SEISMOTECTONIC DEFORMATION OF THE LITHOSPHERE IN THE PAMIR AND ADJACENT TERRITORIES

В работе исследована область Памира и Тянь-Шаня, которая является зоной внутриконтинентальных столкновений и представляет большой интерес для изучения геодинамических процессов, протекающих в земной коре и литосфере. Указанная область исследована методом сейсмотектонических деформаций (СТД). Расчет СТД выполнен на основе подходов, предложенных в работах Ю.В. Ризниченко и С.Л. Юнга. Для оценки распределения сейсмичности по территории и глубине, а также расчета среднегодовой скорости СТД (интенсивность СТД, I_Ʃ ) использован каталог ISC (International Seismological Centre, London). Каталог включает в себя более 56000 землетрясений, произошедших на рассматриваемой территории за 1902–2018 гг. Для разных диапазонов глубин выделены области проявления интенсивных сейсмотектонических деформаций. Максимум интенсивности СТД I_Ʃ =1.76⋅10^–7 год^–1 приходится на юго-западную часть Памиро-Гиндукушской сейсмической зоны (глубина 100–300 км), соизмеримая интенсивность СТД I_Ʃ =1.25⋅10^–7 год^–1 определена для западной части зоны сочленения Тянь-Шаня и Памира (западная часть Алайского и Заалайского хребтов, глубина 0–50 км). Зоны сейсмической активности мигрируют в зависимости от рассматриваемой глубины. На глубине 0–50 км выделяются две области активной сейсмичности – восточная часть Заалайского хребта и центральная часть Памиро-Гиндукушской сейсмической зоны. Ниже 50 км активная сейсмичность смещается в южную часть Памиро-Гиндукушской сейсмической зоны, максимум землетрясений наблюдается на глубине 100–300 км. Исследования направленности СТД основаны на данных о фокальных механизмах очагов 3276 землетрясений, произошедших за 1949–2018 гг. Построены диаграммы распределения направлений главных осей напряжений. Для основной части событий ось сжатия меняет свое направление в секторе азимутов 300–360°. Для земной коры и верхней мантии рассчитаны и построены усредненные механизмы очагов и карты направленности СТД. По представительным выборкам усредненные механизмы построены для зоны сочленения Южного Тянь-Шаня с Северным Памиром и Таримом (0–50 км) и для юго-западной части Памиро-Гиндукушской сейсмической зоны (более 50 км). По картам СТД определены направления осей укорочения и удлинения и отмечено наличие различных деформационных обстановок на территории исследования. На основе тензоров СТД, полученных для глубин 0–50 км (земная кора), построены распределения коэффициента Лоде – Надаи μ_ε , угла вида плоской деформации ω (по С.Л. Юнга) и вертикальной компоненты. Основная часть исследуемой территории находится в условиях простого сжатия (0.6≤μ_ε ≤1), за исключением Центрального и Южного Памира, который находится в условиях растяжения со сдвигом (–0.6<μ_ε<–0.2) и чистого сдвига (–0.2≤μ_ε≤+0.2). Исследуемая территория, кроме Центрального и Южного Памира, испытывает воздымание. Проведено сравнение моделей деформации, полученных по методу СТД и GPS-данным. Отмечено полное соответствие.

earthquake, focal mechanism, seismotectonic strain rate tensor, principal stress axis, shortening and extension axes, Lode – Nadai coefficient, plane deformation angle, vertical component

1. Allmendinger R.W., Reilinger R., Loveless. J., 2007. Strain and Rotation Rate from GPS in Tibet, Anatolia, and the Altiplano. Tectonics 26 (3), TC3013. https://doi.org/10.1029/2006TC002030.

2. Billington S., Isacks B.L., Barazangi M., 1977. Spatial Distribution and Focal Mechanismus of Mantle Earthquakes in the Hindu Kush – Pamir Region: A Contorted Benioff Zone. Geology 5 (11), 699–704. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1977)5%3C699:SDAFMO%3E2.0.CO;2.

3. Bulletin of the International Seismological Centre, 2019. Available from: http://www.isc.ac.uk (Last accessed August 21, 2019).

4. Burtman V.S., 2012. Tien Shan and High Asia: Geodynamics in the Cenozoic. GEOS, Moscow, 186 p. (in Russian)

5. Burtman V.S., 2013. The Geodynamics of the Pamir-Punjab Syntaxis. Geotectonics 47 (1), 31–51. https://doi.org/10.1134/S0016852113010020.

6. Filin A.P., 1975. Applied Mechanics of Rigid Deformable Body. Vol. 1. Nauka, Moscow, 832 p. (in Russian)

7. GEM Strain Rate Model, 2020. Available from: https://gsrm2.unavco.org/model/model.html. (Last accessed June 05, 2020).

8. Global CMT Catalog, 2019. Available from: https://www.globalcmt.org/CMTsearch.html. (Last accessed August 21, 2019).

9. Gushchenko O.I., 1975. Kinematic Principle for Reconstructing Directions of Principal Stresses (from Geological and Seismological Data). Doklady of the USSR Academy of Sciences 225 (3), 557–560 (in Russian)

10. Ischuk A., Bendick R., Rybin A., Molnar P., Khan S.F., Kuzikov S., Mohadjer S., Saydullaev U., Ilyasova Zh., Schelochkov G., Zubovich A.V., 2013. Kinematics of the Pamir and Hindu Kush Regions from GPS geodesy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 118 (5), 2408–2416. https://doi.org/10.1002/jgrb.50185.

11. Jay C.N., Flesch L.M., Bendick R.O., 2017. Kinematics and Dynamics of the Pamir, Central Asia: Quantifying Surface Deformation and Force Balance in an Intracontinental Subduction Zone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 122 (6), 4741–4762. https://doi.org/10.1002/2017JB014177.

12. Kalmetieva Z.A., Kostyuk A.D., Sycheva N.A., 2010. On the Relationship between Landslides and Earthquakes. Proceedings of NAS KR 4, 22–29 (in Russian)

13. Koulakov I.Y., 2011. High-Frequency P and S Velocity Anomalies in the Upper Mantle beneath Asia from Inversion of Worldwide Travel Time Data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 116 (B4), 1–22. https://doi.org/10.1029/2010JB007938.

14. Krasnopevtseva G.V., Shevchenko V.I., 1998. New Data on the Structure of the Crust and Upper Mantle along the DSS Zorkul – Uzgen Profile in the Pamir – Tien Shan. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 9, 70–82 (in Russian)

15. Kreemer C., Blewitt G., Klein E., 2014. A Geodetic Plate Motion and Global Strain Rate Model. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 15 (10), 3849–3889. https://doi.org/10.1002/2014GC005407.

16. Kuchai O.A., Bushenkova N.A., 2009. Focal Mechanisms of Earthquakes in Central Asia. Physical Mesomechanics 12 (1), 17–24 (in Russian)

17. Kumar P., Yuan X., Kind R., Kozarev G., 2005. The Lithosphere-Asthenosphere Boundary in the Tien Shan-Karakoram Region from S Receiver Functions: Evidence for Continental Subduction. Geophysical Research Letters 32 (7), 1–4. https://doi.org/10.1029/2004GL022291.

18. Kunin N.Ya., 1992. The Lithosphere Structure in Eurasia. MTK Publishing House, Moscow, 266 p. (in Russian)

19. Kuzikov S.I., 2015. Modern Crustal Movements at Various Space–Time Levels in Central Asia. In: Problems of Geodynamics and Geoecology of Inland Orogens. Proceedings of the VI International Symposium (June 23–29, 2014). RS RAS, Bishkek, 72–78 (in Russian)

20. Lukk A.A., Shevchenko V.I., 2019. Seismicity, Tectonics, and GPS Geodynamics of the Caucasus. Izvestiya. Physics of the Solid Earth 55, 626–648. https://doi.org/10.1134/S1069351319040062.

21. Lukk A.A., Shevchenko V.I., Leonova V.G., 2015. Autonomous Geodynamics of the Pamir–Tien Shan Junction Zone from Seismology Data. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 51, 859–877. https://doi.org/10.1134/S1069351315040060.

22. Lukk A.A., Vinnik L.P., 1975. Tectonic Interpretation of the Deep Structure of the Pamirs. Geotectonics 5, 73–80 (in Russian)

23. Lukk A.A., Yunga S.L., 1979. Seismotectonic Deformation of the Garm Region. Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physics of the Earth 10, 24–43 (in Russian)

24. Lukk A.A., Yunga S.L., 1988. Stress-Strain State of the Crust in the Garm Region. Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physics of the Earth 6, 14–26 (in Russian)

25. Lukk A.A., Yunga S.L., Shklyar G.P., Leonova V.G., Filina T.A., Abdukadyrov A.A., Belenovich T.Ya., Vlasova A.A., Lopatina T.A., Matasova L.M., Nurkhalieva A.D., Sadykova A.B., Tuychiev Kh.A., 1983. Seismotectonic Deformation and Stress State of the Crust in Central Asia and Kazakhstan. In: Earthquakes in Central Asia and Kazakhstan. 1981. Donish, Dushanbe, 118–135 (in Russian)

26. Makarov V.I. (Ed.), 2005. Modern Geodynamics of Areas of Inland Collisional Mountain Building (Central Asia). Nauchny Mir, Moscow, 400 p. (in Russian)

27. Mansurov A.N., 2017. A Continuum Model of Present-Day Crustal Deformation in the Pamir-Tien Shan Region Constrained by GPS Data. Russian Geology and Geophysics 58 (7), 787–802. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2017.06.002.

28. Mansurov A.N., 2018. Comparison of the Crustal Strain Rate for the Junction Zone of the Pamir and Tien Shan with the Regional Geological Structures. In: Problems of Geodynamics and Geoecology of Inland Orogens. Proceedings of the VII International Symposium (June 19–24, 2017). RS RAS, Bishkek, 98–104 (in Russian)

29. Mohadjer S., Bendick R., Ischuk A., Kuzikov S., Kostuk A., Saydullaev U., Lodi S., Kakar D.M., Wasy A., Khan M.A., Molnar P., Bilham R., Zubovich A.V., 2010. Partitioning of India-Eurasia Convergence in the Pamir-Hindu Kush from GPS Measurements. Geophysical Research Letters 37 (4). https://doi.org/10.1029/2009GL041737.

30. Molnar P., Tapponnier P., 1975. Cenozoic Tectonics of Asia: Effects of a Continental Collision: Features of Recent Continental Tectonics in Asia Can Be Interpreted as Results of the India-Eurasia Collision. Science 189 (4201), 419–426. https://doi.org/10.1126/science.189.4201.419.

31. Rebetsky Yu.L., 2007. Tectonic Stresses and Strength of Natural Mountain Ranges. Akademkniga, Moscow, 406 p. (in Russian)

32. Rebetsky Yu.L., Alekseev R.S., 2014. The Field of Recent Tectonic Stresses in Central and South-Eastern Asia. Geodynamics & Tectonophysics 5 (1), 257–290 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-1-0127.

33. Reigber C., Michel G.W., Galas R., Angermann D., Klotz J., Chen J.Y., Papschev A., Arslanov R., Tzurkov V.E., Ishanov M.C., 2001. New Space Geodetic Constraints on the Distribution of Deformation in Central Asia. Earth and Planetary Science Letters 191 (1–2), 157–165. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00414-9.

34. Riznichenko Yu.V., 1985. Problems of Seismology. Nauka, Moscow, 408 p. (in Russian)

35. Riznichenko Yu.V., Soboleva O.V., Kuchai O.A., Mikhailova R.S., Vasilieva O.N., 1982. Seismotectonic Deformation of the Crust in the Southern Central Asia. Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physics of the Earth 10, 90–104 (in Russian)

36. Shen Z.-K., Jackson D.D., Ge B.X., 1996. Crustal Deformation across and beyond the Los Angeles Basin from Geodetic Measurements. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 101 (B12), 27957–27980. https://doi.org/10.1029/96JB02544.

37. Sippl C., Schurr B., Yuan X., Mechie J., Schneider F.M., Gadoev M., Orunbaev S., Oimahmadov I., Haberland C., Abdybachaev U., Minaev V., Negmatullaev S., Radjabov N., 2013. Geometry of the Pamir-Hindu Kush Intermediate-Depth Earthquake Zone from Local Seismic Data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 118 (4), 1438–1457. https://doi.org/10.1002/jgrb.50128.

