Новые данные о сейсмичности северной части Урала

Уральский складчатый пояс характеризуется относительно слабой сейсмичностью и редко возникающими здесь землетрясениями. Подавляющее большинство землетрясений локализованы в пределах средней и южной частей, в так называемой Среднеуральской области повышенной сейсмичности [3], охватывающей восточную часть Восточно-Европейского кратона и Среднеуральскую область горно-складчатого пояса. Сведений о природной сейсмичности севера Урала до недавнего времени не было.

Это распределение объясняется различиями в геологическом строении. На Среднем и Южном Урале в районах развития карстовых пустот происходят обвальные или обвально-карстовые (карстово-провальные) землетрясения. Также концентрация сейсмических событий обусловлена и тем, что по сравнению с северной частью Средний и Южный Урал являются более развитыми горнодобывающими регионами, промышленными центрами, с крупными агломерациями и гораздо большей плотностью населения. Горные работы вызывают интенсивные техногенные процессы, прежде всего различные проявления сейсмичности (наведенная сейсмичность, которая включает в себя возбужденную и триггерную, горно-тектонические удары и т. п.). Техногенная нагрузка северной части Урала гораздо меньше. Слабая сейсмичность здесь обусловлена малой скоростью деформации земной коры на современном этапе.

В статье нами рассматриваются зафиксированные инструментально сейсмические события природного характера — землетрясения, произошедшие на Полярном, Приполярном и Северном Урале 24 декабря 2012 г., 28 января 2014 г., 4 января 2015 г. и 21 марта 2015 г. (рис. 1).

Рис. 1 . Фрагмент структурно-тектонической карты Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции [9] с эпицентрами уральских землетрясений

Fig. 1. Fragment of structural-tectonic map of Timan-Pechora oil and gas province [8] with epicenters of Ural earthquakes

Материалы и методы исследования

На территории Республики Коми функционируют три сейсмологических пункта Института геологии (ИГ) Коми НЦ УрО РАН — в г. Сыктывкаре (SYK), в с. Грива (GRV) и в с. Пожег Усть-Куломского района (PZG — установлена в декабре 2014 г.) (рис. 2). Станции оснащены регистраторами SDAS и UGRA (ООО «НПП Геотех+», Обнинск совместно с ГС РАН) и короткопериодными сейсмометрами (0.1—20 Гц) СМ3-КВ с 16-разрядным (SDAS) и 24-разрядным (UGRA) АЦП.

Кроме собственных сейсмических записей в обработку привлекались данные сейсмических станций Пермской, Архангельской сети Геофизической службы (ГС) РАН и Института экологических проблем Севера УрО РАН, Кольского филиала ГС РАН (Апатиты), сейсмической станции Арти (ARU) (международной сети IRIS совместно с ГС РАН, Обнинск), а также финских и норвежских сейсмологических сетей (рис. 2). Станции соседних сейсмологических центров ГС РАН гг. Пермь, Архангельск и Апатиты являются важной составляющей в регистрации землетрясений на территории Республики Коми.

В настоящее время без привлечения сейсмических записей соседних сейсмологических центров расчет координат и параметров эпицентров сейсмических событий невозможен по причинам:

• —    плохого окружения эпицентров из-за малого количества сейсмостанций, недостаточного для определения положения эпицентра и их размещения в южных районах республики;

• —    низкого соотношения сигнал/помеха, связанного с высоким уровнем техногенных помех в районе установленных сейсмических станций;

• —    нестабильности работы устаревшей сейсмической аппаратуры.

Обработка записей сейсмических событий выполнялась в программном комплексе WSG (разработка Геофизической службы РАН и ООО «НПП Геотех+») с использованием годографа для Восточно-Европейского кратона по данным Международного центра данных CTBTO IDC (Австрия) [16—24], по методике, принятой в ГС РАН. Нами также проводились расчеты по годографу для ВосточноЕвропейского кратона по данным Ю.К. Щукина [7, 13]. Стоит отметить практически полную сходимость координат эпицентров уральских землетрясений, рассчитанные по этим двум годографам, разница в локации эпицентра составляет 12 км. По годографу Ю. К. Щукина гипоцентры исследуемых событий располагаются на глубине 5 км.

