На правах рукописи

Баяраа Гангаадорж

СЕЙСМИЧНОСТЬ МОНГОЛИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

25.00.10 – геофизика,

геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск–2010

Работа выполнена в Исследовательском центре астрономии и геофизики Монгольской академии наук, (Research Center of Astronomy and Geophysics of Mongolian Academy of sciences, RCAG MAS) Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук Потапов Владимир Антонович (ИЗК СО РАН, г. Иркутск);

доктор геолого-минералогических наук Ключевский Анатолий Васильевич (ИЗК СО РАН, г. Иркутск)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Дмитриев Александр Георгиевич (ИрГТУ, г. Иркутск) доктор физико-математических наук, профессор Иванов Федор Илларионович (ИГУ, г. Иркутск)

Ведущая организация: Геологический институт БНЦ СО РАН (г. Улан-Удэ)

Защита состоится 15 февраля 2010 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 003.022.02 в конференц-зале Института земной коры СО РАН по адресу:

664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 128.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета канд. геол.-мин. наук Меньшагину Юрию Витальевичу, E–mail: [email protected] Автореферат разослан “” января 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. геол.-мин. наук Меньшагин Ю.В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Диссертация направлена на разработку новых подходов и дальнейшее развитие известных способов исследования пространственно-энергетической структуры и динамики сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы Монголо-Байкальского региона (МБР). Задачи диссертации определены фундаментальными проблемами современной геодинамики МБР и актуальностью обеспечения сейсмической безопасности на территории Монголии.

Значительная часть Монголии расположена в высокосейсмичных областях ЦентральноАзиатского складчатого пояса (ЦАСП) и подвержена частым и сильным землетрясениям.

Только в ХХ веке здесь произошло более 60 землетрясений с магнитудой M>5. (интенсивностью от 7 до 11–12 баллов). Среди них десятки землетрясений вызвали крупные нарушения земной поверхности, а сейсмические катастрофы с магнитудой M>8 (Болнайское, 1905, Фуюньское, 1931 и Гоби-Алтайское, 1957 годов) сопровождались сейсмотектоническими деформациями протяженностью до нескольких сотен километров. Поэтому изучение сейсмичности Монголии и сопредельных территорий относится к фундаментальной научной проблеме современной геодинамики ЦАСП и имеет важное прикладное значение.

Современные представления о сейсмичности как сложном явлении деформирования иерархически построенной структурно-неоднородной неустойчивой дискретной геофизической среды в феноменологической модели стационарного сейсмического процесса (Садовский и др., 1987) формируют понятие о стохастическом характере распределений напряжений и деформаций в литосфере (International…, 2002). В рамках этих фундаментальных представлений поставлена задача изучения и описания сейсмичности на четырех уровнях ее пространственной организации методами статистического анализа параметров толчков в представительном диапазоне энергетических классов землетрясений. Предполагается, что выявленные на этих уровнях закономерности пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности дадут возможность уточнения оценки и моделирования сейсмического процесса для решения основных проблем обеспечения сейсмической безопасности исследуемых территорий и понимания фундаментальных закономерностей геодинамической эволюции МБР.

Цель исследований. Развитие и применение методов статистического анализа пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности для установления основных параметров и закономерностей сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы. Выявление и идентификация геолого-геофизических структур и геодинамических явлений в литосфере региона, влияние которых нашло отражение в пространственно-временных вариациях сейсмичности, для развития феноменологической модели стационарного сейсмического процесса и уточнения представлений о современной геодинамике МБР.

Основные задачи исследований:

1) развить методы статистического анализа изучения пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы МБР и разработать способы геофизической и геодинамической интерпретации результатов, полученных по данным о землетрясениях Монголии;

2) установить критерии и параметры пространственно-временных и энергетических вариаций сейсмичности на четырех иерархических уровнях литосферы МБР с целью развития феноменологической модели стационарного сейсмического процесса для решения проблем сейсмической безопасности и уточнения представлений о современной геодинамике региона.

';

Фактический материал, методы исследования и аппаратура. Основой диссертации являются параметры почти 63300 землетрясений, зарегистрированных с 1964 по 2000 гг. в пределах Монголии (=42–53 с.ш., =87–120 в.д.) и юга Байкальского региона (=48– с.ш., =96–113 в.д.). Сейсмичность юга Байкальского региона и Монголии исследована по совместным материалам Байкальского филиала (БФ) ГС СО РАН и сети сейсмических станций Монголии (ССМ). В соответствии с поставленными проблемами в диссертации применен широкий спектр подходов при развитии методов и алгоритмов формализованного определения, статистической обработки, анализа и интерпретации пространственно-временных и энергетических закономерностей сейсмичности на четырех различных иерархических уровнях литосферы Монголии, идентификации происходящих в ней геодинамических процессов и пространственных геологических структур. Достоверность полученных в диссертации основных результатов и выводов подтверждается высокой представительностью используемых данных, применением статистических методов обработки, верификацией по натурным и хорошо проверяемым материалам сейсмологических и геофизических наблюдений.

