Использование имеющихся материалов анализа современных тектонических движений

Желательно использовать для оценки активности разрывов материалы по непосредственно измеренным современным тектоническим движениям. Это возможно в двух вариантах: обычном, когда анализируются материалы близлежащих региональных нивелирных профилей, и редко, в случае наличия специальных измерений, например, при проведении исследований на геодинамических полигонах.

В большинстве случаев, например, на Западном Кавказе, анализ геодезических материалов за короткие (в несколько лет) промежутки времени выявляет суммарные поднятия или опускания реперов со скоростями до первых миллиметров в год. Такой же величины могут достигать дифференцированные движения в районах с активными разрывами. Эти скорости обычно на порядок величин больше средних скоростей в четвертичном периоде, измеренных геолого-геоморфологическими методами. Однако очень часто современные движения оказываются знакопеременными. В результате средние скорости за десятки лет существенно меньше средних скоростей за несколько лет.
Вышеизложенное подтверждает отмеченное выше правило (“парадокс скоростей” СДЗК) уменьшения средних скоростей с увеличением времени осреднения движений.

Использование геодинамических полигонов целесообразно проиллюстрировать материалами по Сахалину, где активность разрывных смещений существенно выше, чем на Кавказе. Можно привести два примера из южной и северной частей острова. Изучались деформации в пределах широких шовных зон Центрально-Сахалинского и Северо-Сахалинского глубинных разломов. В пределах этих шовных зон присутствует ряд региональных и локальных разрывов.
На юге система разрывов из шовной зоны Центрально-Сахалинского разлома с существенной взбросо-надвиговой составляющей пересекает Тепловодский (рис. 4.30) и Южный (рис. 4.31) геодинамические полигоны (табл. 4.15).


Горизонтальные деформации определялись из соотношения изменений длин линий и их положения относительно зоны разлома. Подсчитывались отдельно средние величины измерений линий секущих разрывные зоны; линий, секущих оперяющие разрывы; и линий, не пересекающих разрывные нарушения.
Максимальное изменение длины линий здесь составило 68 мм на базе 3,5 км, т.е. почти 20x10в-6. С 1975 по 1977 гг. наблюдалось примерно одинаковое (3x10в-6) сжатие поперек зоны разлома и растяжение вдоль нее. В 1978-1980 гг. продолжается сжатие поперек зоны разлома (2-4)х10в-6. В 1980-1983 гг. скорости горизонтальных и вертикальных деформаций увеличиваются. Продолжается сжатие поперек зоны разлома (около 2x10в-6), а вдоль нее наблюдается слабое расширение (в пределах точности измерений). В 1983-1984 гг. по всей площади — вдоль и поперек зоны разлома происходит расширение горного массива, составляющее на западном фланге (5-20)х10в-6, а на восточном — (6-10)х10в-6. В следующий период 1984-1987 происходит Дальнейшее расширение примерно в таких же величинах. Далее в 1987-1988 гг. намечается деформация сжатия поперек зоны разлома с градиентом порядка 1x10в-6 и также почти в пределах точности — (0,5-1,0)х10в-6 сжатие западного фланга зоны разлома, а на восточном фланге — слабое расширение горного массива. В интервале 1988-1989 гг. изменения градиентов малы, но отмечается слабое расширение горного массива на восточного фланге (1x10в-6).
Накопленная за весь период наблюдений (1975-1989 гг.) деформация представляет собой сжатие поперек зоны разлома (3-4)х10в-6, соответствующее, очевидно, надвиганию и расширение вдоль нее около 2х10в-6.
В высотных наблюдениях фиксируются также знакопеременные изменения деформаций горных массивов. Наибольшие изменения приходятся на два соседних интервала — 1983-1984 гг. и 1984-87 гг., с противоположной ориентировкой движений. Величины вертикальных деформаций превысила величины горизонтальных в два раза. В первый период наблюдалось постепенное опускание западного крыла разлома относительно восточного. В последующий период западное крыло было ступенчато поднято относительно восточного.
Предшествующие этим аномальным движениям деформации на Южном ГДП с 1972 по 1980 гг. по величине в 3-10 раз меньше аномальных, однако, превышают ошибки измерений. В этот период происходило чередование поднятий и опускании блокового характера в восточной и западной частях ГДП. С 1980 г. деформации значительно возрастают. Начинается опускание западной части полигона относительно восточной, увеличивающееся до максимума 123 мм в период 1983-84 гг. В 1987-1988 гг. западное крыло опять ступенчато опускается, а затем (1988-1989 гг.) — поднимается. Суммарная деформация за весь период измерений фиксирует опускание западной части линии, с поднятием короткого участка на самом разломе.

Наблюдается частая смена знаков горизонтальных деформаций, величины которых превышают величины ошибок горизонтальных измерений. На этом ГДП максимальные деформации приходятся на соседние временные интервалы — 1977-1979 гг. и 1979-1980 гг. В первом интервале измерений максимальная величина изменения — сжатие поперек зоны разлома — 46 мм в линии длиной 6,6 км (7x10в-6), а во втором — растяжение в той же линии составило +42,5 мм (6,5х10в-6), т.е. практически компенсировало предшествующую деформацию. Перед аномальным сжатием с 1975 по 1977 гг. отмечается растяжение примерно вполовину меньшее — поперек зоны разлома около 5х10в-6, а вдоль разлома (2-4)х10в-6. Последовавшее после 1979 г. растяжение (6-8)х10в-б продолжалось до 1980 г. В период 1979-1980 г.г. на восточном крыле разлома выделился участок сжатия, а на западном фланге наблюдалось растяжение, достигающее (12-13)х10в-6.
С 1980 г. деформации слабеют. Наблюдается сжатие (1-2)х10в-6 на восточное фланге. Поперек зоны разлома происходит примерно такое же по величине растяжение. Самое большое растяжение 8x10в-6 обнаруживается на юге восточного фланга. С 1981 г. происходит перемещение очагов слабых растяжений-сжатий. В период 1983-1984 гг. на восточном фланге наблюдается растяжение поперек зоны разлома и сжатие вдоль нее, а в западной части—растяжение. В период 1984-1987 гг. опять наблюдается инверсия движений— сжатие поперек зоны разлома, а на восточном фланге растяжение достигает 5х10в-6. В 1987-1988 гг. отмечается лишь слабое растяжение на западном фланге. Позднее все изменения остаются в основном в пределах ошибок измерений. Минимальные изменения происходят в период 1989-1990 гг. Тем не менее, при переменном чередовании знаков деформации, полной компенсации за весь период наблюдений не происходит, а накапливается растяжение в области зоны разлома, составляющее в среднем (1-2,5)х10в-6 и противоречащее активному надвиганию.
Величины вертикальных смещений значительно больше горизонтальных. Максимальные их значения превышают соответствующие горизонтальные иногда на порядок величин. Здесь также наблюдается чередование разнонаправленных деформаций. Наибольшие изменения происходят в период с 1983 по май 1984 гг., когда фиксируется повышение поверхности к западному концу линии — до 259 мм. Летом и осенью 1984 г. (за четыре месяца) поднятия продолжаются, достигая 480 мм. К следующему циклу 1987 г. происходит компенсационное опускание. Затем (1987-1988 гг.) опять наблюдается поднятие.
16 августа 1988 г. в 35 км к югу от Тепловодского ГДП произошло Синегорское землетрясение. В связи с этим измерения в высотной сети были повторены через два месяца после предыдущего цикла, т.е. непосредственно после землетрясения, а в плановой сети — через месяц. В плановой сети больших, изменений не обнаружено, а в высотной — после поднятия к 1988 г., в основном зафиксировано опускание, максимальное на западном фланге зоны разлома (140 мм). Оно продолжалось до 1989 года, после чего к 1990 году сменилось поднятием, максимум которого наблюдается в средних частях западного и восточного участков нивелирной линии.
Накопленные за весь период измерений (1975-1990 гг.) деформации отражают поднятие западного края разлома относительно восточного, почти на 300 мм, с образованием на разломе ступени в 100 мм.
В качестве самостоятельного геодинамического полигона можно рассматривать так же район г. Южно-Сахалинска, для которого составлена детальная (1:25 000) схема современных вертикальных движений земной поверхности по данным повторного нивелирования. На этой схеме приведены материалы повторного нивелирования за 1973-1983 гг. с использованием локальных сетей (замкнутых полигонов и отдельных линий, опирающихся на фундаментальные, грунтовые и стенные реперы, пункты триангуляции и полигонометрии). В качестве местного исходного нуля избран фундаментальный репер № 303 (в начале Коммунистического проспекта), от которого считались скорости движений в сетях.
Обращает на себя внимание существование относительно небольших (до 1-3 км в поперечнике) изометричных в плане участков с повышенными скоростями (до +15,6+1,2 мм/год) при невязках скоростей движений по полигонам от 0 до 4,7 мм/год.
Сравнение этой карты-схемы с картой СВДЗК о. Сахалин показывает, что в локальных сетях скорости могут в два три раза превышать максимальные скорости в региональной нивелирной сети, примерно (от +6 до -7 мм/год). Локальные максимумы скоростей движений, полученные для интервалов, близких 5-15 годам, в свою очередь в несколько раз уступают максимумам скоростей, полученным на геодинамических полигонах при более частых (месяцы, первые годы) повторных измерениях (первые десятки см/год).
Все это однозначно подтверждает импульсивность скоростей современных тектонических движений и значительную компенсированность подобных локальных импульсов за счет возвратного (колебательного) характера движений за сколько-нибудь длительные отрезки времени.
В целом тектоническая активность зоны Центрально-Сахалинского разлома изменчива во времени.
В 1975-1978 гг. в южной части Центрально-Сахалинского разлома (Южный и Тепловодский ГДП) установлен правосторонний сдвиг со скоростью 8-16 мм/год, что согласуется с направлением смещения по геологическим данным. При этом на Южном ГДП, непосредственно в зоне разлома, наблюдалось растяжение.
Аномальные деформации и смещения, зафиксированные на этих ГДП в 1978-1981 гг. без сопоставимой сейсмичности в регионе, детально проанализированы. По-видимому, они были обусловлены процессами деформирования земной коры глобального характера.
В 1980-1982 гг. на Тепловодском ГДП отчетливо фиксируется правосторонний сдвиг со скоростью 6-12 мм/год.
Период 1982-1983 гг. характеризуется левосторонним сдвигом на Тепловодском (10 мм/год). He исключено, что именно к этому периоду относится левостороннее смещение и на Южном ГДП. Однако достоверный левосторонний сдвиг величиной 20 мм здесь установлен в целом для периода 1980-1983 гг.
Период 1983-1984 гг. характеризуются разнонаправленными горизонтальными смещениями на различных участках Центрально-Сахалинского разлома. В северной его части (Орловский ГДП) установлен левосторонний сдвиг со скоростью 50 мм/год (связанный с Онорским землетрясением), а на Тепловодском ГДП — правосторонний сдвиг со скоростью 4 мм/год. В том и другом случае непосредственно на разломе устанавливается растяжение (до 25 мм на Орловском ГДП). На Южном ГДП величина горизонтального смещения по Центрально-Сахалинскому разлому в этот период находится в пределах ошибок определения. При этом наблюдаются интенсивные деформации растяжения (до 25x10в-6) на западном участке ГДП, по-видимому, связанные с местным коровым землетрясением К=10, произошедшим в период между измерениями в 35 км к югу от ГДП. В последующие периоды наблюдений до 1990 г. величина смещений непосредственно по Центрально-Сахалинскому разлому резко уменьшается. Можно только отметить постсейсмические деформации на западном участке Южного ГДП, а также активное смещение западного крыла разлома в районе Орловского ГДП величиной 25 мм по азимуту 45°.
Небольшие горизонтальные деформации в районе Тепловодского ГДП, связанные с Синегорским землетрясением 16 августа 1988 г., рассмотрены в работе.
По Н.Ф. Василенко, СГДЗК в зоне Центрально-Сахалинского разлома в 1974-1990 гг. имеют знакопеременный характер, накопление смещений по разлому в целом или на его отдельных участках не происходит. Однако интенсивность горизонтальных движений достаточно велика: максимальные скорости смещений могут достигать 50 мм/год.
Расчеты Л.И. Серебряковой показали, что оцененная по каждому полигону суммарная деформация за весь период измерений по горизонтальной составляющей соответствует на Тепловодском ГДП поперечному растяжению, а на Южном — сжатию. На Орловском ГДП наблюдается значительное по величине растяжение вкрест разлому (4x10в-6) и левосторонний сдвиг. На Южном ГДП фиксируется опускание западной части линии; на Тепловодском ГДП — поднятие западного крыла разлома относительно восточного с образованием на разломе “ступени” около 100 мм; на Орловском ГДП — наблюдается поднятие по всей линии к западу.
По мнению Н.Ф. Василенко, выполненные геодезические наблюдения позволяют сделать вывод о том, что СДЗК в зоне Центрально-Сахалинского глубинного разлома имеют знакопеременный характер. За период 1972-1990 гг. накопление значительных горизонтальных и вертикальных смещений не наблюдается. В отдельные периоды времени скорости горизонтальных смещений по разлому могут достигать 50 мм/год, а вертикальных — 44 мм/год.
Суммируя вышеизложенное можно констатировать, что разрывные (горизонтальные и вертикальные) смешения за короткие (в несколько лет) интервалы времени могут составлять сантиметры в год, за более длительные (десятки лет) — обычно не превышают 1 см в год, а для еще более длительных интервалов, соизмеримых с геологическими (тысячи лет), по-видимому, не превышают нескольких миллиметров в год. Следовательно, здесь вероятны активные и весьма активные разрывные смещения, представляющие опасность для устойчивости инженерных сооружений.
На северо-востоке острова, где вдоль восточного побережья проходит зона преимущественно сдвиговых нарушений Северо-Сахалинского разлома, расположены Пильтунский и Нефтегорский полигоны.

Пильтунский полигон заложен в 1983 г. в западной части перешейка между заливами Пильтун и Одопту. Здесь плановая сеть и нивелирный профиль общей протяженности около 12 км пересекают один из сегментов Пильтунского (Северосахалинского) регионального разлома — Восточно-Эхабинский разрыв (рис. 4.32).

Часть пунктов плановой сети полигона расположена в непосредственной близости от пунктов триангуляции, где в 1932 г. выполнялись наблюдения. Это позволило сразу выявить горизонтальные движения за первый период длительностью около 50 лет. Повторные наблюдения выполнялись в 1983, 1984 и 1990 гг. Плановая сеть (23 стороны) измерялась методом трилатерации с использованием светодальномеров СГ-3 (1983 и 1984 гг.) и СП-2 “Топаз” (1990 г.). Ошибки измеренных сторон по результатам уравнения составляют 1,5-5 мм. Нивелирование выполнялось нивелиром Ni-007 (Карл Цейс, Йена) с точностью I класса.
Измерения выявили активные возвратные (колебательные) движения по разрыву:
1) за 1932-1983 гг. фиксировался левосторонний сдвиг со средней скоростью 3 мм/год, сопровождаемый значительным субширотным сжатием (4 мм/год). Скорость относительного опускания восточного крыла разрыва 13 мм/год. Это, по мнению Н.Ф. Василенко и др., в целом согласуется с Картой современных вертикальных движений земной коры острова Сахалин, но значение полученной относительной скорости больше в 3-5 раз;
2) за 1983-1984 гг. горизонтальные смещения приобрели характер правостороннего сдвига (с амплитудой порядка 13 мм) с небольшим субширотным растяжением (около 7 мм). Продолжалось относительное опускание восточного крыла разрыва (на 6 мм);
3) за 1984-1990 гг. горизонтальные и вертикальные смещения при практически тех же величинах изменились на противоположные. По разрыву происходили левосторонние смещения, сопровождаемые сжатием в разрывной зоне и опусканием западного крыла относительно восточного.
Полученные материалы позволяют сделать следующие выводы, подтверждающие в целом положения, которые сформулированы по другим геодинамическим полигонам:
1) вертикальные, а, главное, горизонтальные (сдвиговые) разрывные смещения характеризуются возвратностью, т.е. встречными разновременными смещениями крыльев разрыва; смещения подтверждают сбросо-сдвиговую кинематику Пильтунского разрыва; встречные смещения отражают существование правосдвиговых и левосдвиговых движений, признаки которых отмечались при дешифрировании топографических и аэрокосмических материалов; наличие подобных смещений и возможность преобладания правосторонних и левосторонних сдвиговых движений в разные геологические эпохи противоречит представлениям тех исследователей, которые именовали изучаемый разлом правым (B.C. Рождественский) или левым (Ю.Н. Гололобов) сдвигом;
2) увеличение в несколько раз скорости сдвиговых смещений при сокращении (до 1-6 лет) интервалов между повторными измерениями позволяет предполагать, что в пределах первого 50-летнего интервала между измерениями происходили встречные, взаимно компенсировавшиеся перемещения; это подтверждает отмеченное на других геодинамических полигонах сокращение скоростей средних суммарных тектонических движений с увеличением интервала осреднения;
3) смены знака вертикальных и горизонтальных движений не всегда одновременны.

Нефтегорский полигон, затрагивающий Пильтунский сбросо-сдвиг, был развернут для изучения эпицентральной зоны Нефтегорского землетрясения (1995 г.). Для изучения сейсмотектонических деформаций этого землетрясения были привлечены пункты государственной геодезической сети I-IV классов, предшествующие измерения на которых выполнены в 1990 г. Ошибки планового и высотного положения пунктов не превышали 10 см.
Повторные наблюдения проведены российско-японской экспедицией в июне 1995 г. с привлечением спутниковой геодезической аппаратуры (GP-R1DY Tompson corporation), работающей по сигналам глобальной навигационной спутниковой системы «NAVSTAR GPS». Предварительные оценки максимальных ошибок относительного определения планового и высотного положения пунктов составили соответственно 21 и 36 мм.
При оценке величин горизонтальных и вертикальных смещений пунктов за 1990-1995 гг. в качестве исходного, принимался пункт № 23 (рис. 4.33). Горизонтальные смещения пунктов № 13 и 17 свидетельствуют о левостороннем сдвиге с амплитудой около 0,8 м по Пильтунскому разлому, а их вертикальные смещения - о сбросе с опущенным восточным крылом с амплитудой около 0,3м. Соответствующие средние скорости можно было бы оценить приблизительно в 160 мм/год и 60 мм/год. Однако такое осреднение вряд ли целесообразно, поскольку основная часть смещений явно сейсмогенна, т.е. единовременна. Ho главное заключается в том, что движения до землетрясения происходили с противоположным знаком, чем после, и полученная результирующая за период 1990-1995 гг. заведомо меньше движений, произошедших при главном толчке.

Смещения по сейсмогенно обновленному Верхие-Пильтунскому разрыву, напротив, отвечают правому сбросо-сдвигу с амплитудой горизонтальных смещений до 3,1 м (при смещении его юго-восточного крыла относительно восточного крыла Пильтунского разрыва на 1,3 м в юго-восточном направлении) по перемещению пунктов № 8 и № М01. Северо-западное крыло разрыва в результате землетрясения поднято до величины 1,1 м (пункт № 10). Характерно, что эти величины примерно в 2-2,5 раза меньше амплитуд непосредственно измеренных сейсмотектонических дислокаций - около 8 и 2 м.
Анализ полученных материалов позволяет сделать следующие выводы.
1) Сейсмотектонические движения по Пильтунскому разрыву, включающие криповые смещения за 1990-1995 г.г. и сейсмогенные смещения при землетрясении 27 (28) мая 1995 г., фиксируют еще унаследованность ориентировки горизонтальных сдвиговых смещений по Северосахалинскому региональному разрыву, которые в это время продолжали оставаться (с 1984 г.) левосдвиговыми.
2) Вертикальные сейсмотектонические движения по Пильтунскому разрыву, напротив, фиксируют смену знака разрывных смещений по отношению к эпохе 1984-1990 гг.
3) На этом полигоне подтверждается асинхронность смены знака вертикальных и горизонтальных смещении.
4) Разрывы разной плановой ориентировки при сейсмотектонической активизации могут характеризоваться противоположными ориентировками сдвиговых смещений (левосторонний сдвиг по Пильтунскому разрыву и правостороний сдвиг по Верхне-Пильтунскому разрыву).
5) Анализ косейсмических деформаций в эпицентральной зоне Нефтегорского землетрясения фиксирует более сложную картину движений, трактуемую как правосторонний сдвиг с амплитудой 5,3 м и обратный сдвиг с амплитудой 1,4 м.
Суммируя вышеизложенное можно заключить, что и в преимущественно надвиговых и в преимущественно сдвиговых зонах современные тектонические движения действительно знакопеременны и неравномерны. Это подтверждает правило увеличения средних скоростей движений при сокращении времени их осреднения и для областей с максимальными (экстремальными) скоростями СДЗК.