Результаты

24 декабря 2012 г. на севере Республики Коми, южнее г. Воркуты, под аллохтонным горным массивом Пай-ер произошло сейсмическое событие (рис. 1). В обработке землетрясения использовались записи сейсмических станций ГС РАН: Архангельской сети — AMD (Амдерма), KLM (Климовская), PRG (Пермогорье), Пермской сети — PR1 (Романово), PR3 (Кунгур), PR4 (Власы), Кольского Филиала (КФ) ГС РАН — APA0 (Апатитский ARRAY), а также записи норвежских станций ARA0 (ARCESS Array) и SPA0 (Spitsbergen Array, Norway) и сейсмостанции Сыктывкар (SYK). Ближайшая к эпицентру сейсмостанция — AMD (3.2°), самая удаленная — Spitsbergen Array (17.7°). На рис. 3 представлены записи землетрясения 24 декабря 2012 г. различными сейсмологическими станциями.

Рис. 2. Расположение сейсмостанций, привлекаемых для обработки сейсмических событий

Fig. 2. Location of seismic stations involved in the processing of seismic events

Параметры землетрясения, рассчитанные нами: время в очаге (t0) 06h22m39s, координаты 66.768N, 64.360E, очаг расположен на глубине h=11 км, магнитуда Ms=3.7. Данное событие зафиксировано большим количеством сейсмостанций по всему миру и были получены решения в ряде сейсмологических центров (табл. 1). На сайте Международного сейсмологического центра (ISC, Англия) [25] представлен бюллетень землетрясения 24 декабря более чем по 80 станциям со всего мира с эпицентральными расстояниями от 3.25° (Dmin) до 83.86° (Dmax) и азимутальным окружением 9—359°. Максимальная азимутальная брешь (Gap) составила 47°. Число используемых фаз — 174.

Ближайшими населенными пунктами к эпицентру землетрясения 24 декабря 2012 г. являются поселки Сивая Маска и Елецкий, расстояния до эпицентра составили 80 и 33 км соответственно. Нами были сделаны запросы в эти населенные пункты. Макросейсмическое обследование показало, что сейсмическое событие жителями там не ощущалось. Вероятно, это объясняется тем, что поселки представляют собой железнодорожные станции, где постоянно курсируют поезда, тяжелая техника, тем более что землетрясение произошло в понедельник, в рабочее время (10:22:39 по местному времени). Стоит также учитывать слабую заселенность рассматриваемого района, что усложняло опрос жителей.

06:24:00                                                        06:27:00                                                        06:30:00

Рис. 3. Фрагменты записей вертикальной компоненты землетрясения 24 декабря 2012 г., расположенные по времени прихода первой фазы

Fig. 3. Fragments ofrecords with vertical component of earthquake on December 24,2012, located at the time of arrival ofthe first phase

Землетрясение 24 декабря 2012 г. произошло в 80 км южнее Воркутинского горно-промышленного узла, поэтому были проведены исследования с целью определения природы данного сейсмического события [6]. Для этого на записях сейсмической станции AMD использовалась совокупность критериев, разработанных в Кольском филиале ГС РАН (Апатиты) и программное обеспечение В. Э. Асминга [1, 5]. По результатам выполненного анализа, событие 24 декабря 2012 г. с большой долей вероятности является тектоническим и его следует рассматривать как природное.

Землетрясение 24 декабря произошло под северной частью Войкаро-Сынинского офиолитового аллохтона. Эпицентр расположен в зоне выхода на поверхность суту-ры Главного Уральского надвига (рис. 1), сместитель которого полого наклонен на восток. Согласно сбалансированному геолого-геофизическому профилю «Полярноуральский трансект» [15], очаг на глубине 11 км располагается в сместителе Фронтального надвига того же наклона, который выходит на поверхность в 30 км северо-западнее (рис. 4).

28 января 2014 г. произошло землетрясение на Северном Урале. Событие зарегистрировано сейсмостанциями «Сыктывкар» (SYK) и «Грива» (GRV), а также станциями сейсмической сети Урала — SVUR (Североуральск), PR7R (Сараны), PR1 (Романово), PR3 (Кунгур), Архангельской сети — LSK (Лешуконское), AMD (Амдерма) и станцией «Арти» (ARU) (рис. 5). Записи данных станций и были задействованы в обработке события. Эпицентральное расстояние до станций SYK и GRV — 475 км и 515 км соответственно.

Параметры землетрясения, полученные нами: t0=04h41m38s, координаты 62.361N, 59.539E, h=5 км, локальная магнитуда ML=3.4, энергетический класс Рау-тиан Кр=9.9. В табл. 2 приведены также решения события 28 января по данным определений Архангельской и Пермской сейсмологических сетей. Событие слабое, информации о нем на сайтах зарубежных служб нет.

