Землетрясение 8 марта 2020 года в пределах Котласского грабена (Среднерусский авлакоген)

8 марта 2020 г. станции Института геологии имени академика Н. П. Юшкина Коми НЦ УрО РАН (ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН) «Пожег» (PZG) и «Сыктывкар» (SYK) зафиксировали близкое сейсмическое событие (рис. 1), которое, по нашим расчетам, произошло вблизи границы Архангельской области и Республики Коми. Данная территория характеризуются слабыми и редко возникающими землетрясениями. Сейсмические события локализованы преимущественно на юге республики, в тектоническом плане — на северо-востоке Русской плиты Восточно-Европейской платформы (ВЕП). В настоящее время на севере Русской плиты происходит слабая сейсмическая активизация в пределах ВолгоУральской антеклизы, Мезенской и Московской синеклиз [6, 9—12].

В последние два десятилетия проблеме сейсмичности платформенных областей уделяется особое внимание и посвящено множество работ [1, 6 и др.]. Все чаще появляются работы, в которых исследователи возвращаются к историческим землетрясениям [7, 8]. Ретроспективно проводится переопределение параметров, анализируются макросейсмические данные, сопоставляются с данными других источников. Зачастую новые решения эпицентров существенно отличаются от ранних исследований авторов. Это неудивительно, поскольку они основаны на большем числе исходных данных, корреляции инструментальных и исторических материалов, на новых методических подходах и скоростных моделях, более глубоком анализе современных возможностей и знаний.

Также интерес к платформенной сейсмичности связан с тем, что в разных структурах ВЕП ежегодно регистрируются слабые сейсмические события. Увеличение количества сейсмических событий обусловлено в том числе модернизацией сейсмологических наблюдений: улучшены регистрационные возможности аппаратуры и расширена сейсмологическая

Рис. 1. Схема расположение сейсмостанций, зарегистрировавших землетрясение 8 марта 2020 г. и его эпицентр

Fig. 1. The layout of the seismic stations that recorded the earthquake on March 8, 2020 and its epicenter сеть. Например, малоапертурной группой ИДГ РАН «Михнево» фиксируются сейсмические события малой магнитуды на территории ВЕП, причем в мощном осадочном слое [1], а сейсмической группой «Апатиты» и другими станциями Кольского филиала (Коф) Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» (ФИЦ ЕГС РАН) [13] не только контролируется собственная зона ответственности, но и регистрируются события с магнитудой 2.5 на территории Республики Коми, т. е. на расстояниях свыше 1000 км. Большая заслуга в осуществлении непрерывного сейсмического мониторинга северных регионов европейской части России также Архангельской сейсмической сети [19] ФИЦ ЕГС РАН (Обнинск) и Горного института УрО РАН (Пермь) [14].

Исходные данные и методы обработки

На территории Республики Коми сейсмические наблюдения осуществляются станциями ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН «Сыктывкар» (SYK) и «Пожег» (PZG), расположенными в г. Сыктывкаре и с. Пожег Усть-Куломского района соответственно. Станции оснащены короткопериодными сейсмоприемниками СМ-3КВ и цифровыми регистраторами SDAS и UGRA (разработка НПП «Геотех+» и ООО «Микросейсм» совместно с ФИЦ ЕГС РАН).

Определение основных параметров землетрясения производилось в программных комплексах WSG [5] методом минимизации невязок и NAS [17] методом Generalized beamforming. При вычислении параметров гипоцентра использовалась скоростная модель для ВЕП [24], дополненная глубокими слоями модели AK -135 [22]. Для расчета значений локальной магнитуды M L ( MWA ) применялся реализованный в программе WSG способ, основанный на осредненной по Северной Евразии калибровочной функции [3].

Кроме собственных записей привлекались волновые формы (рис. 2) станций: «Лешуконское» (LSH), «Пермилово» (PRM) Архангельской сейсмической сети; «Климовская» (KLM), «Романово» (PR1R) ФИЦ ЕГС РАН; «Верхнечусовские городки» (PR0R), «Екимята» (PR6R), «Сараны» (PR7R) Горного института УрО РАН (Пермь); «Ковда» (KVDA), сейсмической группы «Апатиты» (APA0) Коф ФИЦ ЕГС РАН; ARCESS Array (ARA0) норвежского центра NORSAR; «Киров» (KIRV) и «Арти» (ARTI) ФИЦ ЕГС РАН совместно с IDC CTBTO (Вена, Австрия), полученные через электронный ресурс корпорации IRIS (США) [21]. Таким образом, эпицентральные расстояния по 14 станциям составили от 130 (SYK) до 1304 км (ARA0), азимутальное окружение — 101—328°, максимальная азимутальная брешь — 133°. Конфигурация перечисленных сейсмостанций показана на рис. 1.

