Сейсмичность Каспийского региона и колебания уровня Каспия

Основной вклад в количество выделенной сейсмической энергии вносят сильнейшие землетрясения. Больше всего их произошло в очаговых областях западной и южной окраины Южно-Каспийской впадины и её горного обрамле­ния.

1946 r.cMj = 7,0 - на 20 см, за Горганским 1890 г. с Ms = 7,2 - на 10 см. Подъем уровня на 8 см имел место через несколько месяцев после Шемахинского земле­трясения 1902 г. с Ms = 6,9, а Рудбарское землетрясение 1990 г. с Ms = 7,4 в За­падном Эльбурсе сопровождалось ускорением подъема..

Итак, все землетрясения с Ms > 6,5, характеризуемые наибольшими разме­рами очагов и зон структурного воздействия, сопровождались подъемом уров­ня моря. Среди событий с Ms = 6,0-6,4 и соответственно меньшими размерами очагов, 100-процентное совпадение с подъемом уровня показали лишь земле­трясения с эпицентрами в море или близко от берега, тогда как среди более удалённых от Каспия землетрясений совпадение обнаружилось лишь для 60% событий.

Такой эффект сильнейших землетрясений, отмеченный в Каспийском реги­оне и другими исследователями [Шило, 1989; Шило, Кривошей, 1989; Уломов и др., 1999], можно считать результатом остаточной сейсмической деформации (разуплотнения) на дне моря, возможно, дополняемой быстрым поступлением в водоём подземных вод. Подобный деформационный эффект подтверждают по­вторные геодезические наблюдения в областях сильнейших землетрясений и выполненные на их основе расчёты [Певнев, 1999].

У более слабых землетрясений площадь очага меньше и, соответственно, деформационное воздействие на уровень моря существенно слабее. Так, пло­щадь очага землетрясения 6 марта 1986 г. в Апшеронском пороге (M_s = 6,3) все­го 410 км2 [Голинский и др., 1989]. Следовательно, непосредственное воздейст­вие сильных землетрясений могло вызывать лишь сравнительно малоамплитуд­ные и непродолжительные изменения уровня моря.

Однако землетрясения и количество выделенной ими сейсмической энергии являются лишь частичным отражением деформационного эффекта современ­ных тектонических процессов. Это наиболее очевидно для так называемых «мягких» землетрясений [Кузнецова, 1995; Трифонов и др., 1986], которые представляют собой пиковое ускорение крипа, т.е. длительного и направленно­го перемещения, существенно превосходящего по своей амплитуде сейсмиче­скую подвижку, но справедливо и в отношении обычных «жестких» землетря­сений. В областях с разным геологическим строением вклад сейсмогенных под­вижек в тектонические движения различен. Для Центрального и Северного Ирана с мощной консолидированной частью коры он превышает 50% [Jackson, McKenzie, 1988]. Подобная оценка может быть принята для восточного побере­жья Каспия, т.е. провинций II и отчасти VII. В глубоких осадочных бассейнах ти­па Месопотамского прогиба и Внешнего Загроса, к которым по многим призна­кам близки Дербентский прогиб и впадина Южного Каспия, рассчитанный вклад меньше 10% [Jackson, McKenzie, 1988]. В низах коры и верхах мантии он, вероятно, ещё меньше.

Чтобы оценить связь колебаний уровня Каспия с вариациями сейсмичности провинций, мы, опираясь на имеющийся опыт [Голубов, 1994], в первую оче­редь определили число землетрясений с Ms> 4,9 в каждой из провинций в тече-

Рис. 182. Сопоставление стадий изменения уровня Каспия с числом произошедших землетря­сений cM_sS 4,9--(a)и средним ежегодным выделением сейсмической энергии в эти стадии (б) [Иванова, Трифонов, 2002]

Линии на графиках: 1- обобщающая линия изменений уровня Каспия по стадиям; 2- наиболее зна­чительные колебания уровня внутри стадий; 3,4- число землетрясений (л) и логарифм ежегодного сре­днего количества выделенной сейсмическойэнергии (lg е, дж) в течение каждой стадии: 3- в провинци­ях П, IV и V, 4- в провинциях I, Ш, VI и VII

Fig. 182. Correlation of, stages of the Caspian level changes with number of earthquakes with M_s>4,9 (a) and average annual seismic energy, released during these stages (б) [Иванова, Трифонов, 2002]

Lines in the graphs: 1 - coarsened line of the Caspian level changes from stage to stage; 2 - the largest sea level variations within the stages; 3,4 - number of earthquakes (n) or logarithm of the average annual released seismic energy (lg e, j.) during every stage: 3 - in the provinces П, IV, and V, 4 - in the provinces I, III, VI and VII

ние 7 стадий изменения уровня моря (без учёта его мелких колебаний). Это ста­дии спада до 1853 г., подъёма в 1854-1883 гг., практически стабильного положе­ния в 188Ф-1910 гг., значительных колебаний на фоне слабого спада в 1911-1929 гг., непрерывного быстрого понижения в 1930-1940 гг., колебаний на фоне общего слабого понижения в 1941-1977 гг. и непрерывного интенсивного подъёма в 1978-1997 гг. По тенденции изменения числа землетрясений провин­ции объединились в две группы (рис.