По нашим расчетам, эпицентр располагался в 20 км севернее истоков р. Печоры, 47 км западнее пос. Усть-Манья. При личной беседе с инспекторами охраны Печоро-Илычского госзаповедника, кордонов Полой, Собинская,

Таблица 1

Параметры землетрясения 24 декабря 2012 г. по данным различных сейсмологических центров

Parameters of earthquake on December, 24, 2012, from various seismic centers

ГЗУН- Главный Западноуральский надвиг, ФН- Фронтальный надвиг, ГУН- Главный Уральский надвиг (Р2зсутура)

Рис. 4. Фрагмент геолого-геофизического профиля по [15] с вынесенным эпицентром и гипоцентром сейсмического события 24 декабря 2012 г. (составили В. В. Юдин, Д. Н. Ремизов, 2014 г.)

Table 1

Сеть Net Время в очаге, t0 Time in focus, tn

Fig. 4. Fragment ofgeological-geophysical profile by [15] with rendered epicenter and hypocenter of seismic event on December 24,2012 (сompilers V. V. Yudin, D. N. Remizov, 2014)

Шайтановка и Шежым (Печорский), которые в это время находились на кордонах, выяснилось, что событие не ощущалось.

В тектоническом отношении эпицентр землетрясения 28 января 2014 г. был расположен в западной части

Присалатимского аллохтона, ограниченного Фронтальным надвигом восточного наклона (рис. 1). Характер деформационных структур в батиальном комплексе Присалатимского аллохтона определяется наличием сжатых асимметричных многопорядковых складок с восточным

04:42:39                       04:43:21                       04:44:03                       04:44:45

Рис. 5. Фрагменты сейсмограмм вертикальной компоненты землетрясения 28 января 2014 г., расположенные по времени прихода первой фазы

Fig. 5. Fragments of records with vertical component of earthquake on January 28, 2014, located at the time of arrival of the first phase

Таблица 2

Параметры землетрясения 28 января 2014 г. по данным различных сейсмологических центров

Table 2

Parameters of earthquake on January, 28,2014, from various seismic centers

Сеть Net Время в очаге, t0 Time in focus, tn (p, "N X, °E M h, km ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар Institute of geology, Komi SC, UB RAS Syktyvkar 04:41:38 62.361 59.539 ML 3.4 Kp9.9 5 ГС РАН, Архангельск [12] GS RAS, Archangelsk 04:41:43 62.32 59.08 ML3A 5f ГС РАН, Пермь GS RAS, Perm 04:41:43 62.19 59.53 ML ЗА lOf падением осевых поверхностей и большого количества субпараллельных им взбросо-надвиговых сместителей. Очаг землетрясения находился на глубине 5 км. О его структурном положении можно судить по геологическому разрезу на рис. 35 в монографии [14]. Анализ структур показывает, что гипоцентр, по-видимому, связан с унаследованной подвижкой по древнему Осевому надвигу, который выходит на поверхность в 20 км западнее эпицентра.

4 января 2015 г. сейсмическими станциями в с. Пожег (PZG) и с. Грива (GRV) было зарегистрировано (рис. 6) сейсмическое событие на Приполярном Урале . Удаленность от эпицентра до станций составляет 430 км и 675 км соответственно. Землетрясение зафиксировали практически все сейсмические станции России (от близко расположенных до Чукотки (BILL) А=37.88° и Приморского края (USRK) А=43.57°, а также зарубежные сейсмические сети Нигерии, Таиланда, Кореи, Канады, Америки и многих других стран (табл. 3).

Рис. 6. Фрагменты записей вертикальной компоненты землетрясения 4 января 2015 г. сейсмическими станциями Пожег (PZG) и Грива (GRV)

Fig. 6. Fragments of records with vertical component of earthquake on January 4, 2015, from seismic stations Pozheg (PZG) and Griva (GRV)

Таблица 3

Параметры землетрясения 4 января 2015 г. по данным различных сейсмологических центров

