Индийская геотектоническая плита напирает на Евразийскую плиту снизу, создавая напряженность и сотрясения (землетрясения).
(Из жизни планета Земля)
Введение
Поздно вечером, 22 января 2024 года, мирно заснувшие ташкентцы проснулись от того, что под ними что-то затряслось и “заходило”. Затряслось, но не настолько сильно и страшно, чтобы выскочить из тёплых, уютных постелей, и полуодетыми, без документов устремиться на улицу.
Республиканский центр “Сейсмопрогностического мониторинга МЧС Узбекистана” сообщил, что 22.01.2024 года, в 23:08 по Ташкентскому времени (22.01.2024 года, 18:08 по Гринвичу) в Китай-Киргистан пограничной области, произошло сильное землетрясение. Эпицентр находился в 126 км к юго-востоку от Кызыл-Суу (Киргизия). Координаты землетрясения: 41,050 N, 79,510 E. Магнитуда М=7. Глубина 15 км.
Расстояние от эпицентра до Ташкента 862 км, тем не менее толчки ощущались силой 3 балла, что и разбудило сладко спящих жителей Ташкента. Сейсмические волны пришли с юго-восточного направления.
Рассмотрим поближе это сильное землетрясение, разбудившее, но не напугавшее мирно спящих жителей Ташкента. Если в самых общих чертах о происхождении землетрясения, то его, в конечном счёте, порождает давление Индийской тектонической (литосферной) плиты на Евразийскую геотектоническую плиту с юга. В результате этого давления, земная кора вспучивается, (то есть, зарождаются горные страны) и потрескивает. Эти потрескивания и есть землетрясения той или иной силы.
Технические характеристики землетрясения
По данным службы USGS (United States Geological Survey), самой продвинутой геологической службы мира, землетрясение 22.01.2024 характеризовалось следующими параметрами:
Эпицентр: 129 km WNW of Aykol, China.
Магнитуда: M 7.0.
Время события: 2024-01-22 18:09:04 (UTC).
Координаты: 41.269°N, 78.649°E.
Глубина очага: 13.0 km.
На видео ниже можно увидеть, как сотрясало поверхность Земли относительно недалеко от очага землетрясения.
Видео: Сильное землетрясение на граница Киргизии и Китая 2024.01.22.
Как правило, землетрясения, особенно сильные, “не ходят в одиночку”. Им предшествую сотрясения, форшоки, и после основного толчка происходит много землетрясений ( примерно в том же месте) – афтершоков. Посмотрим, как сотрясало Землю в радиусе 300 километров, от очага обсуждаемого землетрясения, 22 января 2024 года.
Какие землетрясения произошли в окрестностях основного очага.
Землетрясения произошедшие за всё время инструментальных наблюдений в радиусе 300 км, в интервале глубин 100 км, магнитудой выше 3.1, показаны на схеме ниже.
А вот какие землетрясения произошли со дня главного толчка (2024-01-22) и до начала февраля (2024-02-01) в радиусе 300 км, в интервале глубин 100 км, магнитудой выше 3.1.
Видно, что весь район целую неделю буквально сотрясается после главного толчка, постепенно затихая. Но в конце января, вновь произошло знаковое событие магнитудой под М6.0, которое, вероятно, “открывает” новую серию землетрясений, но на порядок более слабую. Пришло время поближе познакомиться с самим землетрясением 2024-01-22. А знакомство начнем с записи с сейсмограмм, одного из многочисленных сейсмографов, разбросанных по поверхности Земли и записавших колебания почвы.
Разложим колебание почвы от землетрясения по полочкам (сейсмическим фазам).
На рисунке показана запись сейсмографом колебаний почвы, вызванных приходом упругих волн на одной из сейсмостанций, расположенной в районе узбекского города Джизак.
Упругие колебания, излучаемые землетрясением, приходят к поверхности наблюдения из земных глубин в виде нескольких, изолированных сейсмических волн, резко выделяющихся на общем колебательном фоне. Наиболее отчётливые сейсмические волны обозначаются специальными символами: P – продольная волна, PP – продольная, кратная волна, S – поперечная волна, SS – поперечная, кратная волна (на рисунке выше). Позже, приходят поверхностные волны Релея и Лява (на сейсмограмме они отчётливо видны, но не обозначены). Каждая из перечисленных волн проходят через поверхность Земли отдельными фронтами. Эти фронты можно наблюдать, используя специально для этого разработанную технологию визуализацию движения грунта. Технология получила название Ground Motion Visualization, что в переводе на русский язык так и называется – Ground Motion Visualization. Перейдём к рассмотрению результатов применения этой технологии.
