Файл: Уломов, В. И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений.pdf

Как показывает опыт моделирования, в подобных ситуациях разрыв распространяется на большую глубину по сравнению с горизонтальной протяженностью.

На рисунке 39 показана карта эпицентров основного земле­ трясения и его афтершоков, а также остаточные деформации на земной поверхности.

М е х а н и з м т е к т о н и ч е с к о г о з е м л е т р я с е н и я

По данным инструментальных наблюдений, вспарывание по­ род Ташкентского очага началось на глубине 8 км и распростра­ нилось к земной поверхности до глубины порядка 3 км.

Непрерывная деформация земной коры в связи с неоднород­ ностью структуры среды (разломы, менее прочные включения

жении II остаточных деформации; о—фрагмент участка разрыва; г*—вертикальный поперечный разрез через очаговую область Ташкентского землетрясения и его афтершоков. Линиями напластования условно показан характер деформирования пород, двойными стрелками —подвижки в очагах землетрясений.

и т. п.) постоянно создает в том или ином месте локализованный рост упругих напряжений. Существенную роль при этом играет свободная от напряжений поверхность Земли, создающая вблизи себя дополнительную неоднородность.

На рисунке 43 а схематично показана область подготовки землетрясения. Ослабленная зона (1 )— геологический разлом,— пластически деформируясь в течение длительного времени, созда­ ет вокруг себя поле повышенных упругих напряжений (2), замет­ но убывающих по мере удаления от нее. На рисунке эта область условно ограничена пунктирной линией, а стрелками здесь пока­ зано направление упругопластических движений. Горизонталь­ ная штриховка позволяет наглядно представить характер сдвиго­ вых деформаций горных пород.

147

Как только касательные напряжения достигнут предела дли­ тельной прочности пород на скалывание или преодолеют силы сцепления по разлому, произойдет нарушение сплошности среды и пограничные участки резко переместятся по плоскости образо­ вавшегося разрыва.

Теория такого механизма возникновения землетрясений, как уже сообщалось, впервые предложена Рейдом в 1911 г. и получила название «теории упругой отдачи». Очевидно, наибольшие пере­ мещения прилегающих к разлому участков будут находиться в центральной части сейсмического шва. Здесь же в результате интенсивных упругих (распрямление пород) и остаточных дефор­ маций (дробление пород, квазипластическое течение и др.) будут максимально сняты и упругие напряжения. Таким образом, схе­ ма (рис. 43 о) преобразится и примет другой вид (рис. 43 6).

Теперь после предельного снятия упругих напряжений поля повышенных скалывающих напряжений оказались сосредоточен­ ными в периферийных частях разрыва. К ним добавились также упругие напряжения, возникшие в результате перемещения пород по поверхности разрыва и упругого деформирования краевых участков разлома.

Природа повторных толчков

В условиях сплошности среды, окружающей очаговую об­ ласть, и наличия сил трения при движении горных пород по раз­ лому упругие напряжения, спровоцировавшие землетрясение, не

ловиях полного отсутствия пластических деформаций, т. е. задол­ го до землетрясения. Изогнутая линия АО' — предельно дефор­ мированная в результате длительного пластического течения и упругой деформации прямая ОО', а ВО' — неполностью распря­ мившаяся по указанным выше причинам в момент подвижки по­

род линия АО'.

Интенсивная и быстрая деформация пород в очаге землетря­ сения одновременно с формированием главного разрыва создает в прилегающей области серию вторичных. Простирание их, по-ви­ димому, преимущественно совпадает с направлением скалываю­ щих напряжений, т. е. параллельно основному сколу. Вторичные разрывы, в свою очередь, излучают сейсмические волны и концен­ трируют вокруг себя поле упругих напряжений. Последующее скалывание по вторичным разрывам С происходит в направлении действующих остаточных (в центральной части главного разрыва) и дополнительно появившихся (у краев) упругих напряжений. Иными словами, перемещение пород по вторичным разрывам осуществляется так, чтобы способствовать дальнейшему выполаживанию линии ВО' (рис. 43 б). Так можно объяснить наблгодаю-

148

щееся в большинстве случаев подобие характера перемещения крыльев разлома при основном землетрясении и соответствующих крыльев очагов его афтершоков.

Раздробление пород и новые прочностные свойства среды приво­ дят к затягиванию процесса повторных толчков, и афтершоки происходят не сразу, а на протяжении довольно длительного вре­ мени (месяцы, годы), изменяя свой режим во времени и в про­ странстве. При Ташкентском землетрясении особенно ярко было выражено явление пространственной осцилляции и миграции ги­ поцентров афтершоков со временем. Действительно, поскольку объемы упруго-вязко связаны между собой и с окружающей сре­ дой, подвижка горных пород не может быть изолированным со­ бытием. Она участвует в перераспределении напряжений в дефор­ мированной области, стимулируя в большинстве случаев дальней­ шую разрядку напряжений и возникновение следующих афтершо­ ков. Вполне возможно, что не реология, а хрупкое постепенное разупрочнение пород очаговой области обусловливает длитель­

ренной в 1968 г. в эпицентральной области Ташкентского земле­ трясения (рис. 43 г). Время от времени в процессе афтершоков на сейсмограммах появлялись веретенообразные микроколебания продолжительностью в несколько минут. Эти колебания не имеют четкого начала и совершенно не похожи на непрерывно следую­ щие друг за другом резкие толчки — обычные афтершоки. В ред­ чайших случаях наиболее интенсивные «веретена» удавалось ре­ гистрировать и на земной поверхности стандартной сейсмологи­ ческой аппаратурой (ув. 1000).

