- На поставленный вопрос автор, увы, отвечает утвердительно. И отвечает, руководствуясь не общими рассуждениями о гипотетической возможности землетрясений в ближайшем будущем, а на основе самых современных методов исследований и интерпретации их результатов.
Рассказу об этих результатах и посвящена статья.Электрон Добрускин,
редактор
Международная научная группа геофизиков и геологов из Израиля, США и Иордании с участием автора настоящей статьи, несколько лет проводила исследования по природе Трансформа Мертвого моря и опубликовала целый ряд работ на английском языке, приведенных ниже в списке литературы [1 – 14].
С целью ознакомления с указанной проблемой русскоязычной аудитории, автор, сохраняя иллюстрации и интегрируя основное содержание упомянутых публикаций в сжатом виде, предлагает краткую статью по этой теме на русском языке, с некоторым упрощением специальной терминологии и добавлением необходимых для понимания, вводных сведений.
В последнее время в Израиле много говорят, пишут, и кое-что делают, в преддверии возможных землетрясений. Отдел сейсмологии Института геофизики постоянно фиксирует с помощью соответствующей аппаратуры все колебания земной поверхности, создана комиссия по чрезвычайным ситуациям (ЧС), принят "Закон по укреплению жилых и общественных зданий на случай землетрясения", пытаются укреплять здания старой постройки, чтобы создать подобие некой эффективной сейсмостойкой среды, проводятся учения и консультации, приобретается необходимые оборудование и снаряжение и др. Имеют ли эти опасения и приготовления под собой какие-то конкретные обоснования или только общие рассуждения о гипотетической возможности землетрясений в ближайшем будущем?
История человечества свидетельствует о том, что немногие природные явления причиняют бедствия такого масштаба, как землетрясения, которые на протяжении веков были причиной гибели миллионов людей и огромных разрушений.
Что касается Израиля, то высокая сейсмичность территории страны известна с древних времен. С 60-х г. до н. э. здесь известны около 30 разрушительных землетрясений с многочисленными жертвами. В 30 г. до н. э. погибло примерно 30 тысяч человек, в 749 г. – 20 тысяч, в 1201 г. – 30 тысяч, в 1759 г. – 40 тысяч. Некоторые землетрясения продолжались с небольшими перерывами в течение нескольких месяцев. Последние крупные землетрясения произошли в 1837 году, когда был почти полностью разрушен город Цфат и погибли около 4 тысяч человек и 11 июля 1927 года, силой в 6,25 магнитуд по шкале Рихтера, что привело к гибели около 300 человек. Кроме указанных, были и другие более или менее разрушительные (5-6 баллов) землетрясения.
В последнее время природные процессы в нашем регионе заметно активизировались. Литосфера Земли, это мозаика плит, которые в соответствии с гипотезой дрейфа континентов медленно, но постоянно движутся. При перемещении плит друг относительно друга, их границы соприкасаются, создавая фрикционное напряжение.
Когда сила трения превышает критическое значение, происходит внезапное разрушение, сильное смещение земной коры, которое и вызывает землетрясение, при этом эпицентры землетрясений могут находиться на различных глубинах. Не исключено также, что накопившееся в земной коре напряжение может разрядиться серией землетрясений, каждое из которых по своей силе не является катастрофическим.
Наиболее масштабные геологические проявления современных геодинамических процессов локализованы в относительно узких зонах взаимодействия литосферных блоков и плит. Границы между плитами отличаются выраженным контрастным рельефом земной поверхности, относительно высокими скоростями дифференцированных горизонтальных и вертикальных движений (в геологическом понимании, т.е. в мм или см в год), активной сейсмичностью, аномальными скоростями тектонических деформаций в критических ситуациях, высоким тепловым потоком и пр.
Земная кора, вообще, нарушена многочисленными разломами, часть из которых - это древние «умершие», залеченные разломы. Вместе с тем, многие разломы являются активными «живущими» геологическими структурами, вдоль которых происходят относительное движение блоков земной коры. Они и являются наиболее частыми возможными источниками землетрясений различной интенсивности.
