Тектоническая обстановка и зоны «молчания» в сейсмически активных районах

В последнее время вполне удовлетворительное объяснение то­го, как возникает большинство землетрясений, дается в рамках теории, называемой тектоникой плит. Ее основная идея заклю­чается в том, что внешняя оболочка Земли (называемая литосфе­рой) состоит из нескольких крупных и прочных пластин, которые называют плитами. Десять самых больших таких плит показаны на карте, приведенной на рис. 4.

Каждая плита уходит на глубину примерно 80 км, плиты перемещаются относительно друг друга по поверхности подсти­лающих более мягких пород. В краевых частях каждой плиты, там, где она соприкасается с другими плитами, горные породы оказываются под действием больших деформирующих (текто­нических ) сил, вызывающих в них физические и даже химические изменения. Именно на краях плит геологические структуры Зем­ли подвергаются наибольшему воздействию сил, возникающих в результате движения и столкновения плит, и именно там про­исходят самые крупные геологические преобразования.

Геофизические наблюдения показывают, что система плит, показанная на рис. 4 и относящаяся к настоящему времени, не является постоянной, а испытывает постепенное изменение. В срединно-океанических хребтах непрерывно происходит подъ­ем магмы. Застывая, она становится новым морским дном и дви­жется в разные стороны от хребта. Таким образом плиты разра­стаются и перемещаются с одной и той же скоростью подобно лентам гигантского конвейера, остывая и старея по мере удаления от хребтов. Поэтому срединно-океанические хребты называют зонами разрастания («спрединга») океанического дна.

Эти зоны нанесены на карту, показанную на рис. 4. Заметьте, что ни одна из линий эпицентров не имеет непрерывного линей­ного простирания: все они нарушены прерывистыми горизон­тальными смещениями. Последние соответствуют особого рода горизонтальным сдвигам (см. гл. 3), которые возникают между двумя блоками земной коры. На обоих своих концах сдвиги ме­няются, «трансформируются» в результате образования вдоль хребта нового океанического дна. Такие сдвиги называются трансформными разломами*), и вдоль них наблюдается много землетрясений.

Что же происходит со старыми плитами, если все время со­здаются новые? Поскольку на протяжении весьма длительных

/-вулканы, 2-зоны землетрясений, 3-зоны субд>кции (поддвига), 4 — направление движения плит, 5-зоны разрастания дна вдоль океани­ческих хребтов, смещенные фансформными разломами, 6-зоны столкновения илш

периодов геологического времени Земля, вероятно, сохраняет од­ни и те же размеры, большие участки движущихся плит должны где-то поглощаться. Предполагается, что местом «погребения» плит служат океанические желоба, которые располагаются перед надвигающимися на них материками или островными дугами. В таких местах, называемых зонами субдукции, поверхностные породы заталкиваются в глубь Земли (см. рис. 3 в гл. 5). На больших глубинах температура и давление возрастают, погру­жающаяся литосфера постепенно перерабатывается и в конце концов ее материал ассимилируется породами более глубоких недр.

В настоящее время плиты, включающие в себя Африку, Ан­тарктиду, Северную и Южную Америку, растут, а Тихоокеанская плита становится меньше. На основе такой картины наша Земля представляется изменчивой, подвижной планетой, а землетрясе­ния, происходящие вдоль океанических хребтов, считаются свя­занными с ростом плит. Вдоль этих подводных горных цепей об­наружено множество поверхностных разрывов и обрушенных блоков; именно при таком дроблении пород высвобождается энергия землетрясений. Там, где плиты сталкиваются, как бы «бодая» друг друга, образуются огромные горные цепи (такие как Гималаи или альпийский пояс Средиземноморья), что сопрово­ждается почти непрерывной сейсмической активностью.

Когда в районе океанического желоба плита изгибается вниз, в ней образуются трещины и разрывы, возбуждая мелкофо­кусные землетрясения. В процессе ее погружения создаются до­полнительные напряжения, которые приводят к дальнейшим де­формациям и дроблению, в результате чего происходят глубоко­фокусные землетрясения. Гипоцентры таких землетрясений, возникающие вдоль опускающейся плиты, образуют ту самую наклонную сейсмическую зону удивительно правильной формы (зону Беньоффа), о которой мы уже говорили раньше (см. рис. 3). В конце концов на глубине 650-700 км либо материал плиты полностью поглощается глубинными породами и смешивается с ними, либо его свойства меняются настолько, что сейсмическая энергия больше не может выделяться.