Основные результаты и научные положения работы, выносимые на защиту.

1. Примененный комплекс методов определений, алгоритмов и программ статистической обработки параметров землетрясений позволяет изучить пространственновременную и энергетическую структуру сейсмичности на четырех иерархических уровнях литосферы Монголии.

2. Критерии и параметры пространственно-временных вариаций сейсмичности в литосфере МБР характеризуют сложную структурную неоднородность и динамическую неустойчивость среды на различных иерархических уровнях литосферы. Структура сейсмичности Монголии корреспондируется с сейсмичностью БРЗ, и в ней отражаются перестройки напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ.

3. Основные вариации сейсмичности обусловлены последействием сильнейших землетрясений и перестройками напряженно-деформированного состояния среды, а моменты усиления неустойчивости верифицированы в резкой активизации сейсмического процесса на всех изучаемых уровнях иерархии литосферы Монголии.

Научная новизна. Впервые на представительном фактическом материале выполнен статистический анализ пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех уровнях пространственной организации литосферы Монголии. Проведенный диссертантом ретроспективный анализ формализованных статистических параметров сейсмичности показал, что перестройки напряженно-деформированного состояния литосферы МБР приводят к кратковременной упорядоченности энергетики и синхронизации динамики сейсмичности, обусловленной переходом структурно-неоднородной иерархической среды через неустойчивость к метастабильному состоянию.

Детальный пространственно-временной и энергетический анализ сейсмичности на четырех иерархических уровнях литосферы Монголии показал, что основные вариации сейсмичности обусловлены последействием сильнейших землетрясений и перестройками напряженно-деформированного состояния среды, а моменты усиления неустойчивости верифицируются в резкой активизации сейсмического процесса на всех исследуемых уровнях пространственной организации литосферы Монголии. Кинематика и динамика афтершоков Бусийнгольского землетрясения 1991 года корреспондируется с характером перестроек напряженно-деформированного состояния среды в очаговой зоне. Релаксационные процессы в очагах некоторых катастрофических землетрясений Монголии продолжаются в настоящее время.

Усиление неустойчивости напряженно-деформированного состояния литосферы МБР отражается в активизации сейсмического процесса. Это развивает феноменологическую модель стационарного сейсмического процесса, отражая особую роль и существенное влияние перестроек напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ на сейсмичность МБР. Наблюдаемая на исследуемых пространственных уровнях сейсмогенеза стадийность и системность процесса является одним из атрибутов механизма возвращения иерархической системы разломов-блоков в метастабильное состояние после геодинамических перестроек и сильных землетрясений.

Практическая значимость работы. Диссертантом разработаны и реализованы алгоритмы обработки и формализации исходных данных, направленные на статистический анализ пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на четырех различных иерархических уровнях литосферы региона. Развиты методики и алгоритмы, ориентированные на изучение геодинамических процессов и выделение пространственных структур в литосфере МБР. Регионализация Монголии по активным зонам землетрясений, в совокупности с другими геолого-геофизическими методами, дает возможность более надежно и обоснованно подойти к дифференциации зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ) и сейсмическому районированию территории.

Заложены основы компьютерной информационной технологии обработки сейсмической информации на различных пространственно-временных масштабах, включающие в себя автоматизацию процесса, обеспечение решения задач определения текущих и прогнозных оценок и компьютерную визуализацию сейсмичности по данным очаговой и структурной сейсмологии для оперативного решения проблем обеспечения сейсмической безопасности на территории Монголии.

Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертанта отражены в публикациях. По теме диссертации опубликовано более 20 работ, в том числе 3 монографии.

При подготовке баз данных сейсмологической информации и работе с ними (с конца 1960-х годов) диссертантом самостоятельно реализованы алгоритмы и программы расчета параметров сейсмичности, которые нашли широкое применение при составлении форматированных каталогов и бюллетеней землетрясений Монголии. Электронные базы данных геологогеофизической информации, собранные диссертантом, используются для поиска корреляции с сейсмичностью региона.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на региональных тематических совещаниях в Иркутске (2001;

2002; 2004; 2007; 2009; Улан-Удэ, 2003) и международных научных форумах различного ранга (Улан-Батор, 2001; 2007; Улан-Удэ, 2005).