Ground Motion Visualizations (Визуализации движения грунта)
Визуализации движения грунта (The Ground Motion Visualization, GMV) иллюстрирует, как сейсмические волны удаляются от места землетрясения, отображая зарегистрированные амплитуды волн в каждом месте сейсмической станции, с помощью цветных символов. Существует два типа GMV:
Вертикальная составляющая GMV: Создается для глобальных событий магнитудой 6 или выше. Цвета символов представляют собой амплитуду вертикального движения грунта, обнаруженную сейсмометром станции.
3-D GMV: Создано только для событий магнитудой 7 и выше. В нем используются “tailed” (“хвостовые”) символы, показывающие направление и амплитуду нормализованного горизонтального движения. Цвета символов также представляют амплитуду вертикального движения грунта, обнаруженную сейсмометром станции.
На видео ниже показано, как волны от землетрясения встряхнули повехность Земли в Европе и в США (это очень интересная своей наглядностью технология визуализации продвижения сейсмических волн по поверхности Земли).
Видео: Ground Motion Visualizations (Визуализации движения грунта: M 7.0 – 129 km WNW of Aykol, China.
Знакомство с землетрясением, как геофизическим явлением продолжим после того, как рассмотрим геотектонику региона, в недрах которого зародилось изучаемое землетрясение 22.01.2024.
Обзор тектоники региона, породившего землетрясение.
Землетрясение магнитудой 7.0, зарегистрированное 22 января 2024 года вблизи границы Кыргызстана и Китая, произошло в результате косого взбросового (oblique reverse ) и сдвигового разлома (strike-slip faulting ) на небольшой глубине.
Косой взброс (oblique reverse fault) – это разлом, который демонстрирует характеристики как наклонно-сдвигового (dip-slip), так и сдвигового (strike-slip) движения и образуется, когда висячая стенка (hanging wall) скользит по подошве (slides over the footwall) из-за сил сжатия (compressional forces), сближающих стороны
Видео: Косой взброс (Oblique Fault).
Посмотрим, какие геотектонические процессы активировали землетрясение, произошедшее в результате взбросо-сдвигового разлома, внутри земной коры региона. И начнём с общегеотектонического контекста, созданного в результате столкновения Индийской и Евразийской геотектонических плит. Наиболее значимый итог столкновения плит – образование Гималаев и окружающий их геотектонической структуры. К тектоническому обзору мы и переходим.
Общая тектоническая ситуация: сейсмотектоника Гималаев и окрестностей.
Сейсмичность в Гималаях, является результатом столкновения континентальных плит Индии и Евразии, которые сближаются с относительной скоростью 40-50 мм/год. Поддвиг Индии под Евразию на север, порождает многочисленные землетрясения во всей огромной округе и, следовательно, делает эту территорию одним из самых сейсмически опасных регионов на Земле. С поверхности (геоморфологически), граница Индо – Евразийских плит отмечена такими горными сооружениями, как: Сулейманский хребет (Sulaiman Range), простирающийся с севера на юг на западе; Индо-Бирманская дуга (Indo-Burmese Arc) на востоке; Гималайский хребет (Himalaya Front) , простирающийся с востока на запад на севере Индии.
С геологической точки зрения, граница Индийской и Евразийской плит (India-Eurasia plate) – это полосообразная, относительно узкая (~200 км), без чётких границ тектоническая зона (Гималайский фронт), которая в северной своей части представлена швом (сутурой) Инд-Цангпо (Indus-Tsangpo), также называемого Ярлунг-Зангбо (Yarlung-Zangbo) и Главным Фронтальным Надвигом (Main Frontal Thrust) на юге полосообразной зоны. Сутурная зона Инд-Цангпо (Indus-Tsangpo Suture Zone) расположена примерно в 200 км к северу от Гималайского фронта и определяется обнаженной цепью офиолитов вдоль ее южного края.
Сутура (лат. sutura — шов) – это глубинная структура земной коры, которая образована на месте замыкания бассейна океанического типа. Обычно такую сутуру сопровождают выжатые при её образовании офиолитовые аллохтоны, некоторое из них шарьированы на десятки километров. Сутуры выявляются по приуроченности офиолитов к контрастному сочленению разнородных тектонических единиц. Вместе с офиолитами встречаются метаморфиты глаукофановой фации, эклогиты и бластомилониты. Впоследствии при коллизионных деформациях, сутуры бывают осложнены шарьированием, изогнуты с образованием сигмоид и иных горизонтальных складок, разорваны и смещены более молодыми секущими сдвигами и другими разрывами.