Table 3

Parameters of earthquake on January, 4, 2015, from various seismic centers

Сеть Net Время в очаге, t0 Time in focus, t0 Ф, "N VE M h, km ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар Institute of geology, Komi SC, UB RAS, Syktyvkar 13:58:06 64.552 60.720 Ж 4.8 Kp 12.3 14 ССД (ГС РАН, Обнинск) (GS RAS, Obninsk) 13:58:03 64.36 60.44 mb 4.2/13 10 ГС РАН, Архангельск GS RAS, Archangelsk 13:58:05 64.49 60.49 Aft 4.8 lOf IRIS (США, USA) 13:58:05 64.4 60.51 4.4 14.9 EMSC (Франция, France) 13:58:04 64.44 60.64 mb 4.4 10 USGS (США, USA) http ://www. orfeus- 13:58:05 64.41 60.53 mb 4.4 13.6 NEIC (США) 13:58:05 64.4010 60.51 4.4 14 ЮС(Австрия, Austria) 13:58:03.96 64.5056 60.7029 mb 3.8 O.Of NNC (Казахстан, Kazakhstan) 13:58:14.29 63.9289 60.7927 mb 3.9 37 GFZ (Германия, Germany) http://www. orfeus- 13:58:05.10 64.65 61.20 mb 4.5 10 NORSAR (Норвегия, Norway) 13:58:10.93 64.998 59.023 4.81

Обобщение имеющихся данных по этому событию выполнено в Международном сейсмологическом центре [25]. Согласно бюллетеню ISC, параметры землетрясения определены в пяти сейсмологических центрах, а общее число записавших его станций составило 66, на расстояниях Dmin=8.01°, Dmax=73.62° и практически полным азимутальным окружением 5.2—354.5°, Gap=38°. Число используемых фаз — 174.

Анализ координат, полученных разными службами (за исключением автоматической обработки NORSAR и NNC), показывает достаточно хорошую согласованность в локации. Эпицентр землетрясения расположен на водоразделе рек Манья и Народа, в 35 км север-северо-запад-нее от пос. Саранпауль.

Расчет параметров и локация события выполнялись по записям 15 сейсмических станций: Пожег (PZG), Гри- ва (GRV), Североуральск (SVUR), Амдерма (AMD), Сараны (PR7), Лешуконское (LSK), Верхнечусовские городки (PRO), Кунгур (PR3), Свердловск (SVE), Арти (ARU), Уфа (BA1R), Климовская (KLM), Соловки (SLV), Земля Франца-Иосифа (ZFI), а также финской станции Сумиайнен (SUF). Станции удалены на расстояния от 3.9 до 16.7° в азимутальном створе 180.4—352.7°.

Параметры землетрясения, полученные нами: t0=13h58m06s, координаты 64.552N, 60.720E, ML=4.8, Кр=12.3, h=14 км. Результаты обработки различными сейсмологическими центрами также приведены в табл. 3. На записях события станций PZG и GRV присутствуют объемные волны Pn, Pg, Sn, Sg, а также ярко выраженные поверхностные (рис. 6).

Эпицентр землетрясения 4 января 2015 г. на Приполярном Урале был расположен в присутурной зоне Главного Уральского надвига, имеющего восточное падение (рис. 1). Учитывая 14-километровую глубину положения гипоцентра под ним, фокус землетрясения может быть связан с унаследованным смещением во Фронтальном надвиге, который выходит на поверхность в 20 км западнее, или с оперяющими разрывами Осевого надвига, выходящего еще западнее (рис. 1).

21 марта 2015 г. произошло землетрясение в бассейне р. Илыч, на западе Северного Урала (рис. 1), в Троицко-Печорском районе Республики Коми. Событие зарегистрировали станции ГС РАН соседних регионов — Архангельской, Свердловской областей и Пермского края (табл. 4). Записи этих сейсмологических центров, а также финских станций Оулу (OUL) и Йоэнсуу (JOF) и были задействованы в обработке.

Локации и расчет параметров сейсмического события проводились по сейсмограммам 10 станций: Пожег (PZG), Североуральск (SVUR), Грива (GRV), Сараны (PR7), Власы (PR4), Кунгур (PR3), Лешуконское (LSK), Амдерма (AMD), Оулу (OUL) и Йоэнсуу (JOF) (рис. 7), с эпицентральными расстояниями 220—1580 км в азимутальном створе 9.9—295.1°. Станция PZG была ближайшей к эпицентру события (А=2°). Параметры землетрясения, рассчитанные в WSG: t0=14h14m19s, 62.926N, 58.221E, ML=3.1, Кр=9.4, h=12 км. В табл. 4 также приведены основные параметры землетрясения 28 января по данным определений Архангельской и Пермской сейсмологических сетей.

Нами были разосланы анкеты в Троицко-Печорский район для получения макросейсмических сведений. Оп рос местного населения в ближайших к эпицентру землетрясения населенных пунктах результатов не дал.

Эпицентр землетрясения 21 марта 2015 г. располагался в 75 км южнее истоков р. Илыч. Тектонически эпицентр находился в Западной структурной зоне Урала (рис. 1). Исходя из ранее построенных геологических разрезов и тектонических карт [14], мы делаем вывод, что гипоцентр на глубине 12 км приурочен к зоне Главного Западноуральского надвига. Он имеет восточное падение сместителя и выходит на поверхность в 30 км западнее от эпицентра (рис. 1).

