Геофизические процессы и биосфера: статья

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ С ГЛУБИНОЙ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КАК ПРОЯВЛЕНИЕ ПРИРОДЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ
А.А. ЛУКК
В.Г. ЛЕОНОВА
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 19
Номер: 1
Год: 2020
Страницы: 30-50
УДК: 550.348
DOI: 10.21455/GPB2020.1-2
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: континентальная кора, слабые землетрясения, характер деформирования, сейсмогенный слой, неоднородность, прочность, хрупкое разрушение, хрупко-пластичный переход
Аннотация: На примере семи сейсмогенных регионов мира с различными условиями тектонического деформирования подтверждена достоверность приуроченности слабых землетрясений к двум горизонтам в континентальной земной коре на глубинах 5 и 10 км вне зависимости от региона. Ширина экстремумов на уровне 0.7 от максимума в большинстве случаев не превышает 2-3 км. Эта ярко выраженная двумодальность распределения с глубиной количества слабых землетрясений интерпретируется с позиций возрастания прочности и уменьшения неоднородности материала земной коры с глубиной [Mogi, 1962; Scholz, 1968; Mori, Abercombie, 1997]. Предполагается, что концентрация слабых землетрясений вблизи глубины 5 км обусловлена тем, что в силу относительно высокой степени неоднородности и малой прочности хрупкого разрушения материала коры процесс разрушения останавливается раньше, чем он разовьется в крупное сейсмическое событие, из-за препятствия на пути его развития в виде участка с повышенной прочностью. На бо́льших глубинах (9-15 км) любое начало разрыва с большей вероятностью перерастет в более крупное событие, поскольку материал горной породы на этих глубинах становится более однородным и более прочным в силу роста стесняющего давления и температуры в пределах зоны «хрупко-пластичного перехода». Это приводит к относительному росту количества более крупных землетрясений вблизи глубины 10 км, обеспечивая наличие второго экстремума в распределении с глубиной количества землетрясений. В рамках таких представлений находит свое объяснение и наблюдаемая в сейсмологии приуроченность сильных землетрясений скорее к подошве сейсмогенного слоя, чем к его кровле. В то же время практически полное отсутствие относительно сильных землетрясений на глубинах более 15-16 км может свидетельствовать в пользу резкого изменения упругих свойств материала и характера деформирования в нижней части зоны «хрупко-пластичного перехода» и глубже нее. Здесь хрупкая сейсмогенная деформация уступает место пластичному асейсмическому течению.
Список литературы: Астапенко В.Н., Файнберг Э.Б. Природа коровой аномалии электропроводности Белорусской антеклизы // Физика Земли. 1999. № 5. С. 54-60.

Ваньян Л.Л., Павленкова Н.И. Слой пониженной скорости и повышенной электропроводности в основании верхней части земной коры Балтийского щита // Физика Земли. 2002. № 1. С. 1-9.

Гусева Т.В., Лукк А.А., Трапезников Ю.А., Шевченко В.И. Геодинамика территории Гармского полигона (Таджикистан) по результатам светодальномерных наблюдений // Геотектоника. 1993. № 3. С. 47-54.

Каракин А.В., Курьянов Ю.А., Павленкова Н.И. Разломы, трещиноватые зоны и волноводы в верхних слоях земной оболочки. М., 2003. 221 с.

Ковтун А.А., Вагин С.А., Варданянц И.Л., Легенькова Н.П., Смирнов Н.Ю., Успенский Н.И. Особенности геоэлектрического строения коры и мантии вблизи сейсмического профиля 4В по данным магнитотеллурического зондирования // Глубинное строение и эволюция земной коры восточной части Фенноскандинавского щита: Профиль Кемь-Ухта. Петрозаводск: Карел. науч. центр РАН, МПР, 2001. С. 81-93.

Лукк А.А. Слой неустойчивой сейсмотектонической деформации - аналог волновода - на глубинах 12-20 км в земной коре Таджикской депрессии // Физики Земли. 2011. № 4. С. 39-57.

Лукк А.А., Попандопуло Г.А. Надежность определения параметров распределения Гутенберга-Рихтера для слабых землетрясений Гармского района в Таджикистане // Физика Земли. 2012. № 9-10. С. 31-55.

Лукк А.А., Шевченко В.И. Особенности сейсмотектонического деформирования земной коры осевой части Таджикской депрессии // Докл. Акад. наук. 2003. Т. 393, № 4. С. 536-540.

Лукк А.А., Шевченко В.И. Роль локальных процессов тектогенеза в деформировании слоистых пород Таджикской депрессии // Физика Земли. 2004. № 11. С. 5-25.

