Землетрясение-это просто колебание грунта. Волны, которые вызывают землетрясение, называются сейсмическими волнами; подобно звуковым волнам, расходящимся от гонга при ударе по нему, сейсмические волны также излучаются из некоторого источника энергии, находящегося где-то в верхних слоях Земли. Хотя источник естественных землетрясений занимает некоторый объем горных пород, часто его удобно определять как точку, из которой расходятся сейсмические волны. Эту точку называют фокусом (или гипоцентром-Перев) землетрясения. При естественных землетрясениях она, конечно, находится на некоторой глубине под земной поверхностью. При искусственных землетрясениях, таких как подземные ядерные взрывы, фокус расположен близко к поверхности. Точку на земной поверхности, расположенную непосредственно над фокусом землетрясения, называют эпицентром землетрясения.
Насколько глубоко в теле Земли находятся гипоцентры землетрясений? Одним из первых поразительных открытий, сделанных сейсмологами, было то, что, хотя фокусы многих землетрясений расположены на небольшой глубине, в некоторых районах их глубина составляет сотни километров. К таким районам относятся южноамериканские Анды, острова Тонга, Самоа, Новые Гебриды, Японское море, Индонезия, Антильские острова в Карибском море (см. рис. 1); во всех этих районах имеются глубоководные океанические желоба. В среднем частота землетрясений здесь резко убывает на глубинах более 200 км, но некоторые фокусы достигают даже глубин 700 км. Землетрясения, возникающие на глубинах от 70 до 300 км, весьма произвольно относят к категории промежуточных, а те, которые возникают на еще большей глубине, называют глубокофокусными. Промежуточные и глубокофокусные землетрясения происходят также и далеко от Тихоокеанского района: в Гиндукуше, Румынии, Эгейском море и под территорией Испании.
Если расположение очагов землетрясений, происходящих вблизи островных дуг, сопоставить с их глубинами, возникает чрезвычайно интересная картина. Рассмотрим вертикальный разрез, помещенный в верхней части рис. 3. Он построен под прямым углом к дуге Тонга в южном районе Тихого океана. Восточнее этих вулканических островов лежит желоб Тонга, глуби
на которого местами доходит до 10 км. В нижней части рисунка показаны глубины очагов в проекции на вертикальную плоскость, проходящую через Ниумате-населенный пункт на острове Тонга. Заметьте, что гипоцентры лежат в узкой, четко ограниченной зоне, которая от желоба уходит вниз под островную дугу под углом около 45е. Ниже глубины 400 км эта активная зона становится круче, и некоторые гипоцентры располагаются глубже 600 км. В других районах, где происходят глубокофокусные землетрясения, отмечены различные углы наклона и имеются свои особенности в расположении гипоцентров, но само наличие наклонной сейсмической зоны*) является характерной чертой островных дуг. В этой главе мы рассмотрим одно из объяснений, которые даются этому простому, но универсальному распределению фокусов землетрясений.
В этой книге главное внимание уделяется мелкофокусным толчкам, очаги которых расположены непосредственно под земной поверхностью. Именно мелкофокусные землетрясения вызывают самые большие разрушения, и в общей сумме энергии, выделяющейся во всем мире во время землетрясений, вклад их составляет 3/4. В Калифорнии, например, все известные до сих пор землетрясения были мелкофокусными. Для Центральной Калифорнии было установлено, что подавляющее большинство землетрясений возникает там в самых верхних горизонтах Земли, на глубине до 5 км, и только некоторые гипоцентры оказываются глубже, достигая 15 км. К сожалению, глубину очага землетрясения по разным причинам не удается установить с той же точностью, что и положение эпицентра. Однако для практики определение глубины может быть жизненно важным делом, поскольку в сейсмичном районе (скажем, в районе строительства атомной электростанции) при глубине фокуса 10 км возникнут более сильные сотрясения, чем при глубине 40 км.
В большинстве случаев после умеренных или сильных мелкофокусных землетрясений в той же местности в течение нескольких часов, а то и нескольких месяцев отмечаются многочисленные землетрясения меньшей силы. Они называются афтершо-ками, и их число при действительно крупном землетрясении бывает иногда чрезвычайно большим. После сильнейшего землетрясения 4 февраля 1965 г. на Крысьих островах (в архипелаге Алеутских островов) в течение последующих 24 дней произошло более 750 афтершоков, причем настолько сильных, что их смогли записать сейсмографы в отдаленных местах. Некоторым землетрясениям предшествуют предварительные толчки из той же очаговой области -форшоки; предполагается, что их можно использовать для предсказания главного толчка (см. гл. 9).
Иногда по размещению фокусов (если их положение удается определить с нужной точностью) можно установить форму и размеры области, в которой формируются очаги землетрясений. Сейсмологическое картирование глубинных структур горных пород-прекрасное дополнение к обычным полевым методам, которые используют геологи для картирования поверхностных структур. Пример успешного определения границ одной такой области по мелкофокусным местным землетрясениям в районе Оровилла (штат Калифорния) дан на рис. 3 в гл. 8.