Объем и структура диссертации. Общий объем работы (197 стр.) составляют четыре главы, введение и заключение (всего 150 стр.), 61 рисунок (на 48 стр.), 13 таблиц (на 9 стр.) и список литературы (190 наименований на 13 стр.).

Работа выполнена в Научно-исследовательском Центре астрономии и геофизики Академии наук Монголии. Автор выражает особую благодарность научным руководителям доктору геол.-мин. наук Потапову В.А. и доктору геол.-мин. наук Ключевскому А.В за постоянную помощь на всех этапах работы. Автор благодарит коллег по работе докторов геол.-мин. наук Джурика В.И., Леви К.Г., кандидатов геол.-мин. наук Черных Е.Н., Чечельницкого В.В., кандидатов физ.-мат. наук Кожевникова В.М., Дэмбэрэла С., Dph.

Елзийбата М., магистра Анхцэцэг Д., Эрдэнэзул Б. и других сотрудников Научноисследовательского Центра, содействовавших выполнению работы.

Глава I. Геолого-геофизическая характеристика Монголо-Байкальского региона В первой главе диссертации выполнен краткий обзор имеющихся литературных материалов по результатам многолетних геолого-геофизических и геодинамических исследований земной коры и литосферы Монголо-Байкальского региона. Морфологические связи Байкальского региона и Монголии настолько тесны, что Н.А. Флоренсов предложил объединить горные системы Южной Сибири и Монголии в единую Монголо-Сибирскую горную страну. На этой обширной территории в кайнозое проявилось интенсивное внутриконтинентальное горообразование, в пределах которого находится как область растяжения (БРЗ), так и область сжатия (Западная Монголия). По литературным данным геологическая эволюция Монголо-Сибирской горной страны с середины палеозойской эры подчинена в основном единому механизму развития под влиянием Индо-Евразийской коллизии и глубинного диапиризма. Кайнозойская активизация обусловлена проникновением мантийных аномально нагретых веществ в литосферу, что привело к ее утонению почти на всей территории. Астеносферный диапиризм является главной причиной горообразования и в Западной Монголии, а сжатие со стороны Индостана могло вызвать некоторый дополнительный рост высоты горных хребтов вследствие утолщения коры и привести к возникновению сдвиговых деформаций. Деформации в Западной Монголии в упрощенном виде заключаются в том, что примерно прямоугольная область, прилегающая к Сибири, имеет левостороннее смещение по северной и южной субширотным границам, а западная граница (Монгольский Алтай) подвергается правосторонним сдвиговым смещениям. Внутренняя область имеет тенденцию вращения против часовой стрелки. Ее левая граница, с которой может быть сопряжена Могодская зона субмеридиального направления с правосторонним сдвигом, подтверждает такое вращение. Байкальская рифтовая зона образована под действием сил растяжения, механизм которого рассматривается как сочетание воздействий активного местного теплового источника и пассивного источника, связанного с перераспределением напряжений внутри Евразийской плиты при Индо-Евразийской коллизии. По изменениям условий и скорости осадконакопления установлены два главных этапа в развитии рифтогенеза.

Территорию Монголии по тектоническим и геоморфологическим признакам можно условно делить на три крупных региона: область интенсивного горообразования на западе, умеренного – в центральной части и слабого – в восточной части Монголии. Такое разделение, естественно, связано с различием внутреннего строения литосферы и земной коры и находит отражение в сейсмичности Монголии. Наиболее сильные землетрясения с магнитудой M> (Болнайское, 1905, Фуюньское, 1931 и Гоби-Алтайское, 1957 годов) произошли на западе и в центральной части Монголии и сопровождались сейсмотектоническими деформациями протяженностью до нескольких сотен километров. Имеющиеся геологические, геофизические и геодезические материалы по Монголо-Байкальскому региону позволяют прийти к выводу о том, что тектоническая структура, геологическая зональность, сейсмичность и современная геодинамика МБР определяются взаимодействием двух основных механизмов тектоногенеза:

1. Механизм автономного саморазвития региона и в первую очередь, подвижного ЦАСП;

2. Плейттектонический механизм внешнего воздействия на подвижный пояс и другие структурные элементы региона, что связано с латеральными перемещениями литосферных плит и блоков.

Суперпозиционное взаимодействие основных механизмов тектоногенеза формирует на различных иерархических уровнях литосферы сложные пространственно-временные перемещения литосферных плит и блоков по зонам основных разломов МБР, в результате которых генерируются единичные землетрясения максимальной на Евразийском континенте энергии, многочисленные сейсмические толчки средних и небольших энергий и большое число микросейсмических событий. Анализ параметров сейсмичности инструментального периода дает возможность исследования современной геодинамики и структуры литосферы МБР с целью решения проблемы обеспечения сейсмической безопасности на территории промышленно-гражданского освоения Монголии, на что и ориентирована данная работа.

