивание океанической коры.

Такие же обстановки тектонического растяжения характеризуют кон­тинентальные рифты в Восточной Африке, в Европе — Рейнский грабен, в Азии — Байкальский рифт, Восточно-Китайские рифты. Следует отме­тить, что некоторое количество катастрофических землетрясений про-

Рис. 18.10. Распределение эпицентров землетрясений в Кавказском регионе. Глубина (км): 1 - 0-10; 2 - 10-25; 3 - 25-50; 4 - глубже 50

изошло в, казалось бы, совсем неподходящих для землетрясений местах. Например, Агадирское (Марокко), 1960 г.; Лиссабонское (Португалия), 1975 г.; Йеменское (юг Аравийского п-ова), 1982 г. и ряд других. Эти землетрясения связаны с активизацией разломных зон.

Наведенная сейсмичность. Техногенное воздействие человека на геологическую среду стало таким существенным, что стали возможны­ми землетрясения, спровоцированные инженерной деятельностью че­ловека. Понятие «наведенная сейсмичность» включает в себя как воз­бужденные, так и инициированные сейсмические явления.

Под возбужденной сейсмичностью понимается определенное воз­действие на ограниченные участки земной коры, которое способно вы­зывать землетрясения. Инициированная сейсмичность подразумевает существование уже как бы созревшего сейсмического очага, воздей­ствие на который играет роль «спускового крючка», ускоряя событие.

Если землетрясения возникают в результате наведенной сейсмичности, это означает, что верхняя часть земной коры находится в неустойчивом состоянии или, как говорят, в метастабильном, и достаточно некоторо­го воздействия на нее, чтобы вызвать разрядку накопившихся напря­жений, т. е. землетрясение.

В качестве техногенных причин выступают такие, которые создают избыточную нагрузку или, наоборот, недостаток давления. В качестве первых особенно характерны крупные водохранилища. Первое такое землетрясение с М = 6,1 произошло в США в 1936 г. в районе плотины Гувер, где раньше землетрясения не были зафиксированы. В Калифорнии в 1975 г. произошло землетрясение силой около 7 баллов, после того как была построена высокая (235 м) плотина и создано большое водо­хранилище вблизи г. Оровилл. В 1967 г. в районе плотины Койна в Индии через четыре года после создания водохранилища произошло разрушительное землетрясение с М = 6,3. В середине 60-х гг. XX в. довольно сильное землетрясение (М = 6,2) имело место вблизи плоти­ны Крамаста в Греции.

Чем больше водохранилище, тем выше вероятность возбужденного землетрясения. Отмечается, что в подобных землетрясениях наблюда­ется значительное число форшоков и афтершоков. Кроме массы воды как избыточного нагружения земной коры, важную роль играет сниже­ние прочностных свойств горных пород ввиду проникновения по тре­щинам воды.

Добыча нефти и газа, откачка воды из земных недр приводят к изменению пластового давления воды, что в свою очередь влияет на перераспределение напряжений, оживление подвижек по разломам, возникновение новых трещин. Как правило, землетрясения, вызванные этими явлениями, невелики по своей силе. Однако очень сильные зем­летрясения с М = 7 и 7,3 произошли в 1976 и 1984 гг. в Узбекистане, в районе гигантского месторождения газа в Газли. Раньше в этой местно­сти прогнозировались лишь слабые сейсмогенные подвижки. После начала эксплуатации в 1962 г. до 1976 г. было откачано 300 млрд м³ газа, и пластовое давление стало неравномерно изменяться. Наблюда­лась форшоковая активность. Главные толчки произошли в тех зонах, где изменение гидродинамических условий было сильнее всего. Влия­ние добычи нефти на активизацию сейсмических событий имело место на севере Сахалина; в Западной Туркмении (Кумдагское землетрясе­ние 1983 г. с М = 6) и др.

Возбужденные землетрясения могут происходить также в результате закачки внутрь пластов каких-либо жидких промышленных отходов, как это произошло в районе г. Денвер в 1962 г. с М > 5, когда на глубине около 5 км резко возросло пластовое давление. Сейсмический отклик находят и подземные ядерные взрывы, интенсивно проводив­шиеся в недавнем времени.

Естественные геологические процессы, такие как земные прили­вы, изменение скорости вращения Земли, далекие землетрясения, солнечная активность, даже изменение атмосферного давления и фазы Луны, влияют на сейсмическую активность, особенно мелкофокус­ную. Интересны в этом отношении приливные деформации поверх­ности Земли, связанные с гравитационным взаимодействием Земли, Луны и Солнца. Интенсивность этого взаимодействия минимальна у полюсов и максимальна на экваторе. Волны, вызванные этим явле­нием, постоянно перемещаются по поверхности Земли с востока на запад.

Проблема наведенной сейсмичности в наши дни становится одной из важнейших, и ей уделяется много внимания как в прикладной, так и в фундаментальной сейсмологии. Это особенно актуально в связи с быстрым ростом городских агломераций, колоссальным отбором не­фти, газа и воды из месторождений, строительством плотин и водохра­нилищ, что приводит к возрастанию сейсмического риска.