Несколько достаточно четких аналогичных записей было по­ лучено за год до землетрясения сейсмической станцией «Ташкент», расположенной в центральной части города, и тремя временными сейсмическими станциями, установленными в 1963 г. на окраинах Ташкента с целью сейсмического микрорайонирования (Мирзаев, Уломов и др., 1969). Не исключено, что и незадолго до основного землетрясения приборы регистрировали полезные сигналы, при­ ходящие из глубины и обусловленные процессом постепенного разупрочнения и квазипластического течения пород очага назре­ вающего землетрясения.

Если не считать двух-трех случаев появления в 1965 г. на сейсмограммах сейсмостанции «Ташкент» упомянутых веретено­ образных колебаний (амплитуда до 5 мк при фоне помех не бо­ лее 1 мк), Ташкентскому землетрясению, так же, как и большин­ ству сильных и сильнейших землетрясений земного шара, не пред­ шествовали сколько-нибудь заметные подземные толчки. В то же

149

сит пластический характер, т. е. возникает вслед за квазипластическим течением горных масс в области очага и поэтому не пред­ варяется заметными форшоками. В какой-то степени на это ука­ зывают наши исследования содержания инертного газа радона в воде глубинного происхождения в плейстосейстовой области Таш­ кентского землетрясения. Так, за полгода до землетрясения ин­ тенсивное «выжимание» радона из очаговой области стабилизи­ ровалось, что, вероятно, связано с предельным уплотнением объе­ ма горных пород в очаговой зоне и началом квазнпластической деформации, сопровождающейся чрезвычайно слабыми микропо­ трескиваниями, излучающими сейсмический фон звуковых и ульт­ развуковых волн.

Форшоки же возникают в случае относительно крупного хруп­ кого (или почти хрупкого) разрыва, который, по-видимому, и име­ ет место при повторных толчках.

Механизм деформирования поверхности земли

Деформация, возникшая в результате подвижки пород в очаге, распространяется в сторону свободной поверхности п вы­ зывает изменения ее формы. Как показывают наши исследования, она началась незадолго до Ташкентского землетрясения и осо­ бенно выразительно проявилась после него. По данным повтор­ ного нивелирования, максимальное «всхолмление» земной поверх­ ности достигло величины do= 3,5 см. Процесс деформирования имел затяжной и сложный характер н в какой-то мере коррелировался с процессом афтершоков. Так, в период повторных толч­ ков Ташкентского землетрясения наблюдалось постепенное втяги­ вание в движение левого, мало деформированного во время глав­ ной подвижки блока разрыва. На это указывают результаты последующих повторных нивелировок, а также особый механизм (типа отрыва) очагов сильных афтершоков, происшедших на ле­

ния вокруг очага полей сжимающих и растягивающих деформа­ ций, стрелками — направление и условная абсолютная величина

ными к правому, приподнятому крылу разлома. Более того, выяв­ ленная повторным нивелированием область максимального под­ нятия земной поверхности расположена как раз на прямой, иду­ щей от гипоцентра О под углом 45° к плоскости разрыва 1 и со­ ответствующей направлению с максимальными деформациями

150

■сжатия ( + ). Дополнительный объем грунта, появившийся в ре­ зультате остаточной деформации поверхности земли за время землетрясения, если уподобить его объему шарового сегмента со

Д е ф о р м а ц и я о ч а г о в о й о б л а с т и г л а в н о г о т о л ч к а

Очаговая область, или очаг землетрясения, содержит основ­ ной разрыв, возникшую одновременно с ним зону дробления по­ род и всю область очагов афтершоков. Все внешнее пространство вокруг очаговой области характеризуется только упругими дефор­

ретического характера, по наблюдениям за остаточными дефор­ мациями при сильных и разрушительных землетрясениях, описы­ вается зависимость между величинами подвижек, выделившейся кинетической энергией, протяженностью разрыва и т. п. (Hausner, 1954; Okano, 1967; Knopoff, 1957; Ризниченко (ред.), 1960; и др.).

Мы воспользуемся лишь некоторыми зависимостями, получен­ ными нами, а также применяемыми при исследованиях динами­ ческой картины в очагах землетрясений. При этом будем считать, что имеем дело с упругой энергией, выделившейся в виде сейсми­ ческих волн из очаговой области, а вся остальная энергия, поя­ вившаяся в результате образования главного разрыва и переме­ щения пород, израсходована на необратимые процессы внутри очага.

Аппроксимируя в двойном логарифмическом масштабе (рис. 45) наши данные и результаты наблюдений над областью афтершо­ ков (Okano, 1967), получим эмпирическую зависимость между протяженностью очага I и выделившейся сейсмической энергией Е.

151