Целенаправленное и систематическое геолого-географическое изучение землетрясений Монголии было организовано по линии Русского географического общества в конце XIX века.

Как отмечено в (Землетрясения…, 1985), самые первые полные научные данные о землетрясениях Монголии приведены в каталоге И.В.Мушкетова и А.П.Орлова, а ранние разрозненные летописные данные времени Юаньской династии носят случайный характер. В 1905 г. А.В.

Вознесенский провел обследование эпицентральной области сильнейших Таннуольских (Болнайских или Хангайских) землетрясений, а затем составил карты самой протяженной системы сейсмодислокаций Монголии и дал описание этих сильнейших сейсмических событии. Тем не менее только в 1958 г. было начато целенаправленное, по-настоящему научно организованное комплексное исследование сейсмичности Монголии в связи с сильнейшим Гоби-Алтайским землетрясением 1957 года. Работы специальной Советско-Монгольской Гоби-Алтайской экспедиции под руководством В.П. Солоненко и Н.А. Флоренсова вышли далеко за рамки изучения последствий этого землетрясения и превратились в крупнейшее оригинальное исследование геолого-геофизических критериев сейсмичности (Солоненко и др., 1960; ГобиАлтайское…, 1963). Монографическое описание Гоби-Алтайской сейсмической катастрофы – подробный и многогранный отчет одной из интереснейших азиатских экспедиций, давшей толчок широкому развитию комплексных исследований землетрясений и новому научному направлению – палеосейсмогеологии. В дальнейшем, на материалах изучения сильнейших землетрясений 1905 и 1957 гг. зародился, апробировался и окреп палеосейсмогеологический подход к оценке сейсмичности (Солоненко и др., 1960), получивший в дальнейшем широкое распространение в мире. В 1959 г. В.П. Солоненко (1959) составляет принципиально новую схему сейсмического районирования МНР, которая долгое время оставалась единственным документом, обосновывающим уровень сейсмичности отдельных районов Монголии. Некоторые дополнения и изменения к ней сделали монгольскими специалистами, в результате чего в 1970 г. была составлена новая карта сейсмического районирования Монголии масштаба 1:3 000 000 (Нацаг-Юм и др., 1971). В 1960-х годах Л. Нацаг-Юмом, И. Балжиннямом, Д. Монхоо и их коллегами была начата большая работа по сбору и анализу сейсмогеологических и макросейсмических данных, дающих богатый материал для изучения сейсмичности Монголии (Нацаг-Юм и др., 1971;

Балжинням и др., 1972; 1975). Эпицентральные зоны Болнайских (Хангайских) землетрясений детально обследованы в 1972–1973 г. С.Д. Хилько с коллегами в рамках совместной СоветскоМонгольской геологической экспедиции. Результаты этих работ вошли в монографию “Землетрясения и основы сейсмического районирования Монголии” (Землетрясения…, 1985), которая является одним из наиболее полных источников информации о сейсмичности и сильных землетрясениях Монголии. Были проанализированы все имеющиеся к тому времени геологические, сейсмогеологические, сейсмологические материалы, которые были уточнены при составлении карты общего сейсмического районирования (ОСР-83) Монголии масштаба 1:

1500 000. На этой карте впервые представлены зоны вероятных очагов землетрясений (зоны ВОЗ) по данным о сеймотектонике, сейсмологии и геологии с учетом нормативной интенсивности вероятных сотрясений и средней частоты их повторения.

С начала XXI века в Монголии быстро развиваются современные технологии регистрации землетрясений, построенные на цифровых системах записи и обработки сейсмологической информации. В настоящее время данные монгольских станций передаются в международные центры обработки информации по сильным землетрясениям и другим геофизическим параметрам. Анализ сейсмичности Монголии выполняется по материалам совместной обработки записей землетрясений сейсмическими станциями Монголии, Прибайкалья и Алтае-Саянской области. Установлено, что представительность регистрации землетрясений Монголии изменялась во времени и пространстве, а на полученных картах отчетливо выделяются области регистрации слабых микротолчков локальными группами цифровых станций, расположенными в окрестности гг. Ховд и Улаанбаатар. Распределение чисел зарегистрированных за год землетрясений различной магнитуды от времени указывает на постепенный рост от 200–300 толчков за год в начале функционирования сети сейсмических станций до почти 2500 землетрясений в 2000 году, т.е. эффективность регистрации возросла на порядок. На гистограмме видно, что слабые толчки с магнитудой 2.0 не могут быть представительными за исследуемый период и выделяется 1992 год, когда число толчков максимально (около 2800), что вызвано афтершоками Бусийнгольского землетрясения года. Этот факт свидетельствует о том, что в сейсмичности Монголии существенную роль играют группирующиеся толчки и их следует выделять из общего сейсмического процесса.

