Зайсанское землетрясение 14 июня 1990 г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 550.348.436

Зайсанское землетрясение 14 июня 1990 г.

А. Нурмагамбетов, А. Садыков, А.В. Тимуш,

М.С. Хайдаров, А.А. Власова, Н.Н. Михайлова,

М.М. Сабитов, А. Умирзакова, В.А. Гапич

Землетрясение произошло в пределах считавшейся слабоактивной в сейсмическом отношении Зай-санской впадины. По отношению к структурам домезозойского фундамента эпицентральная зона расположена на границе ранне- и позднегерцинской областей в Зайсанской герцинской складчатой системе [1], для которой характерна высокая подвижность в фанерозое, приведшая к формированию сближенных субпараллельных зон разломов.

Изучение новейших тектонических деформаций Зайсанской впадины показывает, что крупные разрывные дислокации фундамента продолжали определять ее развитие и на этом этапе. Начало формирования новейшей структуры региона относится к палеоцен-эоценовому времени. Наиболее интенсивные движения происходили в позднем миоцене, на рубеже плиоцена и плейстоцена, а также в начале среднего плейстоцена.

На севере граница впадины контролируется отчетливо выраженными в рельефе тектоническими уступами смежного Южно-Алтайского поднятия (рис. 1). Амплитуда вертикального смещения в зоне контролирующих разломов по простиранию меняется от 200 до 500 м. Отложения палеогена вдоль уступа смяты в полосе шириной до 300 м, что отражается в крутом (до вертикального) падения пластов то в северном, то в южном направлении.

Одним из важнейших структурных швов Зайсанской впадины является Северо-Зайсанский разлом, выделенный ранее В.С.Ерофеевым [2]. На юго-востоке он отчасти совмещается с системой разрывов, составляющих Западно-Калбинский разлом, но в северном Призайсанье предопределяющая роль переходит к трассирующейся сюда зоне Байгузин-Булакского разлома [3]. Восточнее оз.Зайсан основной ствол разлома фиксируется Южно-Акжонским уступом, ограничивающее с юга Акжон-Актобинское поднятие с выходами пермских гранитоидов. В рельефе уступ прослеживается от оз.Менпаксор на запад до 4 км. Далее разлом, выраженный уступом цоколя, прослеженным сейсморазведкой, поворачивает на северо-запад, очевидно наследуя аналогично простирающийся сдвиг, секущий Керши-Караберикскую морфост-руктуру. Амплитуда новейших вертикальных перемещений у оз.Менпаксор составляет 600 м, но к месту пересечения с р.Черный Иртыш уменьшается до 400 м. У южного подножья Караберикской структуры разлом вновь меняет направление ближе к западному и следует вдоль северного берега оз.Зайсан.

В приразломной зоне его северного крыла оформился ряд небольших поднятий, наиболее значительной из них является структура Шакельмес с выходами пород цоколя, где они находятся в тектоническом контакте с отложениями палеогена, причем пласты последних поставлены вертикально и даже запрокинуты к югу. Признаки приразломного смятия отмечены также у мыса Бакланьего, где палеоген-неогеновые осадки падают на юг под углом 20-25°. Западнее с.Карагандыколь разлом трассируется морфологическим уступом протяженностью 25-30 км, тектоническая природа которого подтверждается бурением [2].

В целом новейшая структура северо-восточной части Зайсанской впадины отражает реакцию гетерогенного фундамента на субмеридиональное сжатие, о котором свидетельствуют элементы новейших структур, среди этих элементов доминируют взбросы, взбросо-сдвиги и надвиги. К подобным признакам относятся и приразломные поднятия, сопровождающие основные тектонические швы северо-западного направления. Интенсивность новейших деформаций свидетельствует о значительных тектонических напряжениях, которые могут принять характер сейсмотектонического процесса, что нашло выражение в Зайсанском землетрясении 14 июня 1991 г.

Основные параметры Зайсанского землетрясения и его сильных повторных толчков определены по данным сети станций Казахстана, Киргизии, Алтае-Саянской ОМСЭ ИГиГ СО АН СССР, Сейсмологического бюро Синьцзян Уйгурского автономного района, ОМЭ ИФЗ АН СССР (табл. 1). землетрясение тектонический сейсмический толчок

После первого толчка в эпицентральной зоне были установлены временные станции, оснащенные аппаратурой разного типа, что позволило с большей степенью надежности определить параметры последующих толчков.