38. Soboleva O.V., Bibarsova D.G., Vakhidova Z.N., 1981. Calculation of Parameters of Seismotectonic Deformation. IPE RAS, Moscow, 25 p. (in Russian)

39. Sokolovsky V.V., 1969. The Theory of Plasticity. Vysshaja Shkola, Moscow, 608 p. (in Russian)

40. Sycheva N.A., Bogomolov L.M., Yunga S.L., Makarov V.I., 2008. Seismotectonic Deformations and Recent Tectonics of the Tien Shan. Izvestiya. Physics of the Solid Earth 44, 351–363. https://doi.org/10.1134/S1069351308050017.

41. Sycheva N.A., Mansurov A.N., 2017. Comparison of Crustal Deformation Rates Estimated from Seismic and GPS Data on the Bishkek Geodynamic Polygon. Geodynamics & Tectonophysics 8 (4), 809–825 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0318.

42. Trifonov V.G., Soboleva O.V., Trifonov R.V., Vostrikov G.A., 2002. Modern Geodynamics of the Alpine-Himalayan Collision Belt. GEOS, Moscow, 224 p. (in Russian)

43. Vinnik L.P., Reigber C., Aleshin I.M., Kosarev G.L., Kaban M.K., Oreshin S.I., Roecker S.W., 2004. Receiver Function Tomography of the Central Tien Shan. Earth Planet Scientific Letters 225 (1–2), 131–146. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2004.05.039.

44. Yunga S.L., 1979. On the Mechanism of Deformation of a Seismically Active Volume of the Crust. Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physics of the Earth 10, 14–23 (in Russian)

45. Yunga S.L., 1990. Methods and Results of Seismotectonic Deformation Studies. Nauka, Moscow, 191 p. (in Russian)

46. Yunga S.L., 1997. On the Classification of Seismic Moment Tensors on the Basis of Their Isometric Mapping onto a Sphere. Doklady Earth Sciences 352 (2), 253–255 (in Russian)

47. Yunga S.L., 1999. Comparative Analysis of Seismotectonic Deformations in Areas of Active Geodynamic Regimes. In: Geophysics at the Turn of the Century. IPE RAS, Moscow, 253–264 (in Russian)

48. Yunga S.L., 2002. Study of Surface Movements and Deformation of the Crust in the Central Tien Shan, Kazakh Platform and Altai; Creation of Seismological Data Processing Software, and Data Processing. Scientific Research Report. Obninsk, 41 p. (in Russian)

49. Zheng G., Wang H., Wright T.J., Lou Y., Zhang R., Zhang W., Shi Ch., Huang J., Wei N., 2017. Crustal Deformation in the India-Eurasia Collision Zone from 25 Years of GPS Measurements. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 122 (11), 9290–9312. https://doi.org/10.1002/2017JB014465.

50. Zubovich A.V., Mukhamediev Sh.A., 2010. A Method of Superimposed Triangulations for Calculation of Velocity Gradient of Horizontal Movements: Application to the Central Asian GPS Network. Geodynamics & Tectonophysics 1 (2), 169–185 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2010-1-2-0013.

51. Zubovich A.V., Schӧe T., Metzger S., Mosienko O., Mukhamediev Sh., Sharshebaev A., Zech C., 2016. Tectonic Interaction between the Pamir and Tien Shan Observed by GPS. Tectonics 35 (2), 283–292. https://doi.org/10.1002/2015TC004055.

52. Zubovich A.V., Wang X., Scherba Y.G., Schelochkov G.G., Reilinger R., Reigber C., Mosienko O.I., Molnar P., Michajljow W., Makarov V.I., Li J., Kuzikov S.I., Herring T.A., Hamburger M.W., Hager B.H., Dang Y., Bragin V.D., Beisenbaev R.T., 2010. GPS Velocity Field for the Tien Shan and Surrounding Regions. Tectonics 29 (6). https://doi.org/10.1029/2010TC002772.