Проблема оценки рекуррентных интервалов (интервалов повторяемости) и вероятности сильнейших землетрясений Монголии имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Приведенные ниже теоретические оценки рассчитаны, как и в картах ОСР–97, при условии распределения толчков различной магнитуды по экспоненциальному закону и закону Пуассона, и дают представление о рекуррентных интервалах и вероятности сильнейших землетрясений Монголии для целей сейсмического районирования (Klyuchevskii et al., 2002; Ключевский, Демьянович, Баяр, 2005а). Проведенные вычисления свидетельствуют:

если величину максимально возможного энергетического класса землетрясений Монголии принять равной Kmax=19, то рекуррентные интервалы толчков с KP=18 составят 210 лет. При Kmax=19 в пределах Монголии величина энергетического класса землетрясений с 10% вероятностью исполнения в течение 50 лет равна KP=18.42, а вероятность землетрясений с KP=18.0 в течение 50 лет составляет P=0.21.

Анализ основных параметров и характеристик сейсмичности Монголии, отдельных областей и районов выполнен на сейсмологическом материале сводного каталога землетрясений МБР (Complex…, 2004; Klyuchevskii et al., 2007,а, б). Оценки представительности данных за 1964–1999 гг. показали, что в этот интервал времени выборки землетрясений северной Монголии, в которую входят Хубсугульский, Болнайский и ОрхонТольский районы, представительны с энергетического класса KP=8 (MLH=2.5). Массивы данных землетрясений южной и западной Монголии, Гоби-Алтайского и Монголо-Алтайского районов представительны с KP=9 (MLH=3.0). На всей территории Монголии представительный класс землетрясений равен KP=9 (MLH=3.0). Существенное увеличение числа слабых землетрясений не изменило характера распределения эпицентров, которое, как и прежде, достаточно четко отражает пространственно-временную неоднородность сейсмичности Монголии (Землетрясения…, 1985). Анализ эпицентрального поля показывает, что основная сейсмическая деятельность развивается в центральной и западной областях, а граница, разделяющая территории с высокой и низкой сейсмичностью, проходит около 108 в.д.

Наиболее существенные особенности эпицентрального поля, нашедшие отражение на карте плотности эпицентров и карте сейсмической активности A10, обусловлены сильными землетрясениями второй половины XX столетия и их афтершоковыми последовательностями.

Рис.1. Карта эпицентров землетрясений Монголии.

1 – основные разломы; 2 – впадины; 3 – озера; 4 – города, аймачные центры и крупные сомоны;

5 – эпицентры землетрясений с энергическими классами 8KP17; 6 – границы областей; 7 – границы районов. На вставке приведены графики годовых чисел N землетрясений с KP9 в Монголии и четырех областях (а), Монголии и пяти районов (б).

Карта плотности эпицентров толчков дает возможность определения границ крупных сейсмоактивных областей, на основе которых выполнена иерархическая регионализация сейсмичности Монголии. На рис.1 выделяются северная и южная области, граница между которыми проходит по широте около 48. Северная область, кроме разделения по 50-ой широте, может быть разграничена по 96-ому меридиану на западную и центральную части. В южной области граница раздела на западную и центральную части соответствует долготе 95.

Такое разграничение эпицентрального поля достаточно близко соответствует схеме сейсмоактивных районов Монголии, использованной в работе (Землетрясения…, 1985), и взято за основу регионализации сейсмичности на втором уровне иерархической структуры сейсмичности. Первый уровень иерархии отражает сейсмичность больших территорий – Байкальского региона и Монголии, третий уровень рассматривается в Главе III при анализе сейсмичности разломных зон Монголии, а исследования на четвертом уровне иерархии сейсмичности выполнено при анализе очаговых зон сильных толчков в последних главах диссертации. Выбранные уровни иерархии литосферы Монголии хорошо идентифицируются в карте плотности эпицентров и карте сейсмической активности (Klyuchevskii et al., 2004б).

Методами теории самоподобных процессов впервые исследованы энергетическая структура и динамика сейсмичности Монголии и четырех областей (Ключевский, Баяра, 2008).

Энергетическая структура сейсмичности Монголии и областей проанализирована при экстраполяции распределения толчков по шкале энергетических классов K обратным каскадом по аналогии с “канторовой пылью”. Анализ пространственно-временных вариаций размерности Хаусдорфа-Безиковича D показывает, что в Монголии, областях и районах энергетическая структура сейсмичности упрощается при геодинамической активизации, и это обусловлено доминированием событий большого масштаба (Ключевский и др., 2006).

