Сильные землетрясения
 Карты эпицентров
 Механизмы очагов
 Районирование

О механизмах очагов землетрясений Прибайкалья

 Механизмы очагов землетрясений 2020

 Механизмы очагов землетрясений 2021

Механизм очага землетрясения является одним из важнейших параметров, характеризующих сейсмическое событие. В современной сейсмологии он связывается с внезапной подвижкой горных пород, сопровождающейся излучением сейсмических волн по поверхности ослабленной прочности, и отражает одновременно пространственную ориентацию осей главных напряжений, возможных плоскостей разрывов и подвижек в очаге землетрясения.

История изучения механизма очага началась в начале 20-го века, когда профессор Сида из университета г. Киото (Япония) обнаружил, что на станциях, расположенных по разные стороны от эпицентра землетрясения, первые импульсы на сейсмограммах являются разнонаправленными и подчиняются некоторой закономерности. В разных азимутах первые смещения на сейсмограмме показывают либо направленность от очага (сжатие на станции, или плюс), либо к очагу (растяжение на станции, или минус). Как правило, распределение импульсов противоположного знака позволяет провести две перпендикулярные линии, отделяющие области расширения (растяжения) от областей сжатия (модель двойного диполя). Эти линии получили название нодальных. Более того, достаточно закономерно "ведет себя" и амплитуда первых смещений: чем ближе станция расположена к нодальной линии, тем меньше амплитуда. Таким образом, нодальные линии образуют 4 квадранта, соседние квадранты имеют разные знаки вступлений, а противоположные - одинаковые.

В качестве входной информации используются, главным образом, знаки первых вступлений продольных волн (Р). Выделить знаки вступлений поперечных волн (S) на фоне коды Р-волн гораздо труднее. Кроме того, при определении механизма очага можно использовать отношения амплитуд разных типов волн (SV/P, SH/P, SV/SH).

Чтобы объяснить наблюдаемое распределение полярности первых вступлений сейсмических волн по азимуту, было предложено несколько теоретических моделей очага с разными системами сил, действующих в точечном источнике. Теория излучения упругих волн точечным источником начала разрабатываться еще в 19-ом столетии (теория упругости Лява); в сейсмологии основы теории сейсмических источников заложил Накано в 1923 г. [Nakano, 1923] (см. также [Maruyama, 1963, 1966, 1973]). Основными типами точечных источников являются: сосредоточенная сила, диполи (двойная сила) и центр расширения. Последний тип фактически не применим к тектоническим землетрясениям, т.к. механизм процесса разрушения в очаге представляется скольжением в плоскости разрыва (разлома). Многочисленные работы [Byerly, 1955; Hodgson, 1957; Honda, 1957, 1962; Кейлис-Борок, 1950; Введенская, 1969] показали, что источник типа двойного диполя (комбинация двух диполей) с моментом или без момента наилучшим образом удовлетворяет наблюденным данным.

Силовая модель очага землетрясения - двойная пара сил и диаграмма направленности для Р волн.

При стандартных построениях механизмов очагов региональных землетрясений используется картина полярности первых вступлений объемных сейсмических волн, записанных станциями региональных сетей [Введенская, Балакина, 1960; Балакина и др.,1972]. В случае сильных землетрясений параметры механизма очага восстанавливаются также с помощью моделирования длиннопериодных телесейсмических записей (см. напр. the Harvard Centriod Moment Tensor catalogue CMT http://www.Seismology.harvard.edu/CMTsearch.html)

При графическом изображении механизма очага землетрясения, последний представляется сферой единичного радиуса с центром в очаге. Учитывая центральную симметрию принятой теоретической картины излучения, при расчетах используют, как правило, половину фокальной сферы (верхнюю или нижнюю). Все точки, лежащие на верхней или нижней полусфере, проектируются на экваториальную стереографическую проекцию градусной сети шара, проходящую через центр последнего. В практике сейсмологических наблюдений используются, обычно, или равноугольная проекция (сетка Вульфа) или равноплощадная (сетка Шмидта).