Результаты и обсуждения

В результате инструментальной обработки получены следующие параметры землетрясения 8 марта: координаты 62.578N, 49.122E, время в очаге 1 ₀ = = 23:29:39.4 (UTC), глубина h = 30 км, энергетический класс по Т. Г. Раутиан K p = 8.9, локальная магнитуда M L = 2.8, Ms = 2.0, эллипс ошибок Az Major = 40°, R minor = = 6.0 км, R _maj_or = 17.8 км. По нашим расчетам, землетрясение произошло в Ленском районе Архангельской области, в бассейне среднего течения р. Вычегды, в 5 км западнее места слияния р. Кидбъель с р. Яренга. Автоматической системой обработки норвежского сейсмологического центра NORSAR событие локализовано в Верхнетоемском районе Архангельской области, в 228 км от нашего эпицентра, и имеет параметры рассчитанные по 4 фазам станций APA, FIN и ARC: 62.18N, 44.79E, t 0 = 23:30:05, M = 2.5 [25].

Землетрясение произошло вблизи границы Архангельской области и Республики Коми. Ближай-

Рис. 2. Фрагменты записей z-компоненты землетрясения 8 марта 2020 г., расположенные по времени прихода первой фазы

Fig. 2. Fragments of records of the z-component of the earthquake on March 8, 2020, located at the arrival time of the first phase

шие к эпицентру населенные пункты: Усть-Очея Архангельской области (32 км от эпицентра), Вожский (29 км) и Вежайка (32 км) Республики Коми. В ходе телефонного разговора с сотрудниками школы пос. Усть-Очея и администрацией перечисленных сельских поселений, а также с. Яренск выяснилось, что событие жителями не ощущалось.

Нами была предпринята попытка на сейсмических записях ближайшей станции «Сыктывкар» применить критерии идентификации взрывов и землетрясений в программах PSRatio и Spec , разработанных в Коф ФИЦ ЕГС РАН к. ф.-м. н. В. Э. Асмингом [13, 23] для определения природы сейсмического события. Анализировались следующие критерии:

• •    Изучение горнодобывающей активности в регионе. Данный район Архангельской области и прилегающий район Республики Коми не являются горнодобывающими, отсутствуют действующие промышленные карьеры. За период инструментальных наблюдений сейсмических событий техногенной природы здесь зарегистрировано не было. Эпицентр сейсмического события в 5-километровом радиусе окружен болотами Кидбъельское, Клюквенное и др. Кроме того, эпицен-тральная область находится в пределах Яренского государственного биологического заказника регионального значения. Заказник расположен на территории Очейского и Пантыйского лесных хозяйств Яренского лесничества [15]. Леса занимают 95 % общей площади заказника. На свободные от леса земли приходится 5 %, основную массу которых составляют болота. Данные факты исключают техногенную природу сейсмического события 8 марта 2020 г.

• •    Отношение амплитуд объемных волн P и S, рассчитанное в программе PSRatio . Значение данного параметра составляет 0.28 (рис. 3), что свидетельствует в пользу тектонической природы. Авторами [23] подчеркивается, что отношение P/S не является абсолютно достоверным критерием. Тем не менее низкие значения отношения P/S (меньше 0.3) могут служить аргументом в пользу того, что сейсмическое событие является землетрясением.

• •    Спектральные свойства события. На рис. 4 приводится спектральная диаграмма (сонограмма), иллюстрирующая характер изменения спектра события во времени. Сонограмма события 8 марта 2020 г. указывает на то, что оно является землетрясением. Однако, построение в программе Spec диаграммы (рис. 3, б), характеризующей характер изменения спектра во времени, наоборот, свидетельствует об искусственном происхождении сейсмического события. На это указывают значения параметра а выше 0.5.

• •    Характерная форма сейсмических сигналов. Волновая картина события 8 марта 2020 г. (рис. 2) — S -волны имеют большую интенсивность, чем P -волны (отсутствуют в региональной зоне или возникает сложность их выделения) — и уверенный расчет глубины также говорят о природном происхождении.

Таким образом, большинство параметров различения свидетельствует в пользу природного происхождения сейсмического события 8 марта 2020 г. и нами оно классифицируется как тектоническое землетрясение. Однако оговоримся, что проведенные исследования не претендуют на роль исчерпывающих, данные для уверенного различения сейсмических событий еще только начали накапливаться.

Рис. 3. Отношение средних амплитуд волн P и S (а) и характер изменения спектра во времени (b) для сейсмического события 8 марта 2020 г., зарегистрированного сейсмической станцией SYK

Fig. 3. The ratio of the average wave amplitudes P and S (a) and the change in the spectrum in time (b) for the seismic event on March 8, 2020, recorded by the SYK seismic station

Рис. 4. Сонограмма записи сейсмического события 8 марта 2020 г.