Структура энергетики сейсмичности на севере и в центре Монголии имеет общие тенденции развития, которые отличаются от энергетики сейсмичности в западной и южной Монголии, возможно из-за неполной представительности землетрясений в этих областях. Сопоставление соответствующих графиков ряда параметров указывает на близкое совпадение энергетической структуры сейсмичности Байкальского региона и Монголии, а отличие графиков этих территорий в конце 1980-х годов обусловлено, вероятно, не полной регистрацией толчков с KP=9 в Монголии в это время. В целом энергетическая структура сейсмичности в Байкальского региона и Монголии совпадает, что указывает на обусловленность современной геодинамики этих регионов влиянием общих энергетических источников деформирования литосферы МБР.

Изменения сейсмичности в пространстве и времени отражают этапы современной геодинамической активизации литосферы МБР (Complex…, 2004; Ключевский и др., 2005б).

Достаточно наглядно эти этапы прослеживаются в существенных отличиях наклонов графиков повторяемости землетрясений, полученных по методу наименьших квадратов при полных и неполных выборках данных. Наиболее значительные отличия имеют место в 1967– 74, 1987 и 1990–1991 гг. В это же время происходит повышение уровня суммарной сейсмической энергии, излучаемой землетрясениями различных регионов, и понижение размерности Хаусдорфа-Безековича D энергетической структуры сейсмичности. Процессы выделения суммарной сейсмической энергии землетрясениями центральной и северной Монголии совпадают во времени, аналогичная картина наблюдается для толчков южной и западной областей. Поскольку между графиками выделения суммарной сейсмической энергии землетрясениями этих пар областей отсутствует взаимная корреляция, то возникает предположение о раздельном формировании сейсмичности на севере и юго-западе Монголии.

Для исследования самоподобия динамики сейсмичности использовался показатель Херста H, наиболее существенные вариации которого корреспондируют во времени с афтершоковыми сериями сильных землетрясений. Показано, что сейсмический процесс в Монголии и четырех областях является персистентным, несущим в себе эффекты долговременной памяти о наиболее существенных группах землетрясений. В сейсмическом процессе постоянно присутствует статистическое мультиплексирование, формируемое суперпозицией афтершоков, роевых и фоновых толчков. Наложение толчков приводит к объединенному самоподобному временному процессу, но при скачке скорости потока землетрясений в начале афтершоковой серии возникает дополнительная нелинейность с возможностями различного динамического поведения геофизической системы сеймогенеза. Наиболее существенные вариации показателя Херста H сейсмического процесса в Монголии и четырех областях, чаще всего, корреспондируются во времени с афтершоками сильных землетрясений.

Исследованы корреляции годовых чисел землетрясений с энергетическим классом KP9, происшедших в Байкальском регионе и Монголии (Ключевский. Баяр, 2008). Корреляционный анализ различной длины реализаций чисел землетрясений позволил обнаружить эффекты синхронного увеличения скорости сейсмического потока на территории МБР, существенно разнесенных в пространстве. Анализ скорости потока толчков выявил два статистически значимых эпизода синхронизации сейсмических процессов – в конце 1960-х и начале 1980-х годов. Эпизод синхронизации скорости потока землетрясений в начале 1980-х годов наблюдается на всех исследуемых территориях, а эпизод конца 1960-х годов слабее прослеживается в Монголии и выделяется, в основном, при длине реализации в три года.

Наблюдаемая синхронизация скорости потока землетрясений свидетельствует, что активизации сейсмичности обусловлены перестройками напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ и происходят примерно в одно время в различных областях МБР, формируя в хаотическом пространственно-временном распределении сейсмичности кратковременное когерентное повышение скорости потока толчков.

Полученные результаты указывают на сложную картину пространственноэнергетической структуры и динамики сейсмичности в Монголии, корреспондирующую с основными параметрами сейсмичности в БРЗ. Очевидно, что в сейсмичности Монголии отражаются синергетические процессы, происходящие в литосфере Байкальской рифтовой системы. Значительные вариации основных параметров и характеристик сейсмичности различных регионов Монголии дают основание сделать вывод о неустойчивости сейсмического процесса и неоднородности эпицентрального поля, которые могут быть обусловлены перестройками напряженно-деформированного состояния среды и сложной структурой системы разломов в литосфере МБР. Результаты проведенных исследований показывают, что основные вариации сейсмичности обусловлены последействием сильнейших землетрясений и перестройками напряженно-деформированного состояния среды, а моменты усиления неустойчивости верифицированы в резкой активизации сейсмического процесса различных регионов Монголии, что обосновывает второе и третье защищаемое положение диссертации. Наблюдаемая стадийность системность сейсмического процесса является одним из атрибутов механизма возвращения системы разломов-блоков в метастабильное состояние после главных землетрясений и перестроек НДС среды. Примененный комплекс методов определений, алгоритмов и программ статистической обработки параметров землетрясений позволяет изучить пространственно-временную и энергетическую структуру сейсмичности крупных областей МБР, что обосновывает первое защищаемое положение диссертации.