Землетрясения чаще всего происходят вдоль зон крупных коллизий, геологических разломов - зон, где большие массы пород земной коры перемещаются друг относительно друга. Известно несколько основных причин и мест землетрясений. Среди них могут быть названы зоны субдукции, обдукции, рифтовые зоны, трансформные разломы.
Согласно гипотезе новой глобальной тектоники или тектоники литосферных плит, дно океанов раздвигается в стороны от осей срединно-океанических хребтов со скоростью 1-2 см в год, частично увлекая за собой и континенты. Срединно-океанические хребты - это мощные горные системы, протянувшиеся через все океаны, общей длиной свыше 80 тыс. км, средней шириной 200-1200 км и относительной высотой 1-3км, иногда выходящие на поверхность океанов в виде островов. Раздвиг дна океанов обусловлен внедрением в глубокие центральные провалы срединно-океанических хребтов (рифтовых долин) из глубин Земли (верхней мантии) пород в виде расплавленной магмы, воспроизводящих новую океаническую кору. Компенсацией такого раздвига, не приводящего к расширению Земли и являются зоны субдукции. Это зоны – поддвигания литосферных плит расширяющейся океанической коры и пород мантии по наклонным зонам Беньофа, под края континентальных плит. С зонами субдукции связаны активные континентальные окраины и островные дуги.
В зонах субдукции, в отличие от зон обдукции (другая форма коллизий: надвигание тектонических плит океанической литосферы на континентальную окраину или их столкновение) происходят наиболее сильные землетрясения. К зонам субдукции приурочено большинство землетрясений и множество вулканов.
Рифтовые зоны это зоны горизонтального растяжения в верхней части земной коры (в том числе, как отмечалось выше на дне океанов), это зоны удлиненных, морфологически четко выраженных впадин, ограниченных и осложненных глубокими продольными и поперечными трансформными разломами.
Трансформные разломы, являющиеся одним из нескольких типов границ плит в тектонике располагаются вдоль границ литосферных плит. Относительное движение плит является преимущественно горизонтальным и направленным вдоль разлома. Направление сдвига бывает левосторонним (sinistral) или правосторонним (dextral). Естественно, не все разломы являются трансформными, и не все границы плит имеют трансформные разломы.
Большинство трансформных разломов расположено на океаническом дне, где они смещают активные раздвигающиеся хребты и формируют зигзагообразные границы плит.
Однако наиболее известные трансформные разломы находятся на суше.
Наша страна с востока ограничена крупным Трансформом (разломом) Мертвого моря, фактически протягивающимся на 1000 км от рифта Красного моря через Эйлатский залив на юге до Горного Орогенного пояса в Турции, на севере. Этот разлом является одной из крупнейших континентальных трансформных зон в ближневосточном регионе, входящих в глобальную систему рифтовых зон Земли.
Предполагается, что вдоль него происходит горизонтальный левосторонний сдвиг Аравийской и Африканской плит, что является источником довольно частых, но не очень интенсивных землетрясений. Тем не менее, как уже отмечалось выше, в регионе периодически, примерно один раз в 100 лет зафиксированы очень сильные и даже катастрофические землетрясения.
Для выявления активности разломов используется комплекс геологических, геоморфологических, геофизических и геодезических методов.
Задачей настоящей статьи является демонстрация геофизических доказательств подвижек Аравийской и Африканской плит, друг относительно друга. Наличие или отсутствие фактических доказательств таких подвижек определяют потенциальную вероятность возникновения землетрясений (при этом, в данном исследовании не идет речь о каких-либо, ни краткосрочных, ни долгосрочных предвестниках землетрясений).
С указанной выше целью проанализированы особенности дневного рельефа, сейсмическая активность региона, его гравитационное и магнитное поля и глубинное строение.
рис.1
Сейсмичность тех или иных регионов характеризуется распределением очагов землетрясений различной энергии по площади, повторяемостью землетрясений разной силы во времени, характером разрушений и деформаций и площадью разрушений, связью очагов землетрясений с геологическим строением. Интеграция исследований в области дистанционного зондирования, грави –и -магниторазведки, сейсморазведки методом отраженных волн, а также изучение землетрясений, показала, что землетрясения во всех сейсмоопасных зонах распределены не равномерно, а сосредоточены в нескольких
кластерах, связанных с конкретными погруженными геологическими структурами, такими, как разломы, сильно трещиноватые зоны, осадочные бассейны ударные кратеры, а также магматические тела.
