Зміст роботи - Характеристики сейсмічності і сейсмотектонічного процесу в зонах Карпатського регіону

У вступі розкрито актуальність і сформульовано мету та задачі досліджень, викладено основні наукові і практичні досягнення, наведено реалізацію і апробацію отриманих результатів.

Сейсмічність Карпатського регіону і фізико-інформаційний аналіз сейсмологічних характеристик землетрусів. Дано короткий опис сучасного стану вивченості сейсмічності та сейсмотектонічного процесу в Карпатському регіоні України і визначено актуальні задачі та основні напрямки досліджень, зокрема, щодо розробки методик підвищення точності визначення параметрів гіпоцентрів місцевих землетрусів, порівняльного аналізу та уніфікації різних магнітудних шкал, аналізу магнітуд конкретних землетрусів і більш детального вивчення на основі отриманих даних особливостей сейсмотектонічного процесу в окремих сейсмогенних зонах досліджуваного регіону із залученням до комплексного аналізу наявних геофізичних, геологічних, геодезичних та геоморфологічних даних.

Проведено фізико-інформаційний аналіз таких важливих характеристик землетрусів, як параметри гіпоцентрів (координати і глибина), енергетичні параметри (магнітуди, енергетичні класи, інтенсивності), а також аналіз різних способів їх визначення з оцінкою трудомісткості і точності отримуваних результатів. Спочатку проаналізовано різні способи визначень параметрів гіпоцентрів, включно з оцінкою їх точності та можливості реалізації при комп'ютерній обробці даних. Показано, що на основі одних тільки сейсмологічних даних важко досягти необхідної точності визначень, особливо у складних за глибинною будовою сейсмоактивних регіонах, зокрема, таких, як Карпатський. Необхідно враховувати, що дані отримуються на реально існуючій порівняно негустій мережі сейсмічних станцій. Для подолання вказаних труднощів запропоновано використати такі нові підходи і методики: 1) визначення і врахування усереднених часових нев'язок P - і S-хвиль по кожній станції і кожній сейсмоактивній зоні; 2) застосування для півдня Закарпаття і прилеглих територій Словаччини, Угорщини та Румунії (як однорідної за глибинною будовою літосфери території) розрахункових годографів сейсмічних хвиль, побудованих на основі усередненої за даними ГСЗ швидкісної моделі літосфери цієї території.

Наведено результати аналізу підходів до оцінки енергетичних характеристик землетрусів (магнітуд, енергетичних класів, інтенсивностей), а також взаємозв'язків між цими параметрами, зокрема, між магнітудами, які визначаються за різними типами сейсмічних хвиль з використанням різних магнітудних шкал. Визначено шляхи уніфікації регіональних магнітудних шкал, які спираються на дані розширеної регіональної мережі сейсмічних станцій, а також на використання цифрових сейсмічних даних.

В результаті проведеного аналізу визначено напрямки уточнення вказаних вище параметрів та їх застосування для поглибленого і більш детального вивчення сейсмічності і сейсмотектонічного процесу в Карпатському регіоні. землетрус сейсмоактивний карпатський

Параметри гіпоцентрів карпатських землетрусів. Описано розроблені і реалізовані автором нові методики уточнення параметрів гіпоцентрів землетрусів Карпатського регіону України та прилеглих територій Польщі, Словаччини, Угорщини і Румунії, наведено результати їх застосування для обробки сейсмічних даних по регіону.

Перший метод - це розрахунок на основі визначених кінематичних (часових) нев'язок для кожного землетрусу усереднених нев'язок по кожній станції і кожній сейсмоактивній зоні регіону і врахування цих усереднених нев'язок при ручній чи комп'ютерній обробці сейсмологічних даних. Станційні кінематичні нев'язки розраховувались комп'ютерним способом з використанням програми "Hypo", розробленої С. Т.Вербицьким і Ю. Т.Вербицьким, на основі Карпатського сейсмологічного годографа, побудованого О. М.Харитоновим, В. В.Кутас, О. П.Костюк, І. М.Руденською для цілого Карпатського регіону. До обробки залучено дані по 262 землетрусах регіону за 1988-2000 роки (всього 905 наборів даних). В результаті отримано середні значення станційних нев'язок для Р - і S-хвиль по 12-ти сейсмоактивних зонах регіону окремо для кожної з основних сейсмічних станцій Закарпаття, для 3-х з них - "Ужгород", "Н. Селище", "Тросник" ці дані проаналізовано детальніше. Розбиття регіону на окремі зони проводилось за тектонічною будовою і просторовим групуванням епіцентрів землетрусів, уточнення меж цих зон - за методикою Н. Кондорської, а розбракування вхідних даних - за графіками Вадаті.