Глава III. Детальное исследование сейсмичности активных зон Монголии и Решение проблем обеспечения сейсмической безопасности является одной из важнейших задач социально-экономического развития сейсмоактивных регионов. Лучший способ снижения риска от землетрясений – избегать строительства и эксплуатации зданий и сооружений на сейсмоопасных территориях. Однако социально-политические и экономические факторы часто делают условие освоения сейсмоопасных территорий единственной альтернативой их устойчивому развитию. Понимание важности создания и безопасной эксплуатации стратегических транспортных коридоров в МБР предопределяет актуальность детального изучения современных геодинамических и сейсмических процессов в зонах активных разломов (Demjanovich et al., 2004). В современном представлении разломообразование и землетрясения являются разномасштабными свойствами одной динамической системы – разломной зоны сдвига (Scholz, 2002). Пространственная приуроченность сильных землетрясений к зонам основных разломов, отмечаемая во множестве исследований, сыграла главную роль на начальном этапе развития глобальной тектоники плит – поскольку землетрясения происходят на границах между литосферными плитами и блоками, распределение их эпицентров использовалось для картирования этих границ, а фокальные механизмы дали информацию о движениях по отдельным разломам. Землетрясения являются следствием деформаций литосферы Земли и обычно ассоциируются с прерывистым скольжением по уже существующим разломам. Между разломной структурой и эпицентральным полем землетрясений установлена связь, используемая в линеаментно– доменно–фокальной модели сейсмического районирования территорий (Уломов, 1993; 2000;

Комплект…, 1999). Поскольку наиболее сильные землетрясения генерируются литосферными блоками высшего иерархического уровня (Садовский и др., 1987), то обусловленность их наиболее крупными разломами постулируется. В таком случае основные сейсмически активные разломы территории формируют доминантный образ и определяют карту общего сейсмического районирования. Некоторые детали и уточнения карты, связанные с разломами меньшей иерархии, существенно не меняют картины, полученной по материалам об основных разломах. В данной главе диссертации представлены результаты детального исследования сейсмичности на двух средних уровнях пространственной иерархии литосферы – в выделенных ранее сейсмически активных зонах и в пределах крупных разломов Монголии (на расстоянии 30 км от оси разлома), играющих ключевую роль при сейсмическом районировании территории МБР (Demjanovich et al., 2004).

По данным электронного каталога основных разломов Монголии и материалам о сейсмичности пяти активных зон землетрясений выполнен анализ сейсмического потенциала, пространственной структуры, распределения разломов по размерам и пространственной ориентировки, а затем определены параметры пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности на среднем уровне иерархии неоднородностей литосферы.

Повышенный уровень сейсмичности и реализация наиболее сильных землетрясений в Центрально-Монгольской и Западно-Монгольской разломных зонах обусловлены, вероятно, большей мощностью земной коры и литосферы. Проанализированы характеристики разломов и параметры генерируемой ими сейсмичности, указывающие на особенности и влияние неоднородностей в зонах разломов на пространственное распределение толчков и динамику сейсмического процесса. Установлено и параметризировано существенное воздействие афтершоковых последовательностей сильных землетрясений Монголии на структуру сейсмичности на среднем уровне иерархии неоднородностей литосферы МБР. Анализ пяти активных зон землетрясений Монголии указывает на сложную пространственно-временную и энергетическую структуру сейсмичности, формируемую преимущественно сильными землетрясениями и последовавшими за ними сериями афтершоков. Это свидетельствует о существенной роли групп землетрясений в сейсмичности Монголии и выдвигает проблему развития методов выделения и детального исследования группирующейся сейсмичности.

При анализе сейсмичности Прихубсугульской зоны землетрясений установлено, что основная сейсмическая деятельность происходит в пределах зон Бусийнгольского, Дархатского и Тункинского активных разломов. Максимальная концентрация эпицентров землетрясений формируется афтершоками сильного Бусийнгольского землетрясения 1991. Смещенное относительно оси разлома расположение эпицентров может характеризовать Бусийнгольский разлом как структуру западного падения.

