Распространение землетрясений и их геологическая позиция

Распространение на земном шаре землетрясений носит крайне неравномерный­характер (рис. 18.2.1). Одни места характеризуются высокой сейсмичностью, а другие –­практически асейсмичны. Зоны концентрации эпицентров представляют собой протяженные пояса вокруг Тихого океана и в пределах Альпийско-Гималайского складчатого пояса. Гораздо более узкие и слабее выраженные пояса сейсмичности совпадают с осевыми зонами срединно-океанских хребтов. Короткие зоны сейсмичности известны и в пределах Восточной Африки и в южной части Северо-Американской платформы. Все остальные древние платформы и абиссальные котловины океанов – асейсмичны.

Закономерное распространение землетрясений хорошо объясняется в рамках современной тектоники литосферных плит. Наибольшее количество землетрясений связано с конвергентными и дивергентнымии границами литосферных плит и поясами их коллизии. Высокосейсмичный пояс вокруг Тихого океана связан с погружением, субдукцией холодных и тяжелых океанских плит под более легкие, континентальные. Места перегиба океанических плит, маркируются глубоководными желобами, за которыми располагаются островные дуги типа Алеутской, Курильской, Японской и др. с активным современным вулканизмом и окраинные моря или только вулканические пояса, как, например, в Южной и Центральной Америках.

По мере углубления океанической плиты, там, где она пересекает маловязкую астеносферу, гипоцентров становится меньше и они располагаются внутри плиты. Т.о., погружающаяся плита, испытывая сопротивление, подвергается воздействию напряжений, разрядка которых приводит к образованию землетрясений, многочисленные гипоцентры которых сливаются в единую наклонную зону, достигающую в редких случаях глубин в 700 км, т.е. границы верхней и нижней мантии. Впервые эту зону в 1935 г. описал японский сейсмолог Кию Вадати, а американский геофизик Хьуго Беньофф из Калифорнийского технологического института, создавший сводку по этим зонам в 1955 г., вошел в историю, т.к. с тех пор наклонные, уходящие под континенты самые мощные в мире скопления очагов землетрясений, называются «зонами Беньофа».

Глубина зон Беньофа сильно различается в разных местах. Под островами Тонга она заканчивается на глубинах почти в 700 км, в то время как под Западной Мексикой ее глубина не превышает 120-140 км. Внутреннее строение зон Беньофа достаточно сложное. Следует подчеркнуть, что например, под Японской островной дугой прослеживается как бы двойная сейсмофокальная зона, подразделенная участком слабой сейсмичности. Под­западной окраиной Южной Америки зона Беньофа имеет извилистые очертания в разрезе, то выполаживаясь, то погружаясь более круто (рис.18.2.2).

Рис. 18.2.1. Распределение эпицентров землетрясений на земном шаре

Рис. 18.2.2. Зоны Беньофа. Гипоцентры с 1954 по 1969 гг.: 1 – Алеутская дуга, 2 – Северо-Марианская дуга, 3 – Южная Идзу-Бонинская дуга, 4 – Северная Идзу-Бонинская дуга, 5 –Ново-Гебридская дуга, О – ось желоба, В – вулканы

В последнее время сейсмическая активность в пределах Камчатки, Курильской и Японской островных дуг значительно возросла. В 1991-93 гг. было 5-6 сильных землетрясений с М=6,5, в 1994- - 14, в 1995 – 20,­в 1996 – 12, причем многие землетрясения были очень сильными. Все они связаны с процессами неравномерной субдукции океанической плиты.

В субширотном коллизионном поясе, простирающемся от Гибралтара до Гималаев и далее, распределение гипоцентров носит неравномерный и сложный характер. Гипоцентры землетрясений в основном верхнекоровые, мелкофокусные, а более глубокие, в 100-200 км встречаются лишь спорадически. В целом же, сейсмичность коллизионного пояса хорошо отражает обстановку общего субмеридионального сжатия. Например, в Кавказском пересечении этого пояса, на распределение мелкофокусных землетрясений большое влияние оказывает перемещение к северу древней Аравийской плиты. Аравийский клин медленно, но постоянно, со скоростью 2.5 см/год давит на Альпийский пояс и он как бы «потрескивает», реагируя на возрастающие напряжения их разрядкой в виде землетрясений.

Очень протяженный узкий сейсмический пояс слабых и крайне мелкофокусных, до­10 км глубиной, землетрясений совпадает с осевой, рифтовой зоной срединно-­океанических хребтов. Частые, но слабые землетрясения происходят в обстановке непрерывного растяжения, что характерно для дивергентных границ литосферных плит. Такие же обстановки тектонического растяжения характеризуют и континентальные рифты. Следует отметить, что некоторое количество катастрофических землетрясений произошло в, казалось бы, совсем неподходящих для землетрясений местах. Например, Агадирское (Марокко), 1960 г.; Лиссабонское (Португалия), 1975 г.; Иеменское (юг Аравийского п-ва), 1982 г. и ряд других. Эти землетрясения связаны с активизацией разломных зон.

Наведенная сейсмичность. Техногенное воздействие человека на геологическую­среду достигло такой силы, что стали возможными землетрясения, спровоцированные­инженерной деятельностью человека. Понятие «наведенная сейсмичность» включает в­себя как возбужденные, так и инициированные сейсмические явления.

Под возбужденной сейсмичностью понимается определенное воздействие на­ограниченные участки земной коры, которое способно вызывать землетрясения.­Инициированная сейсмичность подразумевает существование уже как бы «созревшего»­сейсмического очага, воздействие на который играет роль «спускового крючка», ускоряя­событие.

Если землетрясения возникают в результате наведенной сейсмичности, это­означает, что верхняя часть земной коры находится в неустойчивом состоянии или, как­говорят, в метастабильном, и достаточно некоторого воздействия на нее, чтобы вызвать­разрядку накопившихся напряжений, т.е. землетрясение.

В качестве техногенных причин выступают такие, которые создают избыточную­нагрузку или, наоборот, недостаток давления. В качестве первых особенно характерны­крупные водохранилища. Первое такое землетрясение с М=6,1 произошло в США в 1936­г. в районе плотины Гувер, где раньше землетрясения не были зафиксированы. В­Калифорнии в 1975 г. произошло землетрясение силой около 7 баллов, после того, как­была построена высокая (235 м) плотина и создано большое водохранилище вблизи­города Оровилл. В 1967 г. в районе плотины Койна в Индии, через 4 года после создания­водохранилища произошло разрушительное землетрясение с М=6,3. В середине 60-х­годов довольно сильное землетрясение (М=6,2) имели место вблизи плотины Крамаста в­Греции.

Чем больше водохранилище, тем выше вероятность возбужденного землетрясения.­Отмечается, что в подобных землетрясениях наблюдается значительное число форшоков и­афтершоков (Сейсмические опасности, 2000). Кроме массы воды, как избыточного­нагружения земной коры, важную роль играет снижение прочностных свойств горных­пород ввиду проникновения по трещинам воды.

Добыча нефти и газа, откачка воды из земных недр, приводит к изменению­пластового давления воды, что, в свою очередь, влияет на перераспределение напряжений,­оживлению подвижек по разломам, возникновению новых трещин. Как правило,­землетрясения, вызванные этими явлениями невелики по своей силе. Однако, очень­сильные землетрясения с М=7,0 и 7,3 произошли в 1976 и 1984 гг. в Узбекистане, в районе­гигантского месторождения газа в Газли. Раньше в этой местности прогнозировались­лишь слабые сейсмогенные подвижки. После начала эксплуатации в 1962 г. до 1976 г.­было откачано 300 млрд. м3 газа и пластовое давление стало неравномерно изменяться.­Наблюдалась форшоковая активность. Главные толчки произошли в тех зонах, где­изменение гидродинамических условий было сильнее всего. Влияние добычи нефти на­активизацию сейсмических событий имело место на севере Сахалина; в Западной­Туркмении (Кумдагское землетрясение 1983 г. с М=6,0) и другие.

Возбужденные землетрясения могут происходить также в результате закачки­внутрь пластов каких-либо жидких промышленных отходов, как это произошло в районе­г.Денвер в 1962 г. с М>5,0, когда на глубине около 5 км резко возросло пластовое­давление. Сейсмический отклик находят и подземные ядерные взрывы, интенсивно­проводившиеся в недавнем времени.