Лукк А.А., Шевченко В.И. Сейсмичность, тектоника и GPS-геодинамика Кавказа // Физика Земли. 2019. № 4. С. 99-123.

Лукк А.А., Юнга С.Л. Геодинамика и напряженно-деформированное состояние литосферы Средней Азии. Душанбе: Дониш, 1988. 236 с.

Лукк А.А., Нерсесов И.Л., Чепкунас Л.С. Методика выделения слоев пониженных скоростей в коре и мантии Земли // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1970. № 2. С. 15-20.

Лукк А.А., Пивоварова Н.Б., Пухначева Т.П. О точности определения координат очагов местных землетрясений // Математические проблемы геофизики. Новосибирск: Наука, 1973. С. 159-167.

Лукк А.А., Шевченко В.И., Леонова В.Г. Автономная геодинамика зоны сочленения Памира и Тянь-Шаня по сейсмологическим данным // Физика Земли. 2015. № 6. С. 63-82.

Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996. 448 с.

Николаевский В.Н., Шаров В.И. Разломы и реологическая расслоенность земной коры // Физика Земли. 1985. № 1. С. 16-28.

Павленкова Н.И. Некоторые общие особенности структуры литосферы // Глубинное строение территории СССР. М.: Наука, 1991. С. 143-56.

Попандопуло Г.А., Лукк А.А. Изменения с глубиной параметра b-value в магнитудно-частотном распределении землетрясений Гармского района (Таджикистан) // Физика Земли. 2014. № 2. С. 124-140.

Радзиминович Н.А. Глубины очагов землетрясений Байкальского региона: Обзор // Физика Земли. 2010. № 3. С. 37-51.

Сидорин А.Я. (ред.). Гармский геофизический полигон. М.: ИФЗ АН СССР, 1990. 240 с.

Трифонов В.Г. Позднечетвертичные разрывные нарушения Западной и Центральной Азии по данным дешефрирования аэрокосмических снимков и наземным наблюдениям // Изв. вузов. Геология и разведка. 1976. № 11. С. 54-64.

Хаин В.Е. Региональная геотектоника. Альпийский Средиземноморский пояс. М.: Недра, 1984. 344 с.

Шаров В.И. О новой трехслойной сейсмической модели континентальной коры // Геотектоника. 1987. № 4. С. 19-30.

Шевченко В.И. Происхождение структур горизонтального сжатия в складчатом сооружении (на примере Большого Кавказа). М.: Наука, 1984. 160 с.

Шевченко В.И. Строение Главного хребта Центрального Кавказа между реками Ардон и Терек // Бюл. МОИП, отд. геол. 2002. Вып. 2. С. 19-29.

Шевченко В.И., Лукк А.А., Гусева Т.В. Автономная и плейттектоническая геодинамики некоторых подвижных поясов и сооружений. M.: ГЕОС, 2017. 612 с.

Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Мишин А.В., Прилепин М.Т., Рейлинджер Р.Э., Хамбургер М.У., Шемпелев А.Г., Юнга С.Л. Современная геодинамика Кавказа (по результатам GPS-измерений и сейсмическим данным) // Физика Земли. 1999. № 9. С. 3-18.

Abercrombie R.E., Mori J. Local observations of the onset of a large earthquake: 28 June 1992, Landers California // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 725-734.

Adamia S., Zakariadze G., Chkhotua T., Sadradze N., Tsereteli N., Chabukiani A., Gventsadze A. Geology of the Caucasus: A review // Turk. J. Earth Sci. 2011. V. 20. P. 489-544.

Akyol N., Zhu L., Mitchell B.J., Sozbilir H., Kekovali K. Crustal structure and local seismicity in western Anatolia // Geophys. J. Inter. 2006. V. 166, is. 3. P. 1259-1269. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006.03053.x

Aldersons F., Zvi Ben-Avraham Z. The seismogenic thickness in the Dead Sea area // Dead Sea transform fault system: Reviews / Eds Z. Garfunkel et al. Ch. 3. 2014. P. 53-87. (Modern Approaches in Solid Earth Sci. V. 6). https://doi.org/10.1007/978-94-017-8872-4_3

Alekseev A.S., Belonosova A.V., Burmakov I.A, Krasnopevtseva G.V, Matveeva N.N., Nersesov I.L., Pavlenkova N.I., Romanov V.G., Ryaboy V.Z. Seismic studies of low-velocity layers and horizontal inhomogeneities within the crust and upper mantle on the territory of the USSR // Tectonophysics. 1973. V. 20. P. 47-56.