Равноугольная сетка Вульфа

Экспериментальные данные (знаки первых вступлений объемных волн на записях сейсмических станций) наносятся на сетку, например Вульфа, и в случае соответствия наблюденных данных модели двойного диполя эти знаки легко разделяются двумя ортогональными нодальными линиями на квадранты (темные соответствуют областям волн сжатия, светлые - растяжения). Таким образом, в очаге землетрясения имеем две возможные плоскости разрывов. Очевидно, что одна из них является проекцией истинной плоскости разлома, по которой произошла подвижка. Вторая плоскость - вспомогательная. Выбор наиболее вероятной плоскости разлома из двух нодальных - отдельная задача, рассмотрение которой выходит за рамки этого раздела. Отметим только, что косвенными признаками, помогающими выбрать ту или иную плоскость в качестве разломной, могут служить геологическая информация (выход разрыва на поверхность Земли, наличие разломов с аналогичной геометрией и пр.) и данные об ориентации поля афтершоков, форма первых изосейст и т.д. Каждая плоскость характеризуется простиранием и углом падения. Простирание (STK от англ. strike) может варьировать от 0 до 360 , падение (DIP) от 0 (горизонтальная плоскость) до 90 (вертикальная). Направление смещения по разлому определяется через угол (RAKE) между простиранием и вектором подвижки (SLIP). Пределы его изменения: от 0 до +/- 180 . Плюс указывает на поднятие висячего крыла разрыва, минус - на его опускание. Смещение может происходить по простиранию разломной плоскости (сдвиг) или по падению (сброс, взброс). В первом случае значение RAKE близко к 0 или 180 (т.е. направление смещения параллельно простиранию плоскости), во втором к 90 . Стереограммы механизмов очагов, соответствующие основным типам смещений по разломам показаны на рисунке. Но чаще всего решение механизма очага представляет собой сочетание основных типов (например, сбросо-сдвиг, сдвиго-взброс и т.д.). Очень редко встречаются так называемые взрезы - тип смещений, при которых происходит вертикальное движение блоков друг относительно друга по вертикальной плоскости.

Типы смещений по разломам и соответствующие им стереограммы фокальных механизмов

Помимо нодальных плоскостей механизм очага показывает ориентацию главных осей напряжений растяжения (Т) и сжатия (Р), под действием которых и происходит подвижка. Поскольку механизм очага оценивается ретроспективно, то ось сжатия Р находится в квадранте минусов, а ось растяжения Т - в квадранте плюсов. Оси напряжений характеризуются азимутом (AZ) и углом их погружения относительно горизонта (PL). В зависимости от ориентации осей напряжений выделяется несколько режимов напряженного состояния земной коры. При горизонтальном растяжении и вертикальном сжатии создаются условия растяжения, при горизонтальном положении обеих осей - условия сдвига, и при вертикальном растяжении и горизонтальном сжатии наблюдается режим сжатия. Очевидно, что в первом случае доминирующим типом смещения будут являться сбросы, во втором сдвиги и в последнем взбросы (надвиги).

Байкальская рифтовая зона (БРЗ) как своеобразная структура зародилась на месте Саяно-Байкальского сводового поднятия под действием активных тектонических движений, начавшихся в эоцене-олигоцене и продолжающихся в настоящее время. По мнению Н.А. Логачева [Логачев, 1999] в миоцен-плиоцене, на стадии "быстрого рифтинга" начался процесс разрастания рифтовой зоны на юго-запад и северо-восток от Южного Байкала, в результате которого сформировались основные структуры зоны и ее современный морфологический облик.

Развитие рифтовой зоны встретило на флангах своеобразные ограничения в виде ортогональных структур Монголо-Охотского пояса на юго-западе и древнего Алданского щита на северо-востоке. В результате БРЗ в настоящее время представляет собой крупнейшую изолированную внутриконтинентальную структуру со специфическими чертами внутреннего строения и особенностями развивающихся геодинамических процессов.

Черты современного напряженно-деформированного состояния в БРЗ были установлены благодаря массовому изучению фокальных механизмов, начавшемуся во второй половине 60-х годов [Введенская, Балакина, 1960; Введенская, 1961; Мишарина, 1967,1979; Балакина и др., 1972; Мишарина, Солоненко, 1972, 1977; Мишарина и др., 1983; Солоненко и др., 1993, Мельникова, Радзиминович, 1998 и др.]. Особый вклад в формирование базы данных о фокальных механизмах землетрясений широкого энергетического диапазона внесли работы Л.А. Мишариной, внедрившей в Прибайкалье композитный или групповой метод оценки напряжений в очагах преимущественно слабых землетрясений.

Лариса Александровна Мишарина (1931-1993) - кандидат физ.-мат. наук, ст. н. сотрудник лаборатории сейсмологии ИЗК СО РАН

В настоящее время очевидным фактом является то, что на значительной территории Байкальского региона ключевую роль играют растягивающие напряжения, ориентированные преимущественно на СЗ-ЮВ, вкрест простирания основных морфоструктур. Вертикальная ориентация оси сжимающих напряжений и сбросовый тип подвижек характерны для "рифтового" типа напряженно-деформируемого состояния среды.

Механизм очага землетрясения 14.02.1992 г.08h18 (UTM) K=13.9 c эпицентром на Святой Нос

Положение эпицентра и фокальный механизм землетрясения

-закрашены области волн сжатия

Стереограмма обработки механизма очага

		Т-ось напряжения растяжения
		Р-ось напряжения сжатия
		станции с наблюденными волнами разряжения
		станции с наблюденными волнами сжатия
		нодальные плоскости
	Стереограмма приведена в проекции верхней полусферы.