В качестве такого показателя была выбрана удельная сейсмическая энергия (сейсмическая мощность), т.е. средняя величина энергии, выделенной землетря­сениями в год. Были определены величины сейсмической мощности каждой провинции в течение упомянутых выше стадий изменения уровня Каспия. Мак­симальная сейсмическая мощность характеризует 1884-1910 тг. - стадию ста­бильного стояния моря на наивысших отметках.

По особенностям дальнейшей активизации провинции разделились на две группы. Первую группу составили Дербентская, Нижнекуринская и Горганская впадины и зона Южного склона Кавказа (провинции I, III, VI, VII), а вторую группу - юг Карабогазского свода, Апшеронский порог, Талыш-Эльбурсское побережье и прилегающая часть акватории Южного Каспия (провинции II, IV, V). Как видно на рис. 182, б, в стадию короткопериодных колебаний уровня на

Рис. 183. Сопоставление кривой колебаний уровня Каспия с ежегодным средним количест­вом сейсмической энергии, выделенной в провинциях I—VII в фазы подъёма, опускания и ста­бильного положения уровня моря [Иванова, Трифонов, 2002]

1-3 - фазы колебаний уровня моря: 1- подъёма, 2 - опускания, 3 - стабильного положения. I-VΠ - сейсмотектонические провинции. Буквами помечен вклад сильнейших землетрясений: К - Красновод- ского 1895 г., Р - Рудбарского 1990 г. и Ш - Шемахинского 1902 г.

Fig. 183. Correlation of a curve of the Caspian level changes and average annual values of seismic ener­gy, released in the provinces I-VI1 during the phases of uplift, subsidence or stability of the sea level [Иванова, Трифонов, 2002]

1-3 - phases of the sea level changes: 1 - uplift, 2 - subsidence, 3 - stability.

фоне его небольшого спада (1911-1929 гг.) сейсмическая мощность провинций второй группы резко понизилась (lge = 12,6) и существенно уступала первой группе (lge = 14,8). В стадию устойчивого падения уровня моря на 1,8 м (1930-1940 гг.) происходит сближение показателей за счёт возрастания сейсми­ческой мощности провинций второй группы (lge = 14,1). В 1941-1977 гг., когда на фоне замедлившегося понижения уровня происходили его мелкие колебания, сейсмическая мощность провинций первой группы падает (lge = 14), а второй группы возрастает (lge = 15,1), что отражает снижение активности Дербент­ской, Нижнекуринской и Горганской очаговых зон и активизацию западного и южного побережий Южнокаспийской впадины и позднее Апшеронского поро­га. В последующую фазу устойчивого подъёма уровня Каспия (1978—1997 гг.) эта тенденция сохраняется: логарифмы удельной сейсмической энергии, выде­ленной в двух группах провинций, достигают соответственно значений 12,9 и 16,5. Осооеннн важным в этом разддлении ппеддтавляется различнне поввдднне провинций, где в сейсмичности оеоявяяется лишь малая доля деформационного эффекта тектоничдякчх оеоцдясов, - Дербентского прогиба и обрамлений Юж­нокаспийской впадины.

Поскольку выделенные стадии изменений уровня моря, за исключением 1930-1940 и 1978-1997 гг., включали и эпизоды колебаний уровня противопо­ложного знака, было выполнено более дробное сопоставление с ними количе­ства выделенной сейсмической энергии. Для этого мы разделили весь исследуе­мый интервал времени на отрезки разной продолжительности, но с одинаковым режимом изменения уровня Каспия: его подъёма и опускания со скоростями >0,05 мм/год или слабых колебаний с меньшими скоростями около некоего ста­бильного положения. Для каждой такой фазы была рассчитана удельная сейс­мическая энергия (рис. 183).

Оказалось, что в провинциях I, III и VI наибольшие её величины приходят­ся на фазы спада уровня моря.

Указанные различия в сейсмическом поведении провинций, в общем совпа­дающие с теми, которые обнаружились при сопоставлении сейсмичности со ста­диями изменений уровня моря, наглядно видны на гистограммах средней удель­ной сейсмической энергии, выделенной в провинциях во все фазы подъёма (36 лет), опускания (60 лет) и стабильного положения (58 лет) уровня моря (рис. 184). Провинции I, III, VI и VII характеризуются преобладающим выделе­нием сейсмической энергии в фазы понижения уровня Каспия. В провинциях II, IV и V наибольшее выделение сейсмической энергии происходит в фазы подъ­ёма уровня моря.