Amitrano D. Brittle-ductile transition and associated seismicity: Experimental and numerical studies and relationship with the b-value // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N B1. 2044. https://doi.org/10.1029/2001JB000680

Anderson J.G., Chen Q. Beginnings of earthquakes in the Mexican subduction zone on strong-motion accelerograms // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1995. V. 85. P. 1107-1115.

Authemayou Ch., Bellier O., Chardon D., Benedetti L., Malekzade Z., Claude Ch., Angeletti B., Shabanian E., Abbassi M. Quaternary slip-rates of the Kazerun and the Main Recent Faults: Active strike-slip partitioning in the Zagros fold-and-thrust belt // Geophys. J. Inter. 2009. V. 178. P. 524-540. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04191.x

BABEL Working Group. Deep seismic reflection/refraction interpretation of crustal structure along BABEL profiles A and B in the Southern Baltic Sea // Geophys. J. Inter. 1993. V. 112. P. 325-343.

Berberian M., King G. Towards a paleogeography and tectonic evolution of Iran // Canad. J. Earth Sci. 1981. V. 18. P. 210-285.

Brace W.F., Kohlstedt D.L. Limits on lithospheric stress imposed by laboratory experiments // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 6248-6252.

Braeuer B., Asch G., Hofstetter R., Haberland Ch., Jaser D., El-Kelani R., Weber M. Microseismicity distribution in the southern Dead Sea basin and its implications on the structure of the basin // Geophys. J. Inter. 2012. V. 188. P. 873-878. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05318.x

Brune J. Implications of earthquake triggering and rupture propagation for earthquake prediction based on premonitory phenomena // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 2195-219.

Cloetingh S., Burov E.B. Thermomechanical structure of European continental Lithosphere: constraints from rheological profiles and EET estimated // Geophys. J. Inter. 1996. V. 124. P. 698-723.

Cole J., Hacker B., Ratschbacher L., Dolan J., Seward G., Frost E., Frank W. Localized ductile shear below the seismogenic zone: Structural analysis of an exhumed strike-slip fault, Austrian Alps // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. B12304. https://doi.org/10.1029/2007JB004975

D’Alessandro A., Papanastassiou D., Baskoutas I. Hellenic Unified Seismological Network: An evaluation of its performance through SNES method // Geophys. J. Inter. 2011. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05018.x

Daub E.G., Shelly D.R., Guyer R.A., Johnson P.A. Brittle and ductile friction and the physics of tectonic tremor // Geophys. Res. Let. 2011. V. 38. L10301. https://doi.org/10.1029/2011GL046866

DeMets C., Gordan R.G., Argus D.F., Stein S. Current plate motions // Geophys. J. Inter. 1990. V. 101. P. 425-478.

Doglioni C., Barbab S., Carminatia E., Riguzzi F. Role of the brittle-ductile transition on fault activation // Phys. Earth Planet. Inter. 2011. V. 184. N 3-4. P. 160-171. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2010.11.005

Dragoni M . The brittle-ductile transition in tectonic boundary zones // Ann. di Geofis. 1993. V. XXXVI, N 2. P. 37-44.

Ellis S., Stockhert B. Elevated stresses and creep rates beneath the brittle-ductile transition caused by seismic faulting in the upper crust // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. B05407. https://doi.org/10.1029/2003JB002744

Falcon N. Southern Iran: Zagros Mountains // Mesozoic-Cenozoic orogenic belts / Ed. A.M. Spencer. 1974. V. 4. P. 199-211. (Spc. Publ. Geol. Soc. London).

Fjeldskaar W., Lindholm C., Dehls J.F., Fjeldskaar I. Postglacial uplift, neotectonics and seismicity in Fennoscandia // Pergamon. Quater. Sci. Rev. 2000. V. 19. P. 1413-1422.

Gospodinov D., Karakostas V., Papadimitriou E., Ranguelov B. Analysis of relaxation temporal patterns in Greece through the RETAS model approach // Phys. Earth Planet. Inter. 2007. V. 165. P. 158-175.

Gueydan F., Leroy Y.M., Jolivet L., Agard P. Analysis of continental midcrustal strain localization induced by microfracturing and reaction-softening // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N B2. P. 2064. https://doi.org/10.1029/2001JB000611

Hauksson E. Crustal geophysics and seismicity in southern California // Geophys. J. Inter. 2011. V. 186. P. 82-98. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05042.x

Hauksson E., Shearer P. Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation. Pt. 1. Results using the double-difference method // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2005. V. 95. P. 896-903. https://doi.org/10.1785/0120040167

Hauksson E., Yang W., Shearer P.M. Waveform Relocated Earthquake Catalog for Southern California (1981 to June 2011) // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2012. V. 102, N 5. P. 2239-2244. https://doi.org/10.1785/0120120010

Hessami Kh., Jamali F. Explanatory notes to the map of major active faults of Iran // JSEE. 2006. V. 8, N 1. P. 1-11.

Hicks E.C., Bungum H., Lindholm C.D. Seismic activity, inferred crustal stresses and seismotectonics in the Rana region, Northern Norway // Quater. Sci. Rev. 2000a. V. 19. P. 1423-1436.

Hicks E.C., Bungum H., Lindholm C.D. Stress inversion of earthquake focal mechanism solutions from onshore and offshore Norway // Norsk Geologisk Tidsskrift. 2000b. V. 80. P. 235-250.

Hofstetter R., Dorbath C., Calo M. Crustal structure of the Dead Sea Basin from local earthquake tomography // Geophys. J. Inter. 2012. V. 189. P. 554-568. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2012.05369.x

Jackson J.A., Austrheim H., McKenzie D., Priestley K. Metastability, mechanical strength, and the support of mountain belts // Geology. 2004. V. 32, N 7. P. 625-628. https://doi.org/10.1130/G20397.1

Jackson J., McKenzie D., Priestley K., Emmerson B. New views on the structure and rheology of the lithosphere: Review // J. Geol. Soc., London. 2008. V. 165. P. 453-465.

Jin A., Aki K., Liu Zh., Keilis-Borok V.I. Seismological evidence for the brittle-ductile interaction hypothesis on earthquake loading // Earth Planets Space. 2004. V. 56. P. 823-830.

Kalenda P., Neumann L. The variations of the earthquake depth distribution since 2000 // New Concepts in Global Tectonics J. 2014. V. 1, N 4. http://www.ncgt.org

Keiding M., Kreemer C., Lindholm C.D., Gradmann S., Olesen O., Kierulf H.P. A comparison of strain rates and seismicity for Fennoscandia: Depth dependency of deformation from glacial isostatic adjustment // Geophys. J. Inter. 2015. V. 202. P. 1021-1028. https://doi.org/10.1093/gji/ggv207

Koulakov I., Sobolev S. Moho depth and three-dimensional P and S structure of the crust and uppermost mantle in the Eastern Mediterranean and Middle East derived from tomographic inversion of local ISC data // Geophys. J. Inter. 2006. V. 164. P. 218-235.

Kreemer C., Holt W.E., Haines A.J. An integrated global model of present-day plate motions and plate boundary deformation // Geophys. J. Inter. 2003. V. 154, N 1. P. 8-34. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2003.01917.x

Lukk A.A., Shevchenko V.I. Geodynamics of the Garm test area in Tadjikistan and the convergence of the Eurasian and Indian lithospheric plates // J. Geodyn. 1988. V. 9. P. 239-246.

Lynch D.K. Field guide to the San Andreas fault. Topanga: Thule Scientific, 2014.

Marzocchi W., Sandri L. A review and new insights on the estimation of the b-value and its uncertainty // Ann. Geophys. 2003. V. 46, N 6. P. 1271-1282.

McClusky S., Balassanian S., Barka A., Demir C., Ergintav S., Georgiev I., Gurkan O., Hamburger M., Hurst K., Kahle H., Kastens K., Kekelidze G., King R., Kotzev V., Lenk O., Mahmoud S., Mishin A., Nadariya M., Ouzounis A., Paradissis D., Peter Y., Prilepin M., Reilinger R., Sanlı I., Seeger H. Global positioning system constraints on plate kinematics and dynamics in the Eastern Mediterranean and Caucasus // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 5695-5719. https://doi.org/10.1029/1999JB900351

McClusky S., Reilinger R., Mahmoud S., Ben Sari D., Tealeb A. GPS constraints on Africa (Nubia) and Arabia plate motions // Geophys. J. Inter. 2003. V. 155, N 1. P. 126-138. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2003.02023.x

Mogi K. Magnitude-frequency relations for elastic shocks accompanying fractures of various materials and some related problems in earthquakes // Bull. Earth. Res. Inst. Univ. Tokyo. 1962. V. 40. P. 831-853.

Mori J., Abercombie R.E. Depth dependence of earthquake frequency magnitude distributions in California: Implications for rupture initiation // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N B7. P. 15081-15090.

Mori J., Kanamori H. Initial rupture of earthquakes in the 1995 Ridgecrest, California sequence // Geophys. Res. Let. 1996. V. 23. P. 2437-2440.

Otsuka М. A chain-reaction-type source model as a tool to interpret the magnitude-frequency relations of earthquakes // J. Phys. Earth. 1972. V. 20. P. 35-45.