Ось растяжения Т		Промежуточная сеть N		Ось сжатия Р		Нодальная плоскость 1			Нодальная плоскость 2
AZ	PL	AZ	PL	AZ	PL	STK	DIP	RAKE	STK	DIP	RAKE
147	13	54	15	278	70	45	60	-107	254	34	-64

На флангах зоны этот тип утрачивает свое доминирующее значение, о чем свидетельствует смена преобладающего режима сейсмотектонических деформаций на этом участке рифта.

Схема преобладающих режимов сесмотектонической деформации юго-западного фланга БРЗ по данным о фокальных механизмах землетрясений с К=6-12 за период с 1950 по 1999 гг.

К настоящему времени каталог механизмов очагов Прибайкальских землетрясений содержит более 3000 определений. Наиболее полная информация о данных параметрах для землетрясений с К > 9 (M > 2,8) за период 1950-1990 гг. представлена в работе [Солоненко и др.,1993], за период 1991-1996 гг. в статье [Мельникова, Радзиминович, 1998], а также в ежегодных сборниках "Землетрясения Северной Евразии", выпускаемые ГС РАН, Обнинск.

Механизмы очагов сильнейших землетрясений (с М >= 6.0) Байкальского региона за последние 48 лет представлены на следующем рисунке.

Механизмы очагов землетрясений Байкальской рифтовой зоны с К>13 (М>5) за период с 1950 по 1998 гг. Проекция нижней полусферы. На диаграммах закрашены области волн сжатия, светлые области содержат волны разряжения. Светлые и темные точки на диаграммах соответствуют главным осям напряжений растяжения (Т) и сжатия (Р). Цифры обозначают год, месяц, число.

Балакина Л.М., Введенская А.В., Голубева Н.В., Мишарина Л.А., Широкова Е.И. / Поле упругих напряжений Земли и механизм очагов землетрясений. - М.: Наука. - 1972. - 191 с.

Введенская А.В., Балакина Л.М. Методика и результаты определения напряжений, действующих в очагах землетрясений Прибайкалья и Монголии // Бюлл. Совета по сейсмологии. - 1960. - № 10. - С. 73-84.

Введенская А.В. Особенности напряженного состояния в очагах прибайкальских землетрясений // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. - 1961. - № 5. - С. 666-669.

Мельникова В.И., Радзиминович Н.А. Механизм очагов землетрясений Байкальского региона за 1991-1996 гг. // Геология и геофизика. - 1998. - Т.39. - № 11. - С. 1598-1607.

Мишарина Л.А. Напряжения в земной коре в рифтовых зонах. - М.: Наука. - 1967.- 135 с.

Мишарина Л.А. Напряжения в очагах землетрясений Монголо-Байкальской зоны / Поле упругих напряжений Земли и механизм очагов землетрясений. - М.: Наука. - 1972. - С. 161-171.

Мишарина Л.А. Об особенностях ориентации возможных поверхностей разрывов в очагах слабых землетрясений Байкальского рифта // Геология и геофизика. - 1979. - № 3. - С. 145-149.

Мишарина Л.А., Мельникова В.И., Балжинням И. Юго-западная граница Байкальской рифтовой зоны по данным о механизме очагов землетрясений // Вулканология и сейсмология. - 1983. - № 2. - С. 74-83.

Мишарина Л.А., Солоненко Н.В. О напряжениях в очагах слабых землетрясений Прибайкалья // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1972. - № 4. - С. 24-36.

Мишарина Л.А., Солоненко Н.В. Механизм очагов землетрясений и напряженнное состояние земной коры в Байкальской рифтовой зоне / Роль рифтогенеза в геологической истории Земли. - Новосибирск: Наука, СО. - 1977. - С. 120-125.

Солоненко А.В., Солоненко Н.В., Мельникова В.И. и др. Напряжения и подвижки в очагах землетрясений Сибири и Монголии // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. - 1993. - C. 113-122.

Doser, D.I. Faulting within the western Baikal rift as characterized by earthquake studies // Tectonophysics. - 1991a. - V. 196. - P. 87-107.

Doser, D.I. Faulting within the eastern Baikal rift as characterized by earthquake studies // Tectonophysics. - 1991b. - V. 196. - P. 109-139.

При подготовке данного раздела использовались следующие источники:

Касахара К. Механика землетрясений.М.. Мир, 1985.

Введенская А.В. Исследование напряжений и разрывов в очагах землетрясений при помощи теории дислокаций. М. Наука, 1969

Manual of Seismological Observatory Practice http://www.Seismo.com/msop/msop_intro.html

С вопросами обращаться по адресу: