Архитектон: известия вузов. №1 (29) Март, 2010

Город как экосистема

К ВОПРОСУ О СЕЙСМОТЕКТОНИКЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА

УДК: 551+72
Шифр научной специальности: 26.3+85.11

Аннотация

Сейсмическая активность земной коры Урала низкая. Ощутимые землетрясения силой 3-6 баллов по шкале MSK-64 здесь происходят редко, сила их относительно невелика (не более 6 баллов по шкале MSK-64) [1,2,3]. При этом большая часть эпицентров ощутимых природных землетрясений Урала сосредоточена на Среднем Урале и прилегающих к нему частях Северного и Южного Урала, образуя так называемую Средне-Уральскую область повышенной сейсмичности [3]. Ни южнее, ни севернее подобных скоплений эпицентров ощутимых землетрясений на Урале не выявлено [3].

Несмотря на невысокую сейсмическую активность земной коры Среднего Урала, по результатам Общего сейсмического районирования территории Российской Федерации Средне -Уральская область повышенной сейсмичности была отнесена к потенциально сейсмичным районам, в которых при проектировании и строительстве инженерных сооружений необходимо учитывать сейсмичность [4]. Актуальной стала задача детального сейсмического районирования центральной части Уральского региона. Составной частью этой задачи является сейсмотектоническое районирование, в рамках которого необходимо оценить положение эпицентров землетрясений относительно геолого-тектонических структур и выделить сейсмогенерирующие структуры и узлы. Работа выполнена в соответствии с рекомендациями, изложенными в [5,6].

Для уточнения положения эпицентров нами на основании данных, приведенных в работах [1,2], была построена схема изосейст землетрясений центральной части Уральского региона. С использованием ее была построена схема эпицентров ощутимых землетрясений Урала, которая, в свою очередь, была использована при построении схемы сейсмотектоники центральной части Уральского региона (рис.1). Анализируя полученную схему, можно сделать следующие выводы:

1. Средне-Уральская область повышенной сейсмичности приурочена к участку Уральского новейшего орогена, характеризующегося рядом особенностей строения. Наиболее значительной особенностью является то, что ВЕП образует выступ (мыс) далеко выдающийся на восток. Этот мыс образован Волго-Камским выступом фундамента ВЕП [7] (Камско-Башкирским мегасводом по [8]). Уральское горно-складчатое сооружение, выгибаясь на восток, охватывает этот выступ, образуя Уфимский амфитеатр. Волго-Камский выступ фундамента ВЕП характеризуется повышенными значениями гравитационного поля и напряженности магнитного поля [3]. В пределах него уменьшена мощность земной коры и глубина залегания фундамента ВЕП [3]. Геофизические данные, приведенные в работе [9], свидетельствуют, что Волго-Камский выступ ВЕП является элементом крупной трансорогенной структуры, которую можно назвать Архангельско-Балхашской. Она проявлена в виде дугообразной полосы положительных значений в аномальном магнитном поле, осредненном с радиусами 125 км и 250 км, протянувшейся от района оз. Балхаш до Кольского полуострова. По-видимому, это древняя антиклинорная структура в земной коре. В пределах области интерференции ее с Уралом она имеет северо-западное направление по азимуту около 315 градусов. С юго-запада и северо-востока Архангельско-Балхашская структура граничит с подобными трансорогенными структурами – Башкиро-Улутавской и Тимано-Кокчетавской [10], но проявленными в аномальном магнитном поле, осредненном с радиусом 125 км и 250 км в виде областей отрицательных значений. В области к западу от Урала эти структуры, в отличие от Архангельско-Балхашской, характеризуются относительно увеличенными мощностями земной коры и глубины залегания фундамента ВЕП [3]. В рельефе земной поверхности данные структуры проявлены в виде возвышенностей Каратаусской и Тиманского кряжа. Им соответствуют области уменьшения ускорения силы тяжести [3].

Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к пограничной зоне Тимано-Кокчетавской и Архангельско-Балхашской трансорогенных структур, соответствующей в области к западу от Урала северо-восточной пограничной зоне ВЕП, свидетельствует о значительной роли их в процессе сейсмогенеза.

Следовательно, Средне-Уральская область повышенной сейсмичности приурочена к области интерференции Архангельско-Балхашской и смежных с ней трансорогенных структур с субмеридиональным Уральским орогеном. Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к пограничной зоне Волго-Камского выступа ВЕП и Уральского горно-складчатого сооружения может свидетельствовать о том, что сейсмичность земной коры данного района обусловлена взаимодействием этих геолого-тектонических подразделений.

Другой особенностью геолого-тектонического строения данного района является то, что в пределах Среднего Урала основные геолого-тектонические подразделения – Западно-Уральская область складчатости и надвигов, Центрально-Уральское поднятие, Тагило-Магнитогорский прогиб уменьшают свою ширину по сравнению со смежными областями Северного и Южного Урала. При этом выделяются два узла, в направлении к которым эти структуры уменьшают ширину – Билимбаевский и Нязепетровско-В.Уфалейский. Первый располагается на южном замыкании Северо-Уральского сегмента Центрально-Уральского поднятия и соответствующего ему Северо-Уральского новейшего свода. Второй приурочен к северному замыканию Южно-Уральского сегмента сегмента Центрально-Уральского поднятия и соответствующего ему Южно-Уральского новейшего свода. Узлы располагаются на северном и южном концах Нижнесергинско-Михайловской дуги. К этим узлам сближаются, сходятся и сочленяются наиболее крупные глубинные долго живущие разломы. К Билимбаевскому узлу приурочен эпицентр самого сильного на Урале Билимбаевского землетрясения 17.08.1914 г., магнитуда которого оценивается в 4.5-5,0 [2]. В пределах Нязепертовско-В.Уфалейского узла ощутимых сейсмических явлений за последние 250 лет отмечено не было [1,2,3].

Особенности геологического строения отражаются и в рельефе земной поверхности Среднего Урала. Горы здесь имеют меньшую высоту по сравнению со смежными Северным и Южным Уралом. Здесь же уменьшаются по сравнению с Северным и Южным Уралом и амплитуды поднятий земной коры за новейшее время [11,12]. Северо-Уральский и Южно-Уральский новейшие своды, сужаясь и понижая высоту в направлении Среднего Урала, выклиниваются вблизи Билимбаевского и Нязепертовско-В.Уфалейского узлов.

Особенностью расположения в плане и ориентировке Среднего Урала является то, что он, в отличие от Северного и Южного Урала, имеет северо-северо-западное направление по азимуту около 320-330 градусов. На одной линии со Средним Уралом располагается Тиманский кряж. Эти структуры отмечают северо-восточную границу ВЕП. Если рассматривать Урал как коллизионный герцинский ороген, как это предложено в работе [13], то наиболее высокогорные Северный и Южный Урал можно рассматривать как реликтовые области наибольшего сжатия земной коры, а Средний Урал – как реликтовую область возможных сдвиговых и растягивающих деформаций. Сдвиговые деформации в земной коре в области Среднего Урала могли возникнуть в палеозойское время вследствие коллизии ВЕП, имеющей косую (северо-западного направления) северо-восточную границу с субмеридиональной Уральской геосинклиналью. В условиях субширотного сжатия возникли сдвиговые напряжения вдоль северо-восточной границы ВЕП, вызвавшие смещения ВЕП и под ее воздействием Южно-Уральского сектора верхней части земной коры в направлении на юго-юго-восток относительно Северо-Уральского сегмента [24]

О возможности такого механизма деформации земной коры Урала в палеозойское время свидетельствуют вышеупомянутые особенности геолого-тектонического строения Среднего Урала и смежных районов Северного и Южного Урала, отражающиеся в морфологии рельефа земной поверхности. Региональные разломы, расходясь из Билимбаевского и Нязепетровско-В.Уфалейского узлов, образуют характерные для сдвиговой тектонической ситуации дивергентные структуры, называемые «конскими хвостами». Этим разломам, омоложенным в новейшее время, соответствуют линеаменты рельефа земной поверхности. На интервале между Билимбаевским и Нязепетровско-В.Уфалейским узлами проходит участок Главного Уральского глубинного разлома, называемого Дегтярско-Уфалейским разломом [14]. Продолжение этой структуры на северо-запад было названо Кузнецовым Е.А. Главным северо-западным сдвигом, амплитуда смещений блоков пород по которому в палеозойское время оценивается в несколько десятков километров [11]. Можно предположить, что по этой структуре в палеозойское время произошла основная сдвиговая деформация верхней части земной коры и верхней мантии региона, обусловленная смещением Южно- Уральского сектора геосинклинали на юго-юго-восток относительно Северного Урала. В результате этой деформации Южный Урал оформился как гигантская дивергентная структура – «конский хвост».

2. В палеозойских геолого-тектонических структурах большая часть эпицентров наиболее сильных землетрясений Средне-Уральской области повышенной сейсмичности приурочена к области Центрально-Уральского поднятия. Центрально-Уральское поднятие – самая древняя антиклинорная (антиформная) структура на Урале, возникшая в позднее-вендское время на периферии архейско-протерозойского кратона, соответствующего ВЕП [8,11,13]. В пределах Центрально-Уральского поднятия обнажаются наиболее древние на Урале допалеозойские породы [8,11]. Эта структура имеет характер длительно существующего в рельефе земной поверхности поднятия, возникшего в поздне-вендское время, и существовшего большую часть палеозоя, мезозоя и кайнозоя [8,11]. В новейшее время в эпоху альпийского тектогенеза Центрально-Уральское поднятие вновь стало наиболее быстро воздымающейся областью Урала [8,11].

Крылья Центрально-Уральского поднятия осложнены глубинными долго живущими разломами – Главным Уральским глубинным, Чусовско-Кизеловским, Саткинским. Эти структуры отделяют данное поднятие от расположенного к востоку от него Тагило-Магнитогорского прогиба и расположенной к западу от него Западно-Уральской зоны складчатости и надвигов. К осевым зонам этих разломов приурочены эпицентры наиболее сильных землетрясений. Следовательно, осевые зоны этих разломов и ближние зоны их геодинамического влияния могут рассматриваться как сейсмогенерирующие зоны – зоны возможного возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ). Можно выделить Чусовско-Кизеловскую и Восточно-Уральскую (Тагильскую) зоны ВОЗ.

Эти субмеридиональные сейсмогенерирующие структуры пересекаются цепочками эпицентров землетрясений, имеющих субширотное восток-северо-восточное направление по азимуту около 60 градусов. Направление этих структур соответствует направлению сжимающих напряжений в коре и мантии, оцененных по результатам изучения анизотропии скоростей упругих волн [3,15]. Приблизительно в таком же направлении происходит дрейф литосферы региона по данным GPS-мониторинга [16], что позволяет предположить субширотную ориентировку основных современных сжимающих напряжений в земной коре и мантии. Следовательно, вышеупомянутые цепочки эпицентров землетрясений могут быть приурочены к трещинам отрыва (растяжения), осложняющим Средне-Уральскую область сдвиговых деформаций. Об этом же свидетельствует локализация большей части эпицентров в зонах относительного современного погружения земной коры или к зонам замедления ее поднятия на фоне более быстро воздымающихся участков [3]. Выделяются четыре такие зоны ВОЗ – Добрянско-Кизеловская, Серебрянская, Сабарско-Билимбаевская и Южно-Уральская. Можно видеть, что эпицентры наиболее сильных землетрясений приурочены к узлам пересечения субширотных и субмеридиональных зон ВОЗ. Расстояния между первыми тремя сейсмогенными зонами составляют около 120 км, а между Сабарско- Билимбаевской и Южно-Уральской – 250 км.

Особенностью сейсмичности Среднего Урала является то, что ощутимые землетрясения происходят в условиях низких величин и скоростей деформации земной коры на новейшем и современном этапах. Так, средние скорости деформации земной коры Урала за новейшее время (за последние 30 млн. лет), оцененные по амплитудам ее деформаций за этот период, приведенным в работах [11,12], составляют порядка сотых и тысячных долей мм в год. Средняя скорость подвижек блоков верхней части земной коры по омоложенным разломам за новейшее время оценивается как порядка тысячных – десятитысячных долей мм в год, что, согласно критериям, приведенным в работе [17] свидетельствует о низкой тектонической активности этих структур и земной коры в данный период в целом. В новейшее время Уральское горно-складчатое сооружение развивалось как сводовое поднятие практически без масштабных дифференциальных подвижек блоков земной коры [11,12].