В просторовій структурі визначених полів нев'язок, побудованих з використанням геоінформаційних технологій, проявляються як структури карпатського простягання, так і елементи діагонального північно-східного напрямку. Чітко проявляється також мозаїчність полів нев'язок Р - і S-хвиль, пов'язана з складною блоковою структурою літосфери регіону.

Результати врахування визначених усереднених по окремих сейсмоактивних зонах нев'язок при уточненні параметрів гіпоцентрів місцевих землетрусів такі: досягнуто помітного (до 3-11 км) уточнення координат гіпоцентрів і (до 0,3-0,9 с) часу в джерелі. Залишкові похибки по координатах здебільшого не перевищують 3,5 км (для Закарпаття), а залишкові часові нев'язки зменшились в середньому в 1,5 - 2 рази.

Інший метод - це застосування розрахункових годографів сейсмічних хвиль, розрахованих з використанням променевого методу на основі усереднених швидкісних моделей літосфери, побудованих за даними ГСЗ для відносно однорідних за глибинною будовою субрегіонів Карпатського регіону. Основною ідеєю цієї роботи було використати для побудови годографів дані ГСЗ про глибинний розподіл швидкостей пружних хвиль в літосфері регіону. Таким чином враховуються суттєві особливості глибинної будови окремих субрегіонів: Закарпаття, Карпат, Передкарпаття, Буковини, Волино-Поділля. Детально описано побудову такого годографа для Закарпаття, як найбільш сейсмоактивного субрегіону. Для розрахунків використано інформацію про швидкісну будову літосфери Закарпаття, отриману за даними ГСЗ по профілю РП-17 (В. Б.Соллогуб, А. В.Чекунов та ін.). Одержаний годограф умовно названо "Закарпатським розрахунковим" або "Мукачівським", оскільки для його побудови використано дані про швидкісну будову літосфери під Чоп-Мукачівською западиною.

На першому етапі роботи літосфера Закарпаття представлялася моделлю з чотирма шарами (осадовий шар, консолідований шар, "граніти" і "базальти") на півпросторі (мантія). В подальшому, модель було уточнено з врахуванням реального розподілу швидкостей в осадових породах за даними буріння (М. Петрашкевич, П. Лозиняк), а також наявності підзон зі зниженими швидкостями в "гранітах" і "базальтах". На основі цієї уточненої моделі побудовано сім'ю "Закарпатських розрахункових" годографів для різних глибин джерела (0, 3, 6, 10, 15, 20, 25, 33 км) для епіцентральних відстаней до 250-500 км (з кроком 5-10 км і точністю до 0,01 с).

Для прикладу, рівняння годографів вступів Р-хвиль для глибини джерела 6 км і різних епіцентральних відстаней мають такий вигляд: =0-4 км (пряма хвиля) - t=1,29(62+2)Ѕ/6 (с); =-4-10 км (хвиля, заломлена на покрівлі консолідованого шару) - t=(42+(-1,5)2)Ѕ/5,6+0,71 (с); =10-130 км (хвиля, рефрагована по покрівлі "гранітів") - t=(-8,5)/6,4+2,15 (с); =130-250 (500) км (хвиля, рефрагована по поверхні мантії) - t=(-52)/8,1 +11,49 (с), (t=/8,1+5,07 (с)).

З використанням отриманих годографів проведено перевизначення параметрів гіпоцентрів частини місцевих закарпатських землетрусів, в першу чергу тих, які відбулися в Чоп-Мукачівській западині. В результаті цієї роботи досягнуто значного уточнення координат гіпоцентрів і часу в джерелі для землетрусів Чоп-Мукачівської западини, по відношенню до аналогічних визначень з використанням стандартного усередненого Карпатського сейсмологічного годографа. Залишкові похибки по координатах у переважній більшості випадків не перевищують 0,22,0 км, а залишкові часові нев'язки зменшились до 0,050,2 с, тобто стали в 35 разів меншими, ніж за Карпатським сейсмологічним годографом. Це свідчить про кращу відповідність "Закарпатського розрахункового" годографа реальним умовам поширення сейсмічних хвиль у літосфері субрегіону. Значно надійніше визначаються також глибини гіпоцентрів землетрусів (шляхом перебору різноглибинних годографів за критерієм мінімізації часових нев'язок з подальшим уточненням шляхом комп'ютерної інтерполяції між сусідніми за глибиною годографами). Так, отримано значення глибин гіпоцентрів в межах 37 км на відміну від 3032 км, визначених для частини землетрусів при розрахунках за сейсмологічним годографом. Тим самим підтверджено зроблені за макросейсмічними даними висновки про неглибоке залягання гіпоцентрів закарпатських землетрусів. На основі встановленої в результаті проведеного аналізу подібності глибинної будови і швидкісних розрізів Чоп-Мукачівської западини і Паннонії, зроблено висновок, що даний годограф є ефективним для всього Паннонського регіону, включно з територіями Угорщини, півдня Словаччини і заходу Румунії.

