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

зоны разупрочнения и соответственно перераспределяют упругие напряжения. Так же, как и при основном землетрясении, очаги афтершоков расходуют свою энергию на упругие волны и оста­ точные явления. Согласно нашему предположению, энергия оста­ точных деформаций в очагах афтершоков также пропорциональ­ на перенесенным объемам.

Таким образом, энергия деформирования пород очага Таш­ кентского землетрясения, пропорциональная ДѴі, явилась источ­ ником полной энергии всех афтершоков и была израсходована на остаточные деформации, пропорциональные ЕДУ*, и суммарную энергию сейсмических волн, рожденных очагами афтершоков.

Попытаемся оценить долю сейсмической энергии от выделив­ шейся в очаге. Уточним, что мы не касаемся энергии, израсходо­ ванной окружающей средой на преодоление сил сцепления и соз­ дание главного разрыва, а рассматриваем энергию, выделившую­ ся в результате самой подвижки в очаге землетрясения.

Пусть Е° — полная упругая энергия очага, накопленная в по­ родах и израсходованная в момент разрыва; причем пЕ° — доля полной энергии, израсходованная на упругие колебания пород очага и формирование сейсмических волн; (1—іі)Е° — доля пол­ ной энергии, израсходованная на остаточные деформации внутри

2) очаг расположен в среде, которая, исключая плоскость ос­ новного разрыва, в момент снятия упругих напряжений практи­ чески не разрушается и в результате подвижки, затухая, ко­ леблется подобно упругой пружине, излучая сейсмические волны.

Тогда:

Постараемся, хотя бы грубо, оценить соотношение величин энергии, израсходованной на упругие колебания и на остаточные деформации в области очага Ташкентского землетрясения.

157

Допустим, что очагам повторных толчков свойственно анало­ гичное распределение между энергией упругих волн (п) и оста­ точных деформаций (1—п), т. е.

Допустим, как и прежде, что источником полной энергии всех афтершоков явилась энергия, затраченная на остаточные дефор­ мации во время основного землетрясения, т. е.

где п — доля полной энергии очага, израсходованная на упругие колебания;

А энергия сейсмических волн основного землетрясения, пропорциональная энергии упругих колебаний пород очага;

В — суммарная энергия УуѴгДог, излученная в виде сейсми­

ческих волн очагами афтершоков и пропорциональная суммарной энергии упругих колебаний пород в области этих очагов.

Величины А и В в нашем случае

Из выражения (73) находим долю сейсмической энергии от полной энергии очага

п ä :60 %.

Рассуждения о распределении энергии приводятся здесь в по­ рядке дискуссии. Но вполне очевидно, что вопрос о разделении энергии очага на упругую и неупругую, т. е. достоверная оценка доли сейсмической энергии для генетически разных сейсмоактив­ ных зон имеет самое непосредственное отношение к районирова­ нию сейсмической опасности по тектоническим признакам, а в ко­ нечном итоге и к проблеме предсказания землетрясений.

Таким образом, Ташкентское землетрясение 1966 г. произош­ ло в результате резкого перемещения пород по непротяженному, почти вертикальному разлому северо-западного простирания, ортогонально секущему сводовую часть Ташкентского поднятия приташкентского участка Ка-ржантауской флексурио-разрывной

158

зоны. Секущий разрыв возник в своде антиклинальной складки в условиях ее горизонтального поперечного сжатия. Наиболее де­ формированным оказалось приподнятое северо-восточное крыло разрыва. О таком механизме образования очага Ташкентского землетрясения наряду с ориентацией тензора снятых в момент толчка упругих напряжений свидетельствуют значительная (по сравнению с горизонтальными размерами) вертикальная протя­ женность очаговой области, приуроченность афтершоков и всхолм­ ления земной поверхности к приподнятому крылу разрыва.

Оценка размеров очаговой области Ташкентского землетрясе­ ния, величин деформаций и напряжений не противоречит анало­ гичным данным, полученным другими исследователями для более крупных землетрясений. Соответствие избыточных упругих на­ пряжений, приведших к вспарыванию сейсмического шва, величи­ нам прочности пород на отрыв, а не на скалывание в какой-то мере может свидетельствовать о том, что подвижка пород в оча­ ге Ташкентского землетрясения произошла по старому, уже су­ ществовавшему до землетрясения разлому.

Формирование гипоценгральной области и сейсмические предвестники афтершоков

Под сейсмическим режимом какой-либо области подразу­ мевается совокупность землетрясений, обычно рассматриваемая в пяти измерениях: координаты х, у, г, время t и сейсмическая

энергия Е.

В отличие от относительно постоянного режима сейсмоактив­ ной области афтершоки затухают во времени. Причина этого различия кроется прежде всего в разном характере «питания» деформируемой среды упругими напряжениями. Если сейсмич­ ность той или иной территории обусловлена относительно моно­ тонной (вековой) деформацией значительного участка земной коры, то повторные толчки, как правило, обязаны однократному деформированию локального объема очаговой области тектони­ ческого землетрясения.

Поэтому изучение сейсмического режима афтершоков именно благодаря кратковременности процесса дает возможность абст­ рагироваться от других посторонних факторов деформирующего воздействия на исследуемый объем земной коры. Последнее, в свою очередь, открывает возможность представления очаговой области афтершоков в виде естественного аналога лабораторных опытов по деформированию и разрушению образцов горных пород. К физике землетрясений изучение афтершоков имеет самое не­ посредственное отношение.

Думается, что и при исследованиях по сейсмическому райони­ рованию и микрорайонированию той или иной территории рас­ смотрение (а не отбрасывание, как это делается) повторных толч­ ков может сыграть положительную роль. На эту мысль наводят

159

сильные повторные толчки Ташкентского землетрясения, способ­ ствовавшие накоплению остаточных деформации в зданиях и со­ оружениях и причинившие немалый ущерб городу.

Ниже рассмотрим процесс формирования очаговой области повторных толчков и возможность прогнозирования сильных аф­ тершоков.

Г р а ф и к и Б е н ь о ф ф а

Г. Беньофф (Benioff, 1951, 1954) разработал теорию возник­ новения афтершоков, основанную на представлении о неупругих свойствах земной коры, и предложил построение графиков высво­ бождения деформаций во времени.

Предполагая, что изменение деформации при повторных толч­ ках пропорционально корню квадратному из сейсмической энер­ гии каждого афтершока и суммируя их для всей серии афтер­ шоков, он получил:

(75)

где — суммарная деформация сжатия и сдвига горных пород, Е 1— энергия сейсмических волн каждого афтершока; С — коэффициент пропорциональности:

(76)

где п — часть потенциальной энергии, израсходованной на обра­ зование сейсмических волн.

р, — модуль сдвига;

V — объем деформированных пород.

По Беньоффу, все эти величины постоянные и не изменяющие­ ся в ходе афтершоков, что ставится под сомнение другими иссле­ дователями.

Для серии афтершоков Ташкентского землетрясения мы по­ строили график Беньоффа (рис. 47а, б). Он практически ничем не отличается от аналогичных зависимостей для повторных толч­ ков многих других сильных землетрясений. Периоды относитель­ ного затишья, в течение которых происходит накопление (вернее, перераспределение) упругих напряжений, чередуются с момента­ ми сейсмической активизации (накопление деформаций). Верх­ няя пунктирная кривая как бы ограничивает максимальную вели­ чину повторных толчков, нижняя — накопление напряжений, обе в определенной мере могут использоваться для прогноза величины очередного афтершока или серии толчков.

В процессе возникновения афтершоков наряду с другими вы­ числениями строился график накопления сотрясений (рис. 47 6). В отличие от графика Беньоффа по оси ординат откладывалась

не величина а сила сотрясения в баллах. Будучи формаль­

160

ным, этот график отличается видимой периодичностью, т. е. в нем «ступеньки» почти одинаковы. Это связано с тем, что, хотя с уве­

Рис. 47. График Беньоффа накопле­ ния условных деформаций (а) и гра­ фик накопления сотрясений (б) при афтершоках Ташкентского землет­

рясения.

Ю. В. Ризниченко и изложенные в предыдущем разделе, позволи­ ли получить следующую зависимость:

где Д V. — так называемый перенесенный объем, символизирую­ щий деформацию. Беньофф же исходит из предположения, что

где е. — деформация.