Исследования активности землетрясений вдоль Трансформа Мертвого моря, зарегистрированных инструментально между 1980 и 2005 г.г., израильской и иорданской сейсмическими и местными портативными сетями и их пространственное распределение, например, в долине Арава, в 150-километровой зоне южнее Мертвого моря, впервые сопоставленные с подповерхностной геологией, установленной по геофизическим и геологическим данным, показали следующее. Сейсмическая активность в этой долине, с точки зрения числа событий и мощности землетрясений, характеризуется, как очень низкая и слабая, что значительно контрастирует с их активностью к северу (в районе Мертвого моря) и к югу от этой части трансформа. Тем не менее, эти исследования, несомненно, показывают, прямую зависимость между активностью землетрясений и движением плит (рис. 2, белые точки обозначают землетрясения с магнитудой М> 4.. [9]).
Активность землетрясений, отчетливо связана с Мертвым морем. Также, отчетливо видно, что большие группы землетрясений низкой активности (микро- землетрясений) хорошо совпадают с осадочными бассейнами. Две явных группы, возможно, совпадают с упомянутым выше погруженным магматическим телом.
В целом, связь между сейсмичностью и трансформом несомненна.
Гравиметрические съемки позволяют решать широкий круг геологических задач, поскольку в гравитационном поле находят суммарное отражение внутримантийные м внутрикоровые вариации плотности пород, основные границы раздела, тектоника, структурно-формационное строение.
Нашим международным коллективом (Израиль, США, Иордания) была опубликована новая карта гравитационного поля в редукции Буге (под редукцией силы тяжести обычно понимают приведение ее измеренных значений к поверхности относимости, в данном случае к поверхности нормального или референц-эллипсоида 1971г.) южной части разлома-трансформа Мертвого моря (рис.3, [13]), протяженностью 420 км.
Карта впервые дала региональное представление о действительном поведении этой границы между Аравийской и Африканской плитами. Проинтерпретированная совместно с другими геофизическими (магниторазведка, сейсморазведка, сейсмология) и буровыми данными, карта гравитационного поля выявила вытянутую в меридиональном направлении вдоль трансформа, полосу скрытых подземных бассейнов - грабенов, различных размеров, форм и глубин залегания (на рис. 3показаны желтым цветом), ограниченных по простиранию разломами и береговой линией (на рис.3показаны красным и синим цветами). Эти бассейны отмечаются четко выраженными,
относительно отрицательными аномалиями гравитационного поля, обусловленными низкоплотностными осадочными породами, заполняющими бассейны. Разность плотностей между ними (2.0 – 2.2 г/см3) и вмещающими породами (2.5 – 2.67 г/см3) достигает 0.5 – 0.6 г/см3.
Благодаря низкоплотностному заполнению молодыми осадочными отложениями, по сравнению с более высокоплотными вмещающими породами, относительно отрицательными аномалиями гравитационного поля отмечены также бассейны на юге, в районах Арава, Тимны, и Эйлата, подтвержденные сейсмическими разрезами, полученными методом отраженных волн и аэромагнитными съемками с высоким разрешением.
Имеются все основания полагать, в том числе и по аналогии с другими регионами, что эти структуры являются результатом динамических изменений границы плит, обусловленных их весьма медленным, но непрерывным движением, друг относительно друга. Кроме вытянутых меридионально, протяженных разломов по краям бассейнов, выявлены широтно ориентированный Беэршевский линеамент (о котором ниже), а также сравнительно короткие (25-55 км) разломы других направлений. Некоторые из них, по-видимому, являются причиной исторических (имевших место в далеком прошлом), землетрясений.
Аномальное магнитное поле Земли используется в геологии при выделении крупных структурных элементов, крупных зон тектонических нарушений - зон разломов, картирования интрузивных массивов и др. Анализ геомагнитного поля Леванта так же, как и по данным гравиметрии, доказывает
рис.5
сдвиг плит вдоль Трансформа Мертвого моря.