За период с 15 июня по 10 ноября было зарегистрировано 464 землетрясения, подавляющее большинство которых являются афтершоками происшедшего сильного землетрясения.

Основная масса афтершоков сосредоточена в эпицентральной зоне главного толчка в полосе шириной около 15 км, протянувшейся в северо-западном направлении на 40-45 км. Большая часть афтершоков находится на глубине 25-35 км и лишь единичные очаги -- на глубинах 15 и 40 км. Следует отметить, что уровень афтершоко-вой активности Зайсанского землетрясения очень низок по сравнению с другими землетрясениями подобной магнитуды.

Динамические параметры основного толчка, определенные по записям ЧИСС "Талгар" (КСЭ ИФЗ АН СССР) с использованием сейсмической коды [4], следующие: сейсмический момент Мо- 3.3-1016Н-м,

Таблица 1. Основные параметры главного толчка Зайсанского землетрясения и сильных повторных толчков

Очаговый спектр афтершоков 3 августа 1990 г. так же, как и главного толчка, имеет простую форму I типа, т.е. с одной угловой частотой. Сейсмический момент, угловая частота, сейсмическая энергия равна соответственно 2.8·1015 Н·м, 1.2 Гц, 2.5·1015 Дж. Длина очага, по Бруну, равна 2.2 км, кажущееся напряжение - 3200· 1015Па, или 3.2 кбар. Такая величина напряжения аномально высока. Если при первом землетрясении можно предполагать подвижку по готовому разрыву (540 бар), то при повторном толчке речь может идти только о разрушении цельного материала, т.е. об образовании свежего разрыва.

Рис. 1. Схема неотектоники Зайсанской впадины и прилегающих районов 1-6 -- области различного режима движений: 1 -- поднятия различной интенсивности в течение палеогена-плейстоцена, 2 -- опускания в тот же период, 3 -- опускания в течение миоцена-плейстоцена, 4-6 -- дифференцированные движения (4 -- опускание в палеогене и поднятия с миоцена, 5 -- опускание в палеогене-миоцене и поднятие с миоцена, б -- опускание в палеогене-плиоцене и поднятие с раннего плейстоцена); 7 -- интенсиность движений в изогипсах (км) эпигерцинской поверхности выравнивания, 8 -- разломы: штрих пунктир -- Северо-Зайсанский, сплошная и штриховая линии -- остальные (достоверные и предполагаемые под чехлом); 9 -- эпицентр Зайсанского землетрясения угловая частота f0 = 0.28 Гц, сейсмическая энергия E = 6.3·Я015 Дж. При скорости распространения поперечной волны 3.5 км/с радиус очага Зайсанского землетрясения соответствует 5 км, длина очага 2r = 10 км. Кажущееся напряжение равно 540·105 Па, или 540 бар.

Третий по силе афтершок Зайсанского землетрясения 27 сентября записан ст."Талгар" уверенно. Его динамические параметры следующие: момент Мо ? 6.3·10 дин-см, угловая частота f0 ? 1.2 Гц, Е ? 5.0·1015 Дж, кажущееся напряжение зц ? 250 бар. Последняя величина свидетельствует о снижении напряжений в очаговой зоне и подвижке по готовому разлому.

Механизм очага Зайсанского землетрясения и сильных повторных толчков определен с привлечением тех же материалов, которые участвовали в определении основных параметров землетрясений. Графическое изображение механизмов очагов для нижней полусферы приведено на рис. 2, результаты определения - в табл. 2.

В определении параметров механизма очага основного толчка учитывались данные 124 станций, последующих - 89 и 30 соответственно. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в очаге главного толчка произошел сдвиг с очень незначительной взбросовой компонентой по падению плоскостей, одна из которых имеет северо-восточное простирание, другая -- северо-западное. Оси напряжения сжатия и растяжения близгоризонтальны с близмеридиональной ориентацией сжатия и близширотной -- растяжения.

Привлекая материалы других наблюдений, можно предположить, что разрыв произошел по плоскости северо-западного простирания и характеризуется пространственным сдвигом.

Механизм очага землетрясения 3 августа подобен предыдущему с несколько иной ориентацией оси растяжения и промежуточного напряжения. Афтершок 27 сентября отличается по механизму от двух предыдущих сильных землетрясений. В очаге произошел сбросо-сдвиг.