Отримані результати свідчать про високу ефективність запропонованих методів уточнення параметрів гіпоцентрів карпатських землетрусів з використанням розрахункових годографів, побудованих за даними ГСЗ, і дозволяють на основі отриманих результатів значно деталізувати дослідження різних сейсмоактивних зон і навіть окремих сейсмогенеруючих розломних структур регіону, отримуючи важливу і актуальну інформацію для вивчення регіональної та локальної геодинаміки і сейсмотектонічних процесів.

Енергетичні характеристики землетрусів Закарпаття. Проведено загальний огляд енергетичних характеристик землетрусів Закарпаття і способів їх визначення. Виконано порівняльний аналіз магнітуд МD і МSH для землетрусів Закарпаття. Зазначимо, що раніше для визначення магнітуд МD землетрусів Карпатського регіону використовувалася формула А. Маламуда, виведена для Середньої Азії. Було проведено дослідження кореляційних зв'язків між магнітудами МD і МSH з використанням методу найменших квадратів. В результаті одержано формулу кореляційної залежності між ними, яка має вигляд:

MSH = 0,32 + 0,64 MD.(1)

При виводі формули (1) до статистичної обробки було залучено дані по 83-х землетрусах, для яких були відомі понад 450 пар станційних значень магнітуд. Виведена формула рекомендована до використання на етапі експрес-аналізу місцевих землетрусів, записаних цифровими сейсмічними станціями. Формула використовується для переходу від однієї магнітуди до іншої і доповнення при укладанні регіонального каталога сейсмічних подій. Аналіз результатів визначення магнітуд з врахуванням кореляційної залежності (1) показав, що отримувані на різних станціях оцінки МD і МSH для різних землетрусів краще узгоджуються між собою, ніж у випадку використанням тільки формули А. Маламуда.

Спеціальна перевірка на незалежній виборці порівняно сильніших землетрусів (31 землетрус) показала, що формула (1) так само добре працює на даних, які не були включені в навчальну виборку для визначення коефіцієнтів кореляційної залежності. Відхилення між визначеними за даною формулою магнітудами МD і МSH виявилися в 6 разів меншими, ніж при використанні тільки формули А. Маламуда і не перевищують в середньому 0,1 одиниць магнітуди, що свідчить про ефективність формули (1).

Оскільки результати досліджень показали, що визначені за формулою А. Маламуда магнітуди МD місцевих землетрусів статистично не зрівноважені з магнітудами МSH, було поставлено задачу розробити уніфіковану з шкалою МSH регіональну шкалу магнітуд MD. Таку уніфіковану регіональну шкалу магнітуд MD, статистично зрівноважену з шкалою магнітуд МSH створено на основі формули (1) і формули А. Маламуда. Її формула має вигляд:

MD = 1,38 + 1,71 lg D(2)

Проаналізовано відображувані формулами (1) і (2) регіональні особливості співвідношень довжин сейсмічного запису D і амплітуд S-хвиль АS для землетрусів Закарпаття. В результаті порівняльного аналізу цих співвідношень для Закарпаття і Середньої Азії встановлено, що при однаковій довжині сейсмічного запису D середні амплітуди S-хвиль *АS В Карпатському регіоні в 1,3-2,38 раз нижчі, ніж у Середній Азії. Це значить, що землетруси Закарпаття характеризуються "м'якшим" сейсмічним випромінюванням у порівнянні з землетрусами Середньої Азії.

Особливості сейсмотектонічного процесу в сейсмогенних зонах Карпатського регіону за комплексом геофізичних даних. Розглянуто фізико-інформаційні особливості комплексної інтерпретації сейсмологічних, геолого-геофізичних і геодезичних даних. При цьому основну увагу зосереджено на зв'язку цих даних з різними фізичними явищами і часово-просторовими варіаціями геофізичних полів, які супроводжують геодинамічні процеси. Напрацьовані в результаті такого аналізу підходи і методики застосовано для комплексного аналізу геодинаміки конкретних сейсмоактивних територій.