Papazachos B.C., Delibasis N.D. Tectonic stress field and seismic faulting in the area of Greece // Tectonophysics. 1969. V. 7. P. 231-255.

Papazachos C.B., Kiratzi A.A. A detailed study of the active crustal deformation in the Aegean and surrounding area // Tectonophysics. 1996. V. 253. P. 129-153.

Papazachos B.C., Papadimitriou E.E., Kiratzi A.A., Papazachos C.B., Louvari E.K. Fault plane solutions in the Aegean Sea and the surrounding area and their tectonic implications // Bull. Geof. Teor. Appl. 1998. V. 39, N 3. P. 199-218.

Polat O., Gok E., Yilmaz D. Earthquake hazard of the Aegean extension region (West Turkey) // Turkish J. Earth Sci. 2008. V. 17. P. 593-614.

Sahimi М., Robertson M.C., Sammis C.G. Fractal distribution of earthquake hypocenters and its relation to fault patterns and percolation // Phys. Rev. Let. 1993. V. 70. P. 2186-2189.

Scholz C.H. The frequency-magnitude relation of micro fracturing in rock and its relation to earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1968. V. 58. P. 399-415.

Scordilis E.M., Karakaisis G.F., Karakostas B.G., Panagiotopoulos D.G., Comninakis P.E., Papazachos B.С. Evidence for transform faulting in the Ionian Sea: the Cephalonia Island earthquake sequence // Pure Appl. Geophys. 1985. V. 123. P. 388-397.

Shamir G. The active structure of the Dead Sea depression // GSA Spec. Pap. 2006. V. 401. P. 15-32.

Sibson R.H. Fault zone models, heat flow, and the depth distribution of earthquakes in the continental crust of the United States // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1982. V. 72. P. 151-163.

Steacy S.J., McCloskey J., Bean C.J., Ren J. Heterogeneity in a self-organized critical earthquake model // Geophys. Res. Let. 1996. V. 23. P. 383-386.

Taymaz T., Yilmaz Y., Dilek Y. (eds). The geodynamics of the Aegean and Anatolia // Geological Society, London, Spec. Publ. 2007. V. 291. P. 1-16. https://doi.org/10.1144/SP291.1

Thurber C., Zhang H., Waldhauser F., Hardebeck J., Michael A., Donna Eberhart-Phillips. Three-dimensional compressional wave speed model, earthquake relocations, and focal mechanisms for the Parkfield, California, Region // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. V. 96, N 4B. P. S38-S49. https://doi.org/10.1785/0120050825

Uzel B., Sozbilir H. A First record of strike-slip basin in Western Anatolia and its tectonic implication: The Cumaovasi Basin as an example // Turkish J. Earth Sci. 2008. V. 17. P. 559-591.

Vanyan L.L., Shilovsky M.N., Okulessky B.A., Semenov V.Y., Sidelnikova T.A. Electrical conductivity of the crust of the Siberian Platform // Phys. Earth Planet. Inter. 1989. V. 54. P. 162-166.

Vоlbers R., JodickeН., Untiedt J. Magnetotelluric study of the Earth’s crust along the deep seismic reflection profile DECORP-2N // Geol. Rundsch. 1990. V. 79. Р. 581-601.

Waldhauser F., Ellsworth W.L. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the Northern Hayward Fault, California // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2000. V. 90. P. 1353-1368.

Waldhauser F., Schaff D.P. Large-scale relocation of two decades of Northern California seismicity using cross-correlation and double-difference methods // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, N B08311. https://doi.org/10.1029/2007JB005479

Wyss M., Sammis C., Nadeau R., Wiemer S. Comparison between seismicity on creeping and locked patches of the San Andreas fault near Parkfield, California: Fractal dimention and b-value // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2004. V. 94. P. 410-424.

Wyss M., Pacchiani F., Deschamps A., Patau G. Mean magnitude variations of earthquakes as a function of depth: Different crustal stress distribution depending on tectonic setting // Geophys. Res. Let. 2008. V. 35. L01307. https://doi.org/10.1029/2007GL031057

Xu Y., Roecker S.W., Wei R., Zhang W., Wei B. Analysis of seismic activity in the crust from earthquake relocation in the Сentral Tien Shan // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2006. V. 96. P. 737-744.

Yilmaz Y., Genc S.C., Gurer O.F., Bozcu M., Yilmaz K., Karacik Z., Altunkaynak Ş., Elmas A. When did the Western Anatolian grabens begin to develop? // Tectonics and magmatism in Turkey and the surrounding area / Eds E. Bozkurt, J.A. Winchester, J.D.A. Piper. London, 2000. P. 353-384. (Geol. Soc., London, Spec. Publ. V. 173).