Движения почвы были зарегистрированы сетью станций сильных движений. Основная группа станций при первом толчке была сконцентрирована в пределах эпицентральных расстояний 700-800 км, и на 11 из них имеются записи скорости колебания почвы по двум горизонтальным компонентам, полученные на установках ИСО-11М+С-5-С. На территории Алма-Аты получены также записи ускорений на установках РУА (регистратор ускорений автоматический), созданных на базе типовых акселерографов АПТ и предназначенных для регистрации "средних" ускорений по трем компонентам. При главном толчке были зарегистрированы колебания в фазе поперечных и поверхностных волн. Самые слабые колебания, в несколько раз слабее ожидаемых расчетных значений, зарегистрированы станциями "Саты", "Бартогай”, “Курам”. Самые интенсивные колебания, превышающие расчетные в 4-7 раз, наблюдались на алма-атинской группе станций ("Абая", "Аль-Фараби", "Ионосфера"). Особенности сейсмических колебаний при Зайсанском землетрясении представляют определенный интерес, поскольку длиннопериодные колебания при слабых и средних по силе землетрясениях обычно не наблюдаются, но они могут проявиться при достаточно сильных близких землетрясениях.

Сразу же после первого толчка в эпицентральной зоне были установлены приборы сильных движений. На пункте сильных движений "Буран" (расстояние от эпицентра главного толчка 19 км) для второго сильного землетрясения 3 августа прибором ИСО-ПМ+С-5-С была получена запись по двум горизонтальным компонентам с чувствительностью 0.1 с.

На рис. 3 представлена велосиграмма по компоненте E-W. Измерения показали, что максимальная амплитуда колебательной скорости составила 11.4 см/с на периоде 1.2 с. Длительность участка "больших" амплитуд равна 2 с. Велосиграмма по компоненте E-W была оцифрована и обработана по программам, составляющим систему автоматизированной обработки записей сильных движений. Были рассчитаны спектры реакции в терминах ускорения, скорости и смещения. Максимум в спектре ускорения наблюдался на периоде 0.2 с. Интерпретация полученных данных с точки зрения связи инструментальных характеристик с макросейсмическими показала, что значение максимального ускорения 115 см/с2 по расчетной акселерограмме, согласно работе [5], соответствует 7 баллам. Значение скорости 11.4 см/с соответствует верхней границе интервала колебательных скоростей для 6 баллов.

Таблица 2. Параметры механизмов очагов

Рис. 2. Графическое изображение механизмов очагов землетрясений 1 -- модальные линии волн Р; 2 -- оси сжатия, растяжения; 3 -- область волн сжатия; 4 -- проекции очага землетрясения

Рис. 3. Велосиграмма сильного повторного толчка 3 августа

Таким образом, исходя из имеющейся записи, можно утверждать, что в эпицентральной области землетрясения 3 августа имело место эффекты интенсивностью в 6-7 баллов.

Макросейсмическое обследование проводилось со стороны Казахстана и СУАР КНР. Обработка данных и оценка интенсивности сотрясений проводились независимо в Алма-Ате и Урумчи.

Средняя интенсивность сотрясения определялась по шкале MSK-64. Следует отметить, что во всех населенных пунктах (и со стороны Казахстана, и СУАР КНР) преобладают постройки из местных строительных материалов (саман, бутовый камень).

С наибольшей интенсивностью землетрясение проявилось в населенных пунктах Рожково и Бакасу, находящихся соответственно в 22 и 37 км южнее эпицентра, где сила сотрясений достигала 8 баллов. Во многих саманных и каменных зданиях наблюдались повреждения в виде сквозных трещин и проломов в стенах, обрушения отдельных частей зданий, полное обрушение внутренних стен, кирпичных печей. Отдельные строения указанного типа были полностью обрушены.

Всего было обследовано 185 населенных пунктов (табл. 3). На рис. 4 приведена карта изосейст Зай-санского землетрясения. Все изолинии имеют эллипсовидную форму и вытянуты в северо-западном направлении.

По макросейсмическим данным были оценены некоторые параметры очага и среды. При I0 = 8 баллов коэффициент затухания v0 = 3.7, а глубина очага h = 30 км, что в пределах точности хорошо согласуется с инструментальными данными [6].

Аналогичную оценку глубины очага дает использование макросейсмической палетки Н.В.Шебалина [6]. Определение макросейсмической магнитуды проводилось в соответствии с методикой, предложенной Т.Г.Раутиан [7]. Величина ММ оказалась равной 7.2.

