» » Использование имеющихся материалов анализа современных тектонических движений

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.
Данные близлежащих профилей повторного нивелирования

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.
Материалы геодинамических полигонов

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).


Южный ГДП

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.
Тепловодский ГДП

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

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

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.

title-icon Подобные новости