Из описанной выше общей геологической теории следует ряд выводов, помогающих понять природу землетрясений.

Во-первых, на краях взаимодействующих плит должно проис­ходить гораздо больше землетрясений (так называемые межпли-товые землетрясения), чем во внутренних частях плит. Однако, как показывает карта на рис. 4, землетрясения на плитах все же бывают, но никакого логичного объяснения этим землетрясе­ниям тектоника плит не дает. Такие внутриплытовые землетрясе­ния возникают, очевидно, под действием более локальной систе­мы напряжений, связанных, возможно, с изменениями темпера­туры, глубины залегания и прочности поверхностных пород. Ряд землетрясений такого рода отмечен и в США. Самые крупные из них-серия сильнейших землетрясений, обрушившихся на район Нью-Мадрида в штате Миссури в 1811-1812 гг. (см. рис. 1 в гл. 7). Они причинили серьезный ущерб этому району и ощу­щались даже в столице США Вашингтоне. Возможно, эти земле­трясения были вызваны огромной тяжестью аллювиальных от­ложений, распространенных вдоль всего бассейна реки Миссиси­пи от Мексиканского залива до окрестностей Нью-Мадрида, а возможно и интрузиями плотных горных пород, взброшенных в этом районе по разломам.

Во-вторых, из-за того, что на плиты действуют силы разных направлений (см. рис. 4), механизм и размеры очагов землетрясе­ний оказываются различными в разных частях плиты (см. гл. 3).

Только около 10% возникающих на Земле сейсмических толчков происходит в пределах глобальной системы океанических хребтов, и они дают всего лишь около 5% сейсмической энергии всех зе­млетрясений мира.

При сейсмических толчках, возникающих под океаническими желобами, выделяется более 90% мировой сейсмической энергии мелкофокусных землетрясений и большая часть энергии промежу­точных и глубокофокусных землетрясений. Большинство круп­нейших землетрясений , таких как Чилийское 1960 г. и Аляскин­ское 1964 г., возникло в зонах субдукции в результате поддвига-ния одной плиты под другую.

В-третьих, громадные размеры плит (показанных на рис. 4) и устойчивая скорость их разрастания дают основание считать, что на краях плиты темп проскальзывания должен оставаться в среднем постоянным в течение многих лет. Следовательно, ес­ли в двух районах, расположенных вдоль какого-либо желоба на некотором расстоянии один от другого, происходит такое про­скальзывание, вызывая землетрясения, то можно ожидать, что такой же процесс происходит и в промежутке между ними. Это позволяет предположить, что выявленные за весь период наблю­дений закономерности в расстояниях и промежутках времени между сильными землетрясениями, возникающими вдоль границ крупной плиты, по крайней мере приблизительно указывают на то место, где в скором времени могут произойти другие сильные землетрясения.

Схема такого рода для границ Тихоокеанской и Карибской плит показана на рис. 5. На ней жирными штрихами показаны места разрывов, которые должны были возникнуть при неко­торых крупных землетрясениях в последнее время. Если нанести на эту схему все эпицентры таких мелкофокусных землетрясений за последние 30-40 лет, то они покроют многие участки границ этих двух плит. Однако останутся зоны сейсмического молчания (на схеме они представлены промежутками между жирными штрихами сейсмического пояса), в которых, возможно, и про­изойдет в будущем подвижка плит, а следовательно, возникнут сильные землетрясения. В пределах Калифорнии имеется такая зона: она располагается на разломе Сан-Андреас между района­ми Сан-Францисского землетрясения 1906 г. на севере и Форт-Те-хонского 1857 г. на юге. Заметим, что для восточного и южного краев Карибской плиты нет исторических данных о крупных мел­кофокусных землетрясениях: это означает, что никакие предполо­жения о сейсмической опасности в протяженных «тихих» зонах не имеют здесь веских оснований.

Нарушение поверхности грунта при оползне в районе Тернагейн-Хайтс во время Аляскинского землетрясения 27 марта 1964 г. (С разрешения Береговой и геодезической службы США.)