Анализ сейсмичности Северо-Хангайской зоны землетрясений показал, что основная сейсмическая деятельность происходит в пределах зон Болнайского и Цэцэрлэгского активных разломов. Максимальная концентрация эпицентров землетрясений в зонах Болнайского и Цэцэрлэгского разломов наблюдается в западной их части и отражает, вероятно, повышенную неоднородность среды. Смещенное относительно оси разлома расположение эпицентров может характеризовать Болнайский и Цэцэрлэгский разломы как структуры с падением в северном направлении. Полученные параметры характеризуют зону Болнайского разлома как слабоактивную, несколько выше активность в зоне Цэцэрлэгского разлома. Зона Болнайского разлома характеризуется как территория с повышенным уровнем группируемости толчков, что отражает, возможно, релаксационные процессы катастрофических Болнайских землетрясений 1905 года, а в зоне Цэцэрлэгского разлома группируемость землетрясений незначительна.

При анализе сейсмичности Западно-Монгольской зоны землетрясений установлено, что основная сейсмическая деятельность происходит неоднородно в пределах зон Кобдинского, Урэг-Нурского и Тахийншарского активных разломов. Расположение эпицентров толчков характеризует Урэг-Нурский разлом как структуру с падением в южном направлении, а Тахийншарский разлом – в западном направлении. Падение зоны Кобдинского разлома субвертикально. Полученные параметры позволяют охарактеризовать зоны Урэг-Нурского (Рис.2), Кобдинского и Тахийншарского разломов как высоко и средне активные с повышенным уровнем группируемости землетрясений.

Рис.2. Динамика сейсмичности в зоне Урэг-Нурского разлома:

а. Схема потока толчков; б. Скорость потока толчков и график Беньофа;

в. Схема потока толчков по классам; г. Показатель группируемости толчков.

Анализ сейсмичности Южно-Монгольской зоны землетрясений показал, что основная сейсмическая деятельность происходит в пределах зоны Богдинского активного разлома.

Установленное расположение эпицентров толчков может характеризовать Богдинский разлом как широкую структуру с падением в южном направлении. Полученные параметры позволяют описать зону Богдинского разлома как средне активную с повышенным уровнем группируемости землетрясений, отражающим, вероятно, релаксационные процессы катастрофического Гоби-Алтайского землетрясения 1957 года.

При анализе сейсмичности Центрально-Монгольской зоны землетрясений установлено, что основная сейсмическая деятельность происходит в пределах зоны Могодского активного разлома. Расположение эпицентров толчков может характеризовать этот разлом как широкую структуру с падением в западном направлении. Полученные параметры позволяют классифицировать зону Могодский разлома как высоко активную структуру с повышенным уровнем группируемости землетрясений, обусловленным релаксационными процессами катастрофического Могодского землетрясения.

Результаты проведенных исследований показывают, что стадии неустойчивости очаговой среды обусловлены последействием сильнейших землетрясений, а моменты усиления неустойчивости верифицируются в резкой активизации скорости и энергетики сейсмического процесса. Наблюдаемая стадийность и системность сейсмического процесса на среднем уровне иерархии неоднородностей литосферы рассматривается как один из атрибутов механизма возвращения системы разломов-блоков в метастабильное состояние после главных землетрясений. Развитая методика и реализованные алгоритмы, полученные результаты и выводы обосновывают первое, второе и третье защищаемое положение диссертации и дают возможность детального исследования сейсмичности в зонах разломов МБР.

Глава IV. Динамика сейсмического процесса в очаговых зонах сильных землетрясений Монголо-Байкальского региона В первой части данной главы при изучении динамики сейсмического процесса в очаговых зонах сильных землетрясений МБР применен новый подход к анализу сейсмичности с использованием абсолютной величины энергии отдельных его событий, методика определения которой описана в работах (Потапов, Иванов, 2001; 2005). Поскольку параметры и характеристики исследуемой сейсмичности зависят от используемой классификации землетрясений по шкале магнитуд M и шкале энергетических классов KP, то использование полной энергии землетрясений, как независимой абсолютной энергетической шкалы, могло придать полученным результатам новое представление. Вместе с тем, полученные с помощью этой шкалы результаты достаточно близко согласуются с параметрами и характеристиками, определенными при использовании шкалы энергетических классов KP, с учетом того, что их энергетическое отличие составляет примерно 2 ед. лог. Был выполнен спектральный анализ изменения энергии, числа сейсмических событий и параметра во времени и установлено, что сейсмический процесс содержит широкий набор спектральных составляющих (Potapov Bayar, Dugarmaa, 2003). Совместный анализ этих зависимостей для локальных участков (дельта р.

Селенга, Южный Байкал и Прихубсугулье) и всей зоны позволил установить соответствие периодов повторяемости и энергии.

Получены оценки повторяемости сильных землетрясений в Байкало-Хубсугульской и Западно-Монгольской зоне за инструментальный период наблюдений. Для ЗападноМонгольской зоны выявлены периодичности событий: lg(T, лет)= 0.5 – с энергией