Однією з таких досліджених територій є Буковина. По цьому субрегіону до комплексного аналізу залучено найновіші дані про глибинну будову літосфери регіону, отримані ЗУГРЕ (П. М.Шеремета та інші) за даними комплексних (в першу чергу сейсмічних) досліджень по регіональному профілю РП-5 (г. Чивчин - с. Диновці) у 2000 році. На цьому профілі чітко простежуються потужні карпатські насуви, які простягаються тут від самого кордону України з Румунією до зони Передкарпатського глибинного розлому. В зоні поверхні основного насуву вони утворюють (за даними площівних сейсморозвідувальних робіт) цілу серію складок субкарпатського простягання. Поверхня основного насуву плавно піднімається від району г. Чивчин до зони Передкарпатського розлому з глибини близько 10 км до глибини 4 км. Піднасувні структури фундаменту розбиті глибинними розломами субкарпатського простягання на ряд блоків, зміщених по вертикалі один відносно одного на сотні метрів і перші кілометри.

Для дослідження розподілу сейсмічної активності по окремих детально вивчених тектонічних структурах земної кори Буковини було проведено уточнення значень параметрів гіпоцентрів місцевих землетрусів. При цьому для розбракування вхідної інформації використовувалися графіки Вадаті, а для уточнення глибин гіпоцентрів - еліпсоїди нев'язок. Відповідні методики детально описані в розділі 2, де вони застосовані для уточнення параметрів гіпоцентрів землетрусів Закарпаття. При зіставленні уточнених гіпоцентрів землетрусів субрегіону з профілем РП-5 виявлено, що більша частина цих гіпоцентрів локалізується на глибинах 20-33 км і саме в зонах субвертикальних розломів субкарпатського простягання, якими розбиті піднасувні тектонічні структури земної кори субрегіону. Деяка частина землетрусів з меншою глибиною гіпоцентрів локалізується в зоні різноглибинних поверхонь карпатських насувів.

Аналіз особливостей сейсмічного випромінювання буковинських землетрусів показав, що тут наявні події з різним співвідношенням амплітуд об'ємних хвиль до довжини коди, причому землетруси з відносно вищими амплітудами об'ємних хвиль, тобто з більш "жорстким" і високочастотним випромінюванням, в основному, приурочені до більш глибинних субвертикальних розломів і до більших (20-33 км) глибин.

На підставі комплексного структурно-сейсмотектонічного аналізу наведених даних зроблено висновки щодо підвищеної нафтогазоперспективності зон сейсмотектонічно активних структур, оскільки сейсмоактивні розломні структури є, як правило, сильно порушеними, і можуть служити як каналами підводу вуглеводнів (в першу чергу субвертикальні розломи і поверхні насувів), так і пастками-колекторами (зокрема, пов'язані з розломними зонами антиклінальні, тектонічно екрановані та інші структури в зоні насувних скиб і складок).

Іншою сейсмоактивною зоною, для якої в роботі проведено комплексний геодинамічний аналіз, є зона Берегівського горбогір'я в Закарпатті. Цю зону вибрано для аналізу завдяки її дуже добрій вивченості геофізичними (сейсмологічними, ГСЗ, геоакустичними, деформометричними, геотермічними та ін.), геологічними (поверхневими, штольневими, шахтними, буровими (у зв'язку з розвідкою і освоєнням Берегово-Мужієвського золотополіметалевого родовища)), геодезичними (повторне нівелювання) і геоморфологічними методами. А оскільки ця зона є порівняно досить сейсмоактивною (тільки протягом останніх 100 років тут відбулося три землетруси силою до 6,5-7 балів (1931, 1965, 1977 рр.)), такий аналіз є важливим не тільки з наукової, а й з економічної та геоекологічної точок зору.