О горизонтальном левостороннем сдвиге этих плит, было предположительно известно ранее по геологическим данным. Первое геофизическое подтверждение было получено Хатчером и др. в 1981 г. по имевшимся на тот момент аэромагнитным картам Иордании и южной части Израиля. После составления и опубликования нами [2, 3] карт магнитного поля Израиля и Леванта это горизонтальное смещение было подтверждено по значительно более полному материалу почти по всей протяженности границы Иордании и Израиля, т.е. вдоль всего Трансформа Мертвого моря в пределах изучаемой территории, что уже было изложено в моих статьях, в том числе и на русском языке[14, 15, 16].
В настоящей статье, приведены дополнительные доказательства наличия сдвига между плитами (рис.4и 5 по анализу современного магнитного поля, который показал, что несколько магнитных аномалий с двух сторон от трансформа резко обрываются (рис.4. «Аномальная магнитная карта центральной части Израиля и окрестностей, подтверждающие характер преобразования трансформа»).
Искусственно, сдвигая поля соседних плит до совпадения "разорванных" магнитных аномалий, можно приблизительно восстановить виртуальное магнитное поле, сравнительно недавнего геологического прошлого - несколько млн. лет тому назад, когда указанных сдвигов еще не было (рис.5. «Восстановленная визуальная предполагаемая магнитная карта трансформа и окрестностей»).
За прошедшее с тех пор время, магматические тела и соответствующие им магнитные аномалии были "разорваны" и вместе с плитами сдвинулись, соответственно примерно на 105 км по Трансформу Мертвого моря.
Принимая во внимание левосторонний сдвиг такого размера, есть все основания предположить, что Хевронская аномалия в центральной части Израиля (показанная на рис.4, 5 красным цветом), могла быть связана с ныне смещенной магнитной аномалией Ирбид на восточной стороне трансформа. По результатам интерпретации гравитационной и магнитной Хевронских аномалий, они и, предположительно аномалия Ирбид обусловлены юрскими основными вулканическими породами [16].
Восстановление положения Аравийской плиты по отношению к Синаю вдоль Трансформа Мертвого моря, объединяет E-W-ориентированные Тимна-Фейнан магнитные аномалии на юге Израиля с продолжением этих же аномалий в Иордании (показанные на рис.4, 5 синим цветом). Указанные аномалии фиксируют докембрийские мафитовые (темные) магматические породы.
Высокоточная аэромагнитная съемка фиксирует в районе Мертвого моря, в восточной и западной части долины, магнитные аномалии, по-видимому, обусловленные неизвестным, глубоко залегающим магматическим телом.
Предполагаемый по магнитным, гравиметрическим, а также структурно-геологическим данным, широтно ориентированный линеамент в районе Беэр-Шевы, протяженностью, по меньшей мере, 600 км (ограничивающий Хевронскую аномалию с юга, рис. 4, 5) может быть важной региональной долговременной тектонической особенностью Леванта. Западное продолжение линеамента хорошо совпадает с южной границей между океанической корой Средиземноморья и континентальной корой Египта.
Красная штриховая линия на севере (рис. 5), обозначает предполагаемое сопряжение между цепочкой Пальмирских магнитных аномалий в Южной Сирии и цепочкой изометричных магнитных аномалий в Израиле. Таким образом, «магнитные» доказательства левостороннего сдвига плит значительно дополнены и расширены.
Область пересечения Трансформа и Беэршевского линеамента уникальна, трансформ резко изменил его простирание в этом месте, что говорит о более древнем возрасте последнего (Беэршевского линеамента). Здесь расположены, эпицентр осадочных отложений грабена Мертвого моря и соляной диапир Лисан, с мощностью соли, по данным 3-х мерного моделирования гравитационного поля, превышающей 7 км [3] (рис.6).
рис.7
Глубинное строение рассматриваемой территории, включающее Мертвое море и Трансформ, изученное наиболее точными сейсмическими методами отраженных и преломленных волн, достаточно сложное и неодинаковое в разных пересечениях трансформа и результаты неоднозначны.