Современные скорости деформации земной коры центральной части Уральского региона, оцененные по результатам повторных нивелировок [18] и по результатам GPS-мониторинга [16], составляют порядка десятых долей до первых мм в год, что соответствует порядку 10-8 - - 9 в относительных единицах. Согласно [17], такие скорости деформации соответствуют низкой тектонической активности земной коры, характерной для платформенных образований. ВЕП, Урал, Западная Сибирь, согласно результатам GPS- мониторинга [16] смещаются на восток-северо-восток по азимуту около 74 градуса как единое целое. Скорость смещений станций GPS-мониторинга относительно друг друга не превышает современной точности определения координат станций, составляющей 3-5 мм.

Несмотря на низкие скорости деформации земной коры Урала на новейшем и современном этапах, в центральной части Уральского региона за последние 250 лет было отмечено около 35 ощутимых землетрясений силой от 3 до 6 баллов по шкале MSK-64 [1,2,3]. Объяснить это можно только тем, что источником сейсмических событий являются тектонические напряжения, накопленные в допалеозойских и палеозойских и геолого-тектонических структурах в предшествующие нашему времени эпохах и разряжающиеся в виде землетрясений в зонах разломов. Подобная схема сейсмогенеза предложена в работе [19]. Разрядка может происходить в результате воздействия на массив земной коры, накопивший тектонические напряжения, импульсов изменения напряженно-деформированного состояния земной коры (сжатия, растяжения, сдвига, волн разупрочнения [20], деформационных фронтов [21], вариаций основных атмосферных параметров и других экзогенных факторов [22]). В земной коре Урала запасены достаточно большие напряжения (сотни МПа), которые могут быть источником серьезных геодинамических явлений, обусловленных изменением ее напряженно-деформированного состояния [23].

Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к области Центрально-Уральского поднятия позволяет заключить, что эта структура в пределах центральной части Уральского региона является областью наиболее значительных накопленных тектонических напряжений. Она сложена самыми древними в рассматриваемом районе прочными кристаллическими породами. Так как большая часть эпицентров локализована в зонах относительного современного погружения земной коры или в зонах замедления ее поднятия на фоне более быстро воздымающихся участков, то, следовательно, сброс накопленных в палеозойское время тектонических напряжений на современном этапе в центральной части Уральского региона происходит в результате растяжения (преимущественно в субмеридиональном направлении) верхней части земной коры и преимущественно в зонах ее растяжения. Возможно, это обусловлено интерференцией деформационных процессов в глубинных трансорогенных структурах и в Уральском орогене. Подобный вывод о постумном характере Уральской сейсмичности был сделан 70 лет назад в работе [1].

На основании вышеизложенного можно заключить, что современная сейсмичность Среднего Урала обусловлена тектоническими напряжениями, накопленными на участке его интерференции с пограничной зоной древних трансорогенных Архангельско-Балхашской и Тимано-Кокчетавской структур в предшествующие эпохи, когда земная кора Урала развивалась в условиях левосторонней транспрессии [13,24]. При этом пограничная зона этих структур в области к западу от Урала соответствует северо-восточной пограничной зоне ВЕП. Эти напряжения преимущественно аккумулировались в области Центрально-Уральского поднятия, сложенного древними породами. Разрядка накопленных напряжений в виде землетрясений происходит в зонах омоложенных разломов и деформации земной коры, по-видимому, в результате относительно слабых современных деформационных воздействий, играющих роль триггеров – «спусковых крючков» для уже подготовленных геодинамических явлений.

Рис. 1. Схема сейсмотектоники центральной части Уральского региона по [25].
Составил Гуляев А.Н., авторы электронной версии Юдина Ю.В., Осипова (Дёмина) А.Ю., 2007-2009

Библиография

1. Вейс-Ксенофонтова З.Г. К вопросу о сейсмической характеристике Урала / З.Г.Вейс-Ксенофонтова, В.В.Попов // Труды Сейсмологического института АН СССР. – 1940. – № 104 – С.12.

2. Степанов В.В. Землетрясения Урала и сильнейшие землетрясения прилегающих территорий Западной Сибири и Восточно-Европейской платформы / В.В. Степанов, А.А. Годзиковская., В.С. Ломакин и др. – М.: ЦСГНЭО 2002. – 135 с.

3. Кашубин С.Н. Сейсмичность и сейсмическое районирование Уральского региона / С.Н. Кашубин, В.С. Дружинин, А.Н.Гуляев и др. – Екатеринбург: УрО РАН, 2001. – 124 с.

4. Строительные нормы и правила: СНиП II -7-81*: Госстрой России. Строительство в сейсмичных районах. Госстрой России. Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97. – М., 1998. – 14с.