Сходные зависимости обнаружились при анализе распределения только глу­боких землетрясений (с гипоцентрами глубже 33 км), связанных с тектониче- окчмч процессами в низах коры и верхней мантии. Неточность оценки глубины гипоцентров и особенности физических свойств пород на указанных глубинах, при которых в сейсмичности проявляется лишь малая часть энергии тектониче­ских процессов, не оставляли возможности определения развития глубокой

Рис. 184. Среднее ежегодное количество сейсмической энергии, выделенной в провинциях I—VII во все фазы подъёма, опускания и стабильного положения уровня Каспия [Иванова, Трифонов, 2002]

Обозначение фаз см. на рис. 183. Вклад сильнейших землетрясений: Г - Горганского 1890г., К - Ка- занджикского 1946 г., Кр - Красноводского 1895 г., Р - Рудбарского 1990 г., Ш - Шемахинского 1902 г.

Fig. 184. Average annual values of seismic energy, released in the provinces I-VII during all stages of uplift, subsidence or stability of the Caspian level [Иванова, Трифонов, 2002]

See legend of the phases in fig. 183. Contribution of the strongest earthquakes: Г - Gorgan 1890, К - Kazandjik 1946, Kp - Krasnovodsk 1895, P - Rudbar 1990, and Ш - Shemakha 1902.

сейсмичности по изменению числа или энергии землетрясений во времени и по­зволили использовать лишь изменения отношений между числом событий в раз­ных провинциях. Добавим, что из 180 зарегистрированных глубоких землетря­сений 116 приходятся на 1978-1998 гг., что отчасти связано с улучшением реги­страции и параметризации сейсмичности.

Проведённый анализ показал, что большинство землетрясений в переход­ной зоне кора-мантия характеризуют активность глубоких частей тех же оча­гов, которые проявились в верхнекоровой сейсмичности. Сильнейшее Красно- водское землетрясение 1895 г. с глубиной гипоцентра 55 км радикально повли­яло на распределение глубоких землетрясений. На востоке региона наступило затишье, и первое глубокое землетрясение в районе г. Красноводска произош­ло лишь в 1970 г. До 1978 г. при минимуме глубокой сейсмичности на востоке региона относительно возрастала активность западных провинций Каспия, особенно Дербентского прогиба. Все события этого периода пришлись на ста­дии спада или стабильного положения уровня моря. Так, с 1902 по 1914 гг. в Дербентском прогибе произошли 5 глубоких землетрясений с M_s = 5,3-6,4 и 2 - в Нижнекуринской впадине (1910 г. - Ms = 5,7; 1924 г. - Ms -6,4). Падение уровня Каспия в 1930-1940 гг. ознаменовалось двумя сильными землетрясени­ями (M_s = 6,2-6,3) на обоих бортах Дербентского прогиба. На фоне последую­щего более слабого спада и стабильного положения уровня Каспия проявляет­ся глубокая сейсмичность и в Талыш-Эльбурсских очагах, но по-прежнему сильнейшие землетрясения 1961, 1963 и 1968 гг. (Ms = 5,4-6,2) приурочены к Дербентскому прогибу.

Радикальное изменение обстановки глубинного сейсмогенеза в стадию подъёма уровня моря в 1978-1997 гг. проявилось в резком сокращении числа землетрясений в Дербентской и Нижнекуринской очаговых зонах и зоне Южно­го склона Кавказа и возрастании их числа в восточной части Южного Каспия и его горном обрамлении (до 12%) и особенно Апшеронском пороге (до 23% от общего числа событий). В Талыш-Эльбурсских очагах относительное число со­

бытий немного сократилось, но при этом ввзеосяа доля землетрясений в самой глубоководной впадине (17%) и на побережье (23% от числа событий в провин­ции). В 1978-1981 гг., когда подъём уровня был особенно еыооеым, все глубо­кие землетрясения провинции происходили в этих районах. В провинции VII большинство глубоких землетрясений случилось в предгорьях Аладзга. Но са­мые значительные перемены имели место в Аптеро^ком пороге, где активи­зировался Ценоеaяьнокзяпийякчй очаг. Здесь и в смежной части провинции II произошло до 2/5 общего числа глубоких землетрясений региона. Таким обра­зом, пеедраяпрдддлднид активности глубоких частей сейсмических очагов сов­пало с изменением знака колебаний уровня Каспия, что свидетельствует о свя­зи последних с глубинными тектоническими процессами.

7.1.4.