Ural State University of Architecture and Art

ISSN 1990-4126

Architecton: Proceedings of Higher Education №1 (29) March, 2010

City as ecosystem

Gulyaev Alexander N.

Senior Researcher, Laboratory of Seismometry, Institute of Geophysics,
Ural Division of the Russian Academy of Science

Russia, Yekaterinburg, e-mail: usc_alex@mail.ru

ON THE ISSUE OF SEISMOTECTONICS OF THE CENTRAL PART OF THE URAL REGION

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

Abstract

The Middle Urals area of elevated seismicity is associated with the site of interference of the Ural recent orogeny with older transorogenic structures in an earth's crust and mantle. The epicentres of earthquakes are associated with the border zone of the Volga/Kama shoulder of the Eastern European platform (EEP) and the Urals. The source of seismicity are, presumably, the tectonic tensions accumulating in the Central Urals rising during the paleozoic time as a result of interaction between EEP and the Urals.

Keywords: seismotectonics, orogeny, earthquakes, transorogenic structures, tectonic tensions.

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

References

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.

Citation link

Gulyaev A.N. ON THE ISSUE OF SEISMOTECTONICS OF THE CENTRAL PART OF THE URAL REGION [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2010. – №1(29). – URL: http://archvuz.ru/en/2010_1/12 


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


Receipt date: 29.03.2010
Views: 113