Оценка горизонтальной протяженности очага 1Х по макросейсмическим данным lx=dlmax- dlmin = =70 км, где dlmax и dlmin - максимальный и минимальный диаметры первой изосейсты.

Таблица 3. Макросейсмические данные о землетрясении 14 июня

Рис. 4. Карта изосейст Зайсанского землетрясения. Сост. А. Нурмагамбетов, А.Садыков, Бэ Мыцян, Т. Абаканов, А.В. Пак, М.М.Сабитов, Б.Д. Джумагалиев

Афтершоковая последовательность изучалась по материалам полевых сейсмических станций, оснащенных аппаратурой разного типа. Система регистрации землетрясений состояла из трех телеметрических и трех временных полевых станций регионального типа.

За период работы эпицентральной экспедиции с 15 июня по 10 ноября 1990 г. было зарегистрировано 464 повторных толчка. На рис. 5 показаны эпицентры повторных толчков, для которых определены параметры очага. Основная их масса сосредоточена в эпицентральной зоне происшедшего землетрясения в полосе шириной примерно 15 км, протянувшейся в северо-западном направлении на 40-45 км. Подавляющее большинство афтершоков находится на глубине 25-35 км и лишь единицы -- на 15 и 10 км. При этом самые глубокие из них приурочены в основном к центральной части скопления, т.е. очаговая зона землетрясения по глубине (по линии А-А') имеет вид трапеции (рис. 6).

Рис. 5. Карта эпицентров афтершоков Зайсанского землетрясения по данным локальной сети 1 -- балльность; 2 -- изосейста; 3 -- область афтершоков 7 -- энергетический класс; 2 -- глубина, км; 3 -- телеметрическая станция; 4 -- профиль А-А'

Рис. 6. Распределение афтершоков по глубине вдоль линии А-А'

Рис. 7. Пространственно-временной график распределения афтершоков

1 -- энергетический класс; 2 --глубина, км; 3 --- пространственно-временные полосы миграции эпицентров

Рис. 8. Изменение глубин афтершоков во времени

Анализ пространственно-временной эволюции повторных толчков показывает, что практически все землетрясения возникли группами, причем периоды активизации чередовались с периодами покоя (рис. 7). Всего отмечалось шесть периодов повышения активности. Кроме того, во многих случаях наблюдалась миграция афтершоков в юго-восточном направлении. В период с 23 июня по 19 июля отмечается семь пространственно-временных миграционных полос, при этом, за исключением одного случая, миграция эпицентров начинается с северо-западного фланга очаговой зоны и происходит в юго-восточном направлении. При этом скорость миграции колеблется в пределах от 4 до 50 км/сутки.

На рис. 8 приведен график изменения во времени глубин очагов повторных толчков, на котором видно "всплывание" или "погружение" очагов по вертикали с периодичностью 5-7 сут. Сопоставление этих данных с изменением количества микротолчков показывает, что "погружению" очагов соответствует увеличение количества микротолчков и наоборот.

Литература

1. Щерба Г.Н., Дьячков Б.А., Нахтигаль Г.П. Металлогения рудного Алтая и Калбы. Алма-Ата: Наука, 1984. С.5-47.

2. Ерофеев B.C. Геологическая история южной периферии Алтая в палеогене и неогене. Алма-Ата: Наука, 1969. 166с.

3. Тектоническая карта области палеозойских складчатостей Казахстана и сопредельных территорий. Масштаб 1 : 1500000 / Под ред. А.А.Абдулина, ЮА.Зайцева. 1976.

4. Раутиан Т.Г., Халтурин В.И., Закиров М.С. и др. Экспериментальные исследования сейсмической коды. М.: Наука, 1981. 142 с.

5. Аптикаев Ф.Ф., Шебалин Н.В. Уточнения корреляций между уровнем макросейсмического эффекта и динамическими параметрами движения грунта // Исследования по сейсмической опасности. М.: Наука, 1988. С.98-108. (Вопр. инж. сейсмологии; Вып. 29).

6. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г./ Отв. ред. Н.В.Кондорская, Н.В.Шебалин. М.: Наука, 1977.535с.

7. Раутиан Т.Г. Макросейсмическое проявление землетрясений и очаговые спектры// Колебания грунта и сейсмический эффект при землетрясениях. М.: Наука, 1982. С.74-81. (Вопр. инж. сейсмологии; Вып. 23)

Размещено на Allbest.ru