Гималайский фронт включает в себя многочисленные параллельные структуры простирания с востока на запад. В этом регионе самые высокие показатели сейсмичности и крупнейшие землетрясения в Гималайском регионе, вызванные главным образом движениями по надвигам.
Тибетское нагорье, расположенное к северу от Гималаев, простирается примерно на 1000 км с севера на юг и на 2500 км с востока на запад и представляет собой сложную геологическую и тектоническую структуру с несколькими швами, длиной в сотни километров, обычно простирающимися с востока на запад. Тибетское нагорье рассечено рядом крупных (>1000 км) левосторонних сдвигов простирания с востока на запад, включая длинный Куньлунь (Kunlun), Хайюань (Haiyuan) и Алтын Таг (Altyn Tagh). Правосторонние сдвиговые разломы (сопоставимые по размерам с левосторонними) в этом регионе включают Каракорум (Karakorum), Красную Реку (Red River) и Сагайнг (Sagaing). Вторичные разломы простирания с севера на юг также разрезают Тибетское нагорье. Надвиги встречаются к северу и югу от Тибетского нагорья. В совокупности, эти разломы обусловлены сокращением земной коры, связанное с продолжающимся столкновением плит Индии и Евразии. При этом, надвиговые разломы (thrust faults ) связаны со сжатием с севера на юг, а нормальные (normal) и сдвиговые (strike-slip) – с растяжением с востока на запад.
Севернее Таримской впадины (Tarim Basin) расположен Тянь-Шань, представляющий собой сейсмически активный внутриконтинентальный горный пояс (intra-continental mountain belt), простирающийся на 2500 км в направлении ВСВ-ЗСЗ . Этот пояс определяется многочисленными надвигами, простирающимися с востока на запад, образующими горные хребты (range landscape), разделённые межгорными впадинами (compressional basin). Предполагается, что региональные напряжения, обусловленные столкновением (collision) Индийской и Евразийской плит, ответственны за разломы в этом регионе.
Как отмечено выше, в северной части самого Тибетского плато, в значительной степени преобладают движения по трем крупным левосторонним сдвиговым системам разломов: Алтын Таг (Altyn Tagh), Куньлунь (Kunlun) и Хайюань (Haiyuan). Разлом Алтын Таг, является самым длинным из этих сдвигов, и считается, что он вмещает значительную часть конвергенции плит. Однако, в этой системе не было значительных исторических землетрясений, хотя палеосейсмические исследования свидетельствуют о доисторических событий M7.0–8.0. Надвиги соединяются с Алтын Тагом на его восточном и западном концах. Разлом Куньлунь, расположенный к югу от Алтын-Тага, является сейсмически активным, вызывая сильные землетрясения. Севернее Тибетского плато расположен Таримский бассейн, на северной границы которого и произошло рассматриваемое нами землетрясение 21.01.2024. Глубинная структура этого региона с учетом подвижек по разломам и вызвали интересующее нас землетрясение. К рассмотрению глубинной структуры северной части Таримского бассейна мы и переходим.
Глубинная структура Тибетского плато и Таримского бассейна
Жёсткий блок Таримского плато движется на север, как результат перераспределения давления Индийской плиты на Евразийскую плиту. Результатом этой коллизии, является поддвиг Таримского блока под Тянь-Шань и высокая коровая сейсмичнось. На схеме ниже, стрелками обозначена скорость движения Таримского плато в северном направлении.
Частью этой сейсмичности, обусловленной масштабными перемещениями блоков земной коры и является рассматриваемое сильное землетрясение 22 января 2024 года. На схеме ниже показано и где и какой силы землетрясения, порождаются передвижениями блоков земной коры.
Для того, чтобы поглубже разобраться с глубинным строением этого сейсмически активным регионом, были поставлены уникальные геофизические исследования. В 2007–2008 гг. совместными усилиями российских, американских (США), киргизских и китайских организаций и специалистов, в рамках международной программы “Геодинамика Тянь-Шаня,” осуществлен комплекс работ по активному сейсмическому зондированию вдоль профиля MANAS (Middle AsiaN Active Seismic profiling). Профиль проходит от озера Сонкёль в Киргизии до района г. Кашгар в Китае, в коридоре меридианов 75–76.5° в.д. и по широте охватывает диапазон 39–42° с.ш. Рассмотрим результаты сейсмического профилирования (MOB-ОГТ) профилю MANAS, пересекащего пограничную область Тарима и Центрального Тянь-Шаня.