В качестве примера на рис.7 показаны глубинная скоростная модель (P-wave, продольные волны) по сейсмическому профилю в южной части Мертвого моря, полученному методом преломленных волн- МПВ ([14], глубокие скважины на рисунке отмечены вертикальными линиями).
Зона низких скоростей под бассейном Мертвого моря протягивается на глубину 18 км, без нарушения нижележащих поверхностей, что возможно обусловлено процессом изостатической компенсации. Не исключено, что, наряду с другими причинами, в этом процессе принимает участие повышение температуры, создаваемое противоположным перемещением контактирующих плит.
Вместе с тем, белыми и розовыми пунктирными линиями, на рисунке отмечены различные «возмущения» рельефа Мохо (нижней границы земной коры) с амплитудами, допустимыми в пределах точности интерпретации. Т. е., деформации сдвига, связанные с движением Аравийской и Африканской плит, возможно, зафиксированы по всей коре.
Аналогичные деформации поверхности Мохо и на такой же глубине (25-30 км), получены нами по профилю севернее Мертвого моря при интерпретации гравитационного поля в этом районе, обеспечивающие оптимальное соответствие наблюденных и теоретически вычисленных гравитационных аномалий от такой модели земной коры. Кстати, вполне вероятно, хотя этому нет четких доказательств, что, начиная с миоцена и до настоящего времени движения вдоль Мертвого моря, сопровождаются поднятием восточного фланга трансформа, т.е. горной части Иордании.
Указанные построения, в основном, подтверждены последующими работами американских (ten Brink, U и др.[14]) и немецких (M. Weber и др.) геофизиков, проводивших здесь (на юге Мертвого моря и на севере долины Арава), высокоточные глубинные сейсмические исследования методами отраженных - МОВ и преломленных волн - МПВ (seismic wide-angle reflection / refraction - WRR), с достаточно высоким разрешением. На обоих трансектах отмечены изменения (деформации) внутрикоровой границы и поверхности Мохо под Трансформом Мертвого моря. Не исключено что это свидетельствует о глубинном характере Трансформа, т.е перемещение плит, возможно эахватывает земную кору на всю ее глубину. Вместе с тем, полной уверенности в этом, нет, в связи с чем, вопрос об угле падения Трансформа, остается открытым, что не изменяет общую картину перемещения плит вдоль Трансформа.
Таким образом, в результате анализа конкретных, приведенных в настоящей статье геолого-геофизических материалов, иллюстрируемых соответствующей графикой, можно считать доказанным, что Трансформ Мертвого моря представляет собой не древний неподвижный «залеченный» разлом, а структуру в тектоническом смысле, «живущую», активную.
И поэтому, накапливаемые напряжения в результате непрерывного относительного перемещения Аравийской и Африканской плит рано или поздно, но достигнут критической точки и неминуемо приведут к землетрясению. На вопрос, когда оно будет и какого характера, катастрофическое, сильное или не очень (при возможной постепенной разрядке напряжений), в настоящее время однозначно ответить невозможно, несмотря на многочисленные исследования и попытки найти способы оперативного прогноза землетрясений, определения их достоверных предвестников, если не принимать всерьез, некоторые околонаучные, часто, авантюрные предложения.
Тем не менее, те действия, которые предпринимает руководство страны с целью как можно лучше подготовиться к возможному природному катаклизму, вполне своевременны и оправданы.
Я признателен моему коллеге доктору-профессору Михаилу Рыбакову за многолетнее плодотворное сотрудничество и профессиональную поддержку настоящей статьи.
Литература
1. GoldshmidtV., Rybakov M., Rotstein Y. 1995. Gravity and magnetic patterns of the Levant. Israel Geological Society, Annual Meeting, Zikhron Ya'aqov, p. 42.
2. Goldshmidt V., Rybakov M., and Rotstein Y. 1999. Regional density differences as a possible cause of different uplifting styles of the Dead Sea Transform shoulders. Israel Geological Society, Annual Meeting. Dead Sea. p. 32.