Результати проведеного аналізу показали наступне. У тектонічному відношенні досліджувана зона знаходиться в районі перетину глибинного субкарпатського Припаннонського і меридіонального Берегівського розломів. В структурі фундаменту (В. В.Глушко, С. С.Круглов) тут виділяється ряд горстових піднять (Берегівське, Велико-Беганське, Косинське), які тягнуться ланцюжком вздовж північно-східного борту Припанонського розлому і в плані співпадають з ланцюжком горбогір'їв. В геологічній структурі Берегівського горбогір'я (О. М.Колодій, О. І.Матковський та ін.) виділяється ряд купольних піднять (гора Мужієвська (Велика Берегівська)) і вулканічних масивів (гора Ардово та інші). Купольна структура гори Мужієвської на південному і західному схилах порушена рядом розривів скидо-розсувної кінематики, які своїми коренями тяжіють до Припанонського (південний схил) і Берегівського (західний схил) розломів. Кінематика цих розривів підтверджена як геологічно (результатами буріння) так і аналізом флюїдного режиму гідротермальних процесів (З. І.Ковалишин, М. Д.Братусь), який спричинив тут формування Мужієвського (південний схил) і Берегівського (західний схил) золотополіметалевих родовищ. Очевидно, причиною виникнення горбогір'я є глибинні магматичні (судячи з наявності вулканічних порід) і геотермічні та гідротермальні процеси. За даними Р. І Кутаса тепловий потік тут досягає 110 мВт/м2, крім того в зоні вершини гори спостерігається різка глибинна теплова аномалія. Механіка літосфери при таких процесах детально вивчена шляхом математичного моделювання (В. В.Шевчук, І. С.Кузь). Горбогір'я відзначається значною активністю сучасних геодинамічних процесів, що підтверджено результатами геодезичних (В. І.Сомов, О. Г.Юркевич), деформографічних (О. Г.Юркевич, Л. О.Латиніна) і геоакустичних (Т. З.Вербицький, Б. Д.Бойко, А. В.Назаревич) досліджень. Зокрема, за результатами геодезичних досліджень весь район зазнає вираженого склепіннєвого підняття величиною 0,7-1,5 мм/рік, особливо активного в зоні гори Мужієвської, а за результатами геоакустичних досліджень, які проводились в зоні одного з геодинамічно активних розривів на південному схилі гори, зареєстровано ряд різких аномалій - провісників місцевих землетрусів. Проведена нами спільно з А. В.Назаревичем геомеханічна інтерпретація цих аномалій з залученням геологічних та геоморфологічних даних (побудованої з використанням ГІС-технологій об'ємно-просторової моделі рельєфу Берегівського горбогір'я) показала, що під час активізації місцевого сейсмотектонічного процесу купольна структура гори зазнає випучування в центрі з провисанням крайових зон і з концентрацією в зоні скидових розривів субвертикальних розтягуючих тектонічних зусиль.

Наступним етапом нашого аналізу було зіставлення сейсмологічної інформації про Берегівський землетрус 24.10.1965 р., гіпоцентр якого знаходився в районі м. Берегове на глибині близько 5 км (Є. М.Василенко, А. І.Іващук, О. М.Бокун, О. П.Костюк, В. І.Сомов, В. В.Скаржевський), з найновішими даними (М. Г.Приходько та ін., 1999 р.) про активні в неогені розривні порушення в районі Берегівського горбогір'я. Спочатку на основі сейсмологічних даних за допомогою сучасних ГІС-технологій і з використанням програмного пакету "Surfer" нами побудовано детальну карту макросейсмічного поля цього землетрусу, що дало змогу виявити його складний просторовий характер. Зіставлення отриманого поля з даними М. Г.Приходька дозволило зробити висновок, що така складна просторова картина макросейсмічного поля землетрусу корелює з дрібноблоковою структурою району Берегівського горбогір'я. Зокрема, зона максимальних струшувань вказаного землетрусу (6,5 бала) знаходилась на північно-східній, східній і південно-східній околицях м. Берегове, тобто якраз в зоні Берегівського меридіонального розлому. За макросейсмічними даними в коливаннях високих споруд спостерігалась виражена схід-західна компонента, тобто компонента, спрямована поперек цього розлому. А за даними повторних нівелювань (О. Г.Юркевич, Б. І.Волосецкий, М. С.Зяблюк) під час даного землетрусу відбулися помітні взаємні переміщення двох сусідніх блоків земної кори, розділених Берегівським меридіональним розломом: блок Берегівського горсту (розташований під горбогір'ям) піднявся щонайменше на 1,5 мм, а блок Берегівської депресії (в межах якого знаходиться саме місто) зазнав опускань величиною до 2 мм. Виходячи з наведених сейсмологічних та геодезичних даних, а також враховуючи встановлену за результатами описаного вище комплексного геофізичного аналізу кінематику відповідних розломних структур, нами зроблено висновок, що механізм вогнища Берегівського землетрусу 1965 р. був скидо-розсувного типу, і цей скидо-розсув, спричинений місцевим купольнотектонічним процесом, реалізувався на Берегівському меридіональному розломі.

В кінці дисертації наведено основні результати досліджень і зроблено узагальнюючі висновки.

Зміст роботи - Характеристики сейсмічності і сейсмотектонічного процесу в зонах Карпатського регіону

Похожие статьи