Сейсмическое профилирование MOB-ОГТ – это изучение глубинной структуры Земли вдоль профиля Методом Отражённых Волн по технологии Общей Глубинной Точки.
На основании данных обработки первичных сейсмических материалов МОВ-ОГТ, МОВЗ (Метод Обменных Волн от Землетрясений) и сейсмотомографии, построен комплексный сейсмический разрез, показывающий сложную гетерогенную структуру земной коры, отражающую ее субгоризонтальную расслоенность и наличие вертикальных и наклонных зон вещественной и структурной дифференциации. Из них главнейшей является зона крупного поддвига земной коры Таримского массива под Тянь-Шань, она же – основной генератор сейсмичности региона.
На схеме ниже, несколько уникальных и красивых результатов изучения глубинной структуры региона, по профилю NAMAS. Несмотря на то, что наше землетрясение произошло в более верхних горизонтах земной коры, глубинная структура литосферы в целом, обусловила его зарождение.
На глубинном разрезе до глубины 80 км, отчётливо просматриваются два глубинных разлома – Калпинтагский и Майдантагский, по которым жёсткий блок Таримчкой плиты погружается под Северный Тянь-Шань. И как “отголосок” этого глобального геодинамического события, намечаются менее глубокие коровые разломы, в том числе и Муздукский разлом, движения по которым и породили землетрясение 22 января 2024 года.
Сведения о ещё более глубоких горизонтах Земли вдоль профиля MANAS, вплоть до подошвы её Верхней мантии, дают данные сейсмической томографии. На сейсмотомографическом профиле, представленном ниже, отчётливо видна более твёрдая (относительно холодная) область, мощностью несколько десятков километров и, как её продолжение в верхней мантии – огромный высокоскоросной блок, отмеченный темно синим цветом. Этот блок, возможно, реликт огромной литосферной плиты, погрузившейся в мантию под Евразийской плиты, в результате коллизии Индийской и Евразийской геотектонических плит.
Познакомившись поближе с геотектонической ситуацией в регионе, продолжим рассматривать с сейсмологической стороны самое сильное, магнитудой М7.0 землетрясение 22.01.2024.
Анализ события
В этом разделе мы подобрали результаты анализа сильного землетрясения, наиболее достоверными и наглядными сейсмологическими методами, такими как: анализ механизма очага; изучение плоскости разлома; обработка данных и их инверсия с целью нахождения в глубине земной коры сечения распределения скольжения; картирование проекция очаговой зоны на дневной поверхности; вычисление функция скорости момента (Moment Rate Function). Ранее была рассмотрена афтершоковая активность.
Механизм очага
Механизм очага землетрясения (фокальный механизм) является одним из важнейших параметров, характеризующих сейсмическое событие. Фокальный механизм в современной сейсмологии, связывается с внезапной подвижкой горных пород, сопровождающейся излучением сейсмических волн по поверхности ослабленной прочности, и отражает одновременно пространственную ориентацию:
– осей главных напряжений;
– возможных плоскостей разрывов;
– подвижек в очаге землетрясения.
Плоскость разлома
Каждая нодальная плоскость характеризуется простиранием и углом падения:
– простирание (STK от англ. strike) может варьировать от 0 до 360;
– падение (DIP) от 00 (горизонтальная плоскость) до 900 (вертикальная).
Нодальные (лат. nodus узел) плоскости – это поверхности нулевых смещений. Квадрантное распределение знаков первых вступлений Р-волн.
Направление смещения по разлому, определяется через угол (RAKE) между простиранием и вектором подвижки (SLIP). Пределы его изменения: от 00 до +/- 1800 . Плюс указывает на поднятие висячего крыла разрыва, минус – на его опускание.
Смещение может происходить:
1. По простиранию разломной плоскости (сдвиг). Значение RAKE близко к 0о или 180о (т.е. направление смещения параллельно простиранию плоскости)
2. По падению разломной плоскости (сброс, взброс). Значение RAKE близко к 90о .
Решения по механизму очага этого события указывают на то, что разрыв произошел либо на умеренно падающем косом взбросе (moderately dipping oblique reverse) и правостороннем разломе, простирающемся на восток (right-lateral fault striking east), либо на крутопадающем косом взбросе (steeply dipping oblique reverse) и левостороннем разломе, простирающемся на запад (left-lateral fault striking west). Землетрясение произошло в горном хребте Тянь-Шаня, внутриплитном поясе складок и надвигов, тектонически контролируемом, в основном, столкновением Индии с Азией. Эпицентральная область, характеризуется многочисленными взбросами, левосторонними сдвигами и межгорными впадинами простирания, с востока на северо-восток.
Обработка данных и инверсия
Были проанализированы 41 телесейсмическая, широкополосная P-волн, 25 широкополосных SH-волн и 52 длиннопериодных поверхностных волны, выбранные на основе качества данных и азимутального распределения. Формы сигналов, сначала преобразованы в смещение, путем удаления отклика прибора, а затем, используются для ограничения истории скольжения, с использованием обратного алгоритма конечных разломов.
Сечение распределения скольжения
Землетрясения такой силы, обычно изображаются на картах в виде точек, но их правильнее описать ,как скольжение по большей площади разлома. Чем больше площадь скольжения (очаговая зона), тем сильнее землетрясение. События магнитудой 7,0 обычно имеют размер около 45 на 20 км (length x width).
Этот результат основан на нодальной плоскости тензора момента ( простирание = 233,0°; падение = 59,0°).
Нодальные (лат. nodus узел) плоскости – это пара ортогональных плоскостей, разделяющих пространство вокруг очага землетрясения на четыре области (квадранта), в каждой из которых – в зависимости от знака первого смещения – наблюдается либо сжатие, либо растяжение.
Высвобождение сейсмического момента, основанное на этой нодальной плоскости тензора составляет 3,8e+19 Нм (Mw = 7,0) с использованием одномерной модели земной коры.
Выше, представлено сечение распределения скольжения, вдоль одной из плоскостей разлома. Направление простирания указано над каждой плоскостью разлома (2330), а положение гипоцентра отмечено звездочкой. Амплитуда скольжения показана цветом, а направление движения висячей стенки относительно подошвы, (передний угол) указано стрелками. Контурами показано время начала разрыва в секундах (10 секунд).
Проекция поверхности
Поверхностная проекция распределения скольжения, наложенная на батиметрическую схему, представлена на рисунке ниже.
Проекция очага на дневную поверхность, охватывает огромную площадь, размером более 50х20 километров. Хотя это и сейсмически активный регион, но землетрясения такого масштаба, случаются довольно редко.
Функция скорости момента (Moment Rate Function)
Функция скорости момента, позволяет выявить две константы времени: 1) время достижения пиковой скорости момента и 2) время для общей продолжительности события.
Красная пунктирная линия, обозначает конец события (землетрясения). А пик кривой указывает на время максимальной активности подвижки.
Заключение
Регион, где произошло сильное, магнитудой М7.0 землетрясение, сейсмически очень активный. Но землетрясения подобной силы, магнитудой 7.0 и выше, происходят в этом регионе нечасто. Это свидетельствует о том, что прочностные (реологические) свойства горных пород не настолько высоки, чтобы позволить накопиться упругой энергии, достаточной для землетрясений такой силы. То есть, разрядка напряжения случается чаще и, как результат, землетрясения в этом сейсмоактивном регионе довольно слабые.
За предыдущие 100 лет, произошло всего три события магнитудой выше М6.5,в радиусе 250 км от события 22 января 2024 года. Не говоря уже о землетрясении магнитудой М7.0. Самым крупным из сильных землетрясений было событие М 7,1 в марте 1978 года, приизошедшее примерно в 200 км к северу от землетрясения 22.01.2024. Лишь в январе 1911 года, то есть более века назад, произошло Кеминское землетрясение (Kemin earthquake) магнитудой 8.0, эпицентр которого располагался почти в 250 км к северо-западу от события 22 января 2024 года, недалеко от современной границы, между Киргизией и Казахстаном.
Так что, накопление силы матушкой Землёй для следующего землетрясения магнитудой М7.0, которое сможет потревожить мирно спящих ташкентцев, займёт еще не менее 100 лет.
Спи спокойно, любимый город.
Источники
– M 7.0 – 129 km WNW of Aykol, China
– Последние землетрясения в Кыргызстане за последние 30 дней – полный список и интерактивная карта
– Макаров В.И., Алексеев Д.В., Баталев В.Ю. и др. Поддвиг Тарима под Тянь-Шань и глубинная структура зоны их сочленения: основные результаты сейсмических исследований по профилю МАNAS (Кашгар – Сонкёль). // Геотектоника. 2010. № 2. С. 23–42.
– Механизм очага землетрясения