3.Rybakov M., Goldshmidt V., Folkman Y., Rotstein Y., Ben-Avraham Z. and Hall J. 1994. Magnetic anomaly map of Israel, scale 1:500,000. IPRG and Survey of Israel.
4. Rybakov M., Goldshmidt V., Fleisher L., Rotstein Y. 1995. The gravity and magnetic field of the Dead Sea Rift. Israel Geological Society, Annual Meeting, Zikhron Ya'aqov, p. 93.
5. Rybakov M., Goldshmidt V. and Shamir G. 1996. The use of magnetic patterns for plate reconstruction: an example from the Mediterranean. Isr. J. Earth. Sci., vol. 45, No. 3. p.p. 147-151.
6. Rybakov, M., Ten-Brink, U., Hassounen, M., Batayneh, A., Al-Zoubi, A., Hall, J.K., Goldshmidt V., Rotstein Y., Jaradat, M., Frieslander, U. 1998. Detailed gravity map of the Dead Sea transform. Geological Society, Annual Meeting. Mitzpe Ramon. p.85.
7. M. Rybakov, Dr., V. Goldshmidt, Prof. and Y. Rotstein, Dr. 2000. A New Look at the Dead Sea Transform Shoulders. The First Stephan Mueller Conference of the European Geophysical Society (EGS). Dead Sea, Israel.
8. Rybakov M., 2003. What is the reason for the Dead Sea Transform fault system segmentation Isr. J. Earth. Sci., vol. 52, p.p. 65-75.
9. Rybakov, M., Shapira A., Abdallah A.-Z., ten Brink, U., Hofstetter, R. Kraeva, N. and Feldman L. 2007. A note on the correlation between geophysical observations and seismicity in the Arava. (Araba) Valley at the southern part of the Dead Sea fault. Isr. J. Earth. Sci., vol. 55, p.p.173-183.
10. Segev, A., Goldshmidt, V. and Rybakov, M., 1999. Late Precambrian-Cambrian tectonic setting of the crystalline basement in the northern Arabian-Nubian Shield as derived from gravity and magnetic data: basin-and-range characteristics, Isr. J. Earth Sci., V.48:159-178. 16.
11. Segev A., Lyakhovsky V., Rybakov M , Hofstetter A., Tibor G., Ben-Avraham Z., Goldshmidt V. 2005. Vertical motions and the asymmetric structure across the Dead Sea Transform since the Pliocene. Israel Geological Society, Annual Meeting. Mashavim. p. 105.
12. Segev, A., Rybakov, M., Lyakhovsky V., Hofstetter, A.,Tibor G., Goldshmidt V., Ben-Avraham, Z., 2006. The structure, isostasy and gravity field of the Levant continental margin and the southeast Mediterranean area. Tectonophysics, 425, 137-157.
13. ten Brink, U., Rybakov M., Al-Zoubi, A., Hassouneh M., Frieslander U., Batayneh A., Goldshmidt V., Daoud M., Rotstein Y. and Hall J.K., 1999. Anatomy of the Dead Sea transform: Does it reflect continuous chahges in plate motion? Geology, v. 27, No. 10, p.p. 887-890.
14. Uri S. ten Brink, Abdallah S. Al-Zoubi, Claudia H. Flores, Yair Rotstein,Isam Qabbani, Steve H Harder, and G. Randy Keller , 2006. Seismic imaging of deep low-velocity zone beneath the Dead Sea basin and transform fault: Implications for strain localization and crustal rigidity. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 33,
15. Гольдшмидт В., проф. Изучение геофизических (потенциальных) полей Израиля. Электронный научный семинар. 28.01.2008.
http://www.elektron2000.com/goldshmidt_0086.html
16. Гольдшмидт В., проф. Магнитное поле, магматизм и металлогения Леванта. world.lib.ru/editors/g/golxdshmidt. 02.07.2008.
17. Гольдшмидт В., проф. Геомагнитное поле в системе геофизического изучения Леванта (магнитное поле, магматизм и металлогения). Электронный научный семинар. 10.11.2008.
http://www.elektron2000.com/goldshmidt_0110.html
Получено от автора для обсуждения на семинаре 26 июля 2010 г.