Fig. 4. The sonogram of the recording of the seismic event on March 8, 2020

Сейсмотектоническая позиция

В тектоническом плане землетрясение 8 марта относится к Котласскому грабену (рис. 5), который нередко выделяется в качестве самостоятельной структуры и является северо-восточным окончанием Среднерусского авлакогена — сутуры, разделяющей три крупнейших сегмента фундамента ВЕП: Фенноскандию, Сарматию и Волго-Уралию, объединившихся в единое целое, т. е. образовавших единую литосферную плиту в раннем протерозое [20]. Авлакоген представляет собой систему ри-фейских грабенообразных впадин, имеющих северовосточное простирание. Его северо-восточная оконечность — Котласский грабен, в пределах которого и произошло землетрясение 8 марта 2020 г. В Солигаличском и Валдайском грабенах (авлакогенах) Среднерусского авлакогена ранее также были зафиксированы землетрясения в 1996 и 2016 гг. (рис. 5) [1, 10].

В разных работах встречаются и другие названия северного фланга авлакогена: Котлас-Яренская впадина, Котласский рифт, Яренский авлакоген и др. Среднерусская система палеорифтов относится к главным сутурам и зонам сочленения крупных сегментов раннепротерозойского фундамента ВЕП [2]. Она является самой крупной и сложной системой растяже- 6

ния, сформированной в позднем рифее. Авлакоген выражен цепочками кулисно-сопряжённых сдвигосбросовых грабенов, протягивающихся на расстояние свыше 1000 км. В центральной части авлакоген осложнён крупной зоной тектонических нарушений, которые придают ему сигмоидальную форму. От прилегающей с востока Волго-Уральской антеклизы он отделен разломами северо-восточного направления [18]. Северные и южные борта грабенов на всем протяжении ограничены крупными разломами, достаточно четко выделяемыми по данным сейсморазведки. Поверхность фундамента имеет общий региональный наклон в северо-восточном направлении от 2500—3000 м в Валдайской до 4500—5500 м в Московской и Солигаличской впадинах [4].

На рис. 5 показано расположение исторических и инструментальных землетрясений на северо-востоке Русской плиты. Наиболее сейсмически активной структурой является Кировско-Кажимский авлакоген Волго-Уральской антеклизы, но и территория данных исследований не выглядит абсолютно асейсмичной. Ближайшими к эпицентру 8 марта 2020 г. являются землетрясения 20 июня 2017 г. в северной части Сысольского свода Волго-Уральской антеклизы [9], 25 февраля 2002 г. и 18 октября 2018 г. в пределах

Рис. 5. Схема поверхности фундамента северной части ВЕП с эпицентрами землетрясений (фрагмент карты по [16] с дополнениями автора): 1 — эпицентры землетрясений: а — исторические, б — инструментальные; 2 — разломы кристаллического фундамента; римскими цифрами обозначены названия структур: I — Кировско-Кажимский авлакоген, II — Коми-Пермяцкий выступ, III — Северо-Татарский выступ, IV — Котельничский выступ, V — Сысольский выступ, VI — Солигаличский авлакоген, VII — Котласский грабен, VIII — Вычегодский прогиб, IX — Тиманское поднятие, X — Мезенский выступ, XI — Нюхчинский (Керецко-Пинеж-ский) рифт, XII — Архангельский выступ, XIII — Онежско-Кандалакшский рифт

Fig. 5. Schematic basement surface of the northern part of the EEP with earthquake epicenters (map fragment according to [16] with the author's additions): 1 — earthquake epicenters: a — historical, b — instrumental; 2 — faults of the crystalline basement, the names of structures are indicated in Roman numerals: I — Kirov-Kazhimsky aulacogen, II — Komi-Permyatsky ledge, III — North-Tatar ledge, IV — Kotelnich ledge, V — Sysolsky ledge, VI — Soligalichsky aulacogen, VII — Kotlas graben, VIII — Vychegodsky trough, IX — Timan uplift, X — Mezensky ledge, XI — Nyukhchinsky (Keretsko-Pinezhsky) rift, XII — Arkhangelsk ledge, XIII — Onega-Kandalaksha rift

Мезенско-Вашкинского мегавала Мезенской синеклизы [6, 11], землетрясение в Вычегодском прогибе 17 сентября 2004 г. с макросейсмическими проявлениями.

Выводы

Землетрясение 8 марта 2020 г., M l = 2.8, по нашим расчетам, произошло в Ленском районе Архангельской области, вблизи границы с Республикой Коми. Оно является тектоническим, среднекоровым и приурочено к северному флангу Среднерусского авлакогена — Котласскому грабену. Среднерусская система палеорифтов относится к главным сутурам и зонам сочленения крупных сегментов фундамента ВЕП.

Для севера Русской плиты характерны проявления слабой сейсмичности, здесь известны исторические землетрясения и современные, зарегистрированные сейсмическими сетями. Большинство событий приурочено к Кировско-Кажимскому авлакогену ВолгоУральской антеклизы. Возникновение сейсмических событий в пределах рифейских авлакогенов подтверждает, что они, являясь структурами древнего заложения, тектонически активны и являются сейсмогенерирующими структурами. Вместе с тем фиксируемые сейсмические события слабые, что обусловлено малой скоростью деформации земной коры в данном регионе.

Автор глубоко признателен коллегам из ФИЦ ЕГС РАН гг. Апатиты, Архангельска и Перми за предоставленные записи сейсмических событий.