Обсуждение результатов

В геолого-тектоническом отношении эпицентры землетрясений расположены у главных региональных или оперяющих их надвигов. Гипоцентры могут быть связаны с унаследованными смещениями во Фронтальном, Осевом и Главном Западноуральском надвигах структурного комплексауралид.

Современный Уральский ороген является в значительной мере неотектонической структурой неоуралид [14]. Анализ характера дизъюнктивных дислокаций территории подтверждает вывод о главенствующей роли горизонтальных перемещений коры в формировании современной структуры. Поэтому фиксируемые сейсмические события на Урале, возможно, обусловлены современной активизацией покровно-складчатой структуры Урала.

Наблюдения на станциях спутниковой геодезической сети (GPS) показывают, что горизонтальные перемещения Урала происходят и в настоящее время. Измерения горизонтальных движений на севере Урала указывают на то, что смещение происходит в основном на восток с небольшим отклонением по сдвиговой компоненте на север или юг [11]. Зафиксированный палеомагнитными методами и начавшийся в девоне поворот Урала (по часовой стрелке), судя по ориентировке азимутов максимальных напряжений верхней части земной коры Урала, продолжается и в настоящее время [2, 8].

На Северном — Полярном Урале ведущую роль занимают покровно-надвиговые структуры уралид, по поверхности которых, вероятно, и происходит разрядка современных напряжений. Северная часть Урала деформировалась не в едином региональном тектоническом поле напряжений. По данным Л. А. Сим, субгоризонтальная ось сжатия меняет свое простирание от широтного на Северном через северо-западное на Приполяр-

Таблица 4

Параметры землетрясения 21 марта 2015 г. по данным различных сейсмологических центров

Parameters of earthquake on December, 24, 2012 from various seismic centers

Table 4

Время в очаге, t0 Time in focus, t„ Ф, "N VE ML h, km ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар Institute of geology, Komi SC, UB RAS, Syktyvkar 14:14:19 62.926 58.221 3.1 ^>9.4 12 ГС РАН, Архангельск GS RAS, Archangelsk 14:14:22 63.03 58.15 3.3 lOf ГС РАН, Пермь GS RAS Perm 14:14:43 60.65 54.79 2.9

Рис. 7. Фрагменты записей вертикальной компоненты землетрясения 21 марта 2015 г., расположенные по времени прихода Р-волны

Fig. 7. Fragments of records with vertical component of earthquake on March 21, 2015, located at the time of primary wave arrival ном до субмеридионального на Полярном Урале [9]. Восстановленное новейшее поле напряжений носит унаследованный характер. Данными GPS-мониторинга также подтверждается гипотеза сжатия массивов Северного Урала [11].

Зарегистрированные инструментально землетрясения являются верхнекоровыми. Гипоцентры их находятся на глубинах 5—14 км, что может быть обусловлено смещением по ранее заложенным аллохтонным пластинам тектонических покровов Урала.

Выводы

В целом территория Полярного, Приполярного и Северного Урала характеризуется рассеянной сейсмичностью. Сейсмическая активность здесь низкая, что, веро ятно, объясняется малой скоростью деформации земной коры на современном этапе [3]. Фиксируемые слабые сейсмические события на Урале могут быть обусловлены горизонтальными напряжениями в древних покровноскладчатых структурах уралид. Современные землетрясения севера Урала, возможно, вызваны горизонтальными движениями по поверхностям надвигов, что соответствует глубинам гипоцентров 5—14 км.

Общеизвестно, что землетрясения являются одним из наиболее ярких проявлений современной тектонической активности. Сейсмологические наблюдения, проводимые на территории Республики Коми, имеют важное значение для изучения геодинамической активности региона и решения геоэкологических задач. Для сейсмологического мониторинга, надежной регистрации локальных и регио- нальных сейсмических событий необходима модернизация и расширение сети сейсмостанций в Республике Коми. Это позволит более обоснованно подходить к решению сложных проблем, в том числе аварий в шахтах Воркутского угольного бассейна.

Автор глубоко признателен коллегам из ГС РАН Апатитов, Архангельска и Перми за предоставленные записи сейсмических событий.

Работа проводится в рамках программы фундаментальных научных исследований № 15-18-5-57«Главный Уральский разлом и его обрамление как индикаторы многостадийной эволюции аккреционно-коллизионного Уральского орогена».