5. Сейсмическое районирование территории СССР. – М.: Наука, 1980. – 306 с.

6. Детальное сейсмическое районирование в горных областях / отв. редактор К.Е. Калмурзаев. – Фрунзе: Илим, 1984. – 299с.

7. Белоконь Т.В. Строение и нефтегазоносность рифейско-вендских отложений востока Русской платформы /Т.В. Белоконь, В.И. Горбачев, М.М. Балашева. – Пермь, 2001. – 106 с.

8. Соболев И.Д. Тектоническая карта Урала масштаба 1:1000 000: объяснительная записка / И.Д. Соболев, С.В. Автонеев, Р.П. Белковская и др. – Свердловск, 1983. – 168 с.

9. Глубинное строение слабосейсмичных районов СССР / отв. ред. И.Л. Нерсесов. – М.: Наука, 1987. – 237 с.

10. Кузьменко Е.Е. Историческая геология и геология СССР / Е.Е. Кузьменко. – М.: Недра, 1980. – 279 с.

11. Геология СССР. Т. XII, ч. I, кн. 2,. – М.: Недра, 1969. – 304 с.

12. Новейшая тектоника Урала / под ред. А.П. Сигова и В.А. Сигова – Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1975. – 104 с.

13. Пучков В.Н. Структура и геодинамика Уральского орогена / В.Н.Пучков // Глубинное строение и развитие Урала: мат. научно-производственной конф., посвященной 50-летию Баженовской геофизической экспедиции. – Екатеринбург, 1996.– С.15-39.

14. Горожанкин В.Т., Кейльман Г.А. О кинематике северо-западных разломов Среднего Урала / В.Т. Горожанкин, Г.А. Кейльман // Разломы земной коры Урала и методы их изучения – Свердловск, 1983. – С. 24-29.

15. Кашубин С.Н. Сейсмическая анизотропия и эксперименты по ее изучению на Урале и Восточно-Европейской платформе / С.Н. Кашубин. – Екатеринбург, 2001. – 181 с.

16. Овчаренко А.В. Первые результаты высокоточного GPS- мониторинга на Среднем Урале / А.В. Овчаренко, Д.В. Баландин // Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей: мат. конф: Пятые науч. чтен. памяти Ю.П. Булашевича. – Екатеринбург, 2009. – С. 375-378.

17. Несмеянов С.А. Введение в инженерную геотектонику / С.А. Несмеянов. – М.: Научный мир, 2004. – 214 с.

18. Кононенко И.И. Современная геодинамика Урала / И.И. Кононенко, Н.И. Халевин, М.А. Блюмин, В.Р. Ященко. – Свердловск, 1990. – 93 с.

19. Друмя А.В. Землетрясение: где, когда почему? / А.В. Друмя, Н.В. Шебалин. – Кишинев: Штиинца, 1985. – 193 с.

20. Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии: избр. тр. / Ю.В. Ризниченко. – М.: Наука, 1985 – 405 с.

21. Нусипов Е. Апроксимационные динамические модели современного деформирования и сейсмичности земной коры Казахстана / Е. Нусипов, А.В. Овчаренко. – Алматы: Гылым, 2007. – 217 с.

22. Кусонский О. А., Гуляев А.Н. Возможные триггерные эффекты некоторых землетрясений Урала / О.А. Кусонский, А.Н. Гуляев // Уральский геофизический вестник. – 2004. – № 6. – С. 74 - 80.

23. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология / А.В. Зубко. – Екатеринбург, 2001. – 333 с.

24. Копп М.Л. Мобилистическая неотектоника платформ Юго-Восточной Европы / М.Л.Копп. – М.: Наука, 2005.– 339 с.

25. Гуляев А.Н. Геофизические поля, тектоника и сейсмичность в центральной части Уральского региона / А.Н. Гуляев // Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей: мат. конф.: Пятые науч. чтен. памяти Ю.П. Булашевича.– Екатеринбург, 2009. – С. 120-123.

Ссылка для цитирования статьи

Гуляев А.Н. К ВОПРОСУ О СЕЙСМОТЕКТОНИКЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА [Электронный ресурс] /А.Н. Гуляев //Архитектон: известия вузов. – 2010. – №1(29). – URL: http://archvuz.ru/2010_1/12 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная