» » О палеосейсмогеологическом методе

О палеосейсмогеологическом методе

Следует кратко остановиться на палеосейсмогеологическом методе, который, как было отмечено выше, в последнее время активно развивается и все шире привлекается как для сейсмического районирования (и уточнения исходной сейсмичности при СМР), в том числе для выделения СГС и зон ВОЗ, так и для уточнения количественных параметров палеосейсмодислокаций (ПСД), совершенствования сейсмических шкал и т.п. Здесь нет необходимости в изложении содержания самого метода, многократно описанного. Целесообразнее кратко остановиться на основных направлениях совершенствования данного метода, трактуемых неоднозначно. Ho в данном случае акцент делается на сейсмогенных тектонических структурах.
1. Уточнение строения сейсмогенерирующих структур (СГС). Такое уточнение предполагается в двух основных направлениях.
— Оценка потенциальной сейсмичности или сейсмического потенциала (Mmax, I0) фрагментов активных разрывных структур (шовных зон и разрывов) при обычной недостаточности сейсмостатистического материала за счет доказательства одновозрастности сейсмотектонических дислокаций определенной длины (по данным анализа рельефа, геологических разрезов, тренчинга, т.е. вскрытия ПСД и современных сейсмодислокаций — ССД траншеями и шурфами).
— Характеристика структуры поля современных тектонических напряжений по распределению ССД и ПСД разных генетических типов, а также по характерным их парагенетическим ассоциациям (структурным рисункам).
2. Трассирование, уточнение контуров и строения зон ВОЗ. Распределение ПСД и ССД, особенно сейсмотектонических, позволяет:
— локализовать дополнительные эпицентральные зоны и тем самым,
— уточнить наиболее вероятные места возникновения будущих сильных землетрясений и
— уточнить контуры зон ВОЗ по фактическому распределению ПСД и ССД и расчетным величинам ширины максимальных сейсмических очагов (с учетом сейсмологических характеристик литосферы на уровне сейсмоактивных слоев).
3. Уточнение средней повторяемости сильных землетрясений предполагает:
— пополнение региональных каталогов сильных землетрясений;
— оценку Mmax за более длительные сроки (тысячи лет), чем это позволяет сделать обычная сейсмостатистика;
— определение средних интервалов повторения высокомагнитудных землетрясений. Основной материал поставляется в результате применения тренчинга с выделением сейсмофаций и абсолютного датирования следов разновозрастных смещений. Важно привлечение материалов по историческим землетрясениям и выявление их следов на местности и в горных выработках.
4. Необходимость уточнения шкалы оценки сейсмической интенсивности:
— в первую очередь за счет введения самостоятельного раздела по сейсмотектоническим палеодислокациям в соответствующие шкалы (например, MSK-64; MSK-71; MSK-81; MSK-92);
— с включением в новую шкалу большего разнообразия сейсмодислокаций (например, сейсмодинамических дислокаций, деформаций встряхивания и др.) с указанием нижнего порога интенсивности, при котором они неслучайно возникают;
— с выделением на количественной основе градаций пораженности местности раздельно в горных и равнинных областях; при этом необходимо учитывать зависимость пораженности склонов различными типами сейсмодислокаций и сейсмодеформаций от: крутизны склона, сложения его скальными и рыхлыми породами, соотношения на скальных склонах наклона слоев и уклонов рельефа и т.п.
5. Проработка региональных шкал ПСД может существенно увеличить надежность палеосейсмогеологического метода, поскольку позволит учесть специфику, как сейсмических очагов, так и субстрата, в котором образуются разнообразные сейсмодислокации. Специфика субстрата обусловливается разными факторами: общей геодинамической обстановкой региона, спецификой литологической основы (формационным составом обнажающихся толщ), а также особенностями рельефа (его древностью или молодостью, дифференцированностью, контрастностью и т.п.). На существенные различия в типах и размерах ПСД при сходных параметрах землетрясений в альпийской складчатой и Байкальской рифтовой областях давно уже обращали внимание многие исследователи. Очевидно, эта специфика в принципе должна учитывать все разнообразие геодинамических систем орогенических, предорогенных и равнинных территорий. Поэтому данная дифференциация будет последовательно нарастать по мере усложнения соответствующего районирования.
6. Выявление новых типов ССД и ПСД. Изучение плейстосейстовых областей современных землетрясений и ПСД позволяет выявлять все новые варианты ССД и ПСД. Применительно к сейсмогенным тектоническим структурам наиболее представительны предложения А.А. Никонова выделять:
— деформации встряхивания, которые бывают представлены трещинами, расселинами, местными провалами над пустотами, расседанием горных гребней или выступов склонов; большая часть таких деформаций линейна, захватывает только приповерхностные части скальных массивов и имеет ограниченные размеры (до сотен метров), но группы подобных деформаций могут занимать значительные площади (возникают обычно при интенсивности 7 баллов и выше);
— сейсмодинамические дислокации, когда смещения возникают не за счет тектонических напряжений, а в результате инерции горных масс при сейсмических колебаниях; при этом происходит сдвигание горных вершин, образование козырьков, площадок отодвигания и т.п. (возникают чаще всего при интенсивности в 9 баллов и выше);
— выбросные (или набросные) деформации — антигравитационные перебросы по воздуху с траекториями разной крутизны блоков горных пород или грунтовых масс, когда локальные пиковые ускорения мгновенно превышают ускорения силы тяжести (обычно при интенсивности 9 баллов и выше); этот вариант лишь в отдельных случаях может сближаться с рассматриваемыми в данной работе тектоническими формами.
Как было отмечено выше, принципиально все эти варианты сейсмодислокаций возникают за счет сейсмических воздействий на тектонически пассивный скальный массив. Поэтому они в целом могут считаться вариантами гравитационно-сейсмотектонических дислокаций. По-видимому, дальнейшие исследования в данном направлении позволят дифференцировать и сейсмотектонические дислокации.
7. Основные направления совершенствования методики палеосейсмогеологического метода, так или иначе, связаны с применением тренчинга и детальным изучением сейсмодислокаций не только в плане (на местности), но и в геологических разрезах с обязательным привлечением всех доступных эффективных методов абсолютного датирования.
В настоящее время широко используются радиоуглеродный, инженерногеологический (по скорости денудации и заполнения сейсмогенных сбросовых рвов осадками), стратиграфический, геоморфологический, дендрохронологический, лихенометрический, термолюминисцентный, трековый методы. И число таких методов, безусловно, будет нарастать.
He останавливаясь на этих методах (они описываются в специальных исследованиях и по существу, не связаны непосредственно с палеосейсмогеологическим методом), необходимо отметить три главных направления: детализацию строения палеосейсмодислокаций, выявление сейсмофаций и изучение сейсмоглинок.

Проведение тренчинга на современных сейсмодислокациях показало необычайную сложность строения сейсмотектонических образований. В России наибольший материал в этом отношении дало изучение следов Спитакского (7 декабря 1988 г.) землетрясения в Армении и Нефтегорского (27-28 мая 1995 г.) землетрясения на Сахалине. После этого стали детально изучаться следы сейсмоподвижек и по другим сейсмоактивным разрывам и разломам. Достаточно привести несколько примеров такого тренчинга (рис. 5.47 а, б, в). He вдаваясь в детали можно отметить, что главным результатом подобных исследований можно считать достоверную фиксацию одновременных различно ориентированных разрывных, флексурных и даже складчатых смещений с образованием соответствующих структурных форм. Часто это синхронные сдвиги, сбросы, взбросы, иногда надвиги, грабеннобразные и горстоподобные микроформы, как выраженные на поверхности, так и погребенные. Это лишний раз показывает сложность очаговых и приочаговых деформаций и объемный характер этого мгновенного тектонического (сейсмотектонического) процесса. По существу данные результаты намечают путь согласования сложности сейсмодислокаций со сложностью сейсмогенерирующих структур, когда последние рассматриваются в качестве шовных зон и сложных разрывных зон. Очевидна необходимость (по крайней мере, при тектонических исследованиях) в отходе от упрощенных физических моделей сейсмического очага (один или два пересекающихся трещиноподобных сместителя) к более сложным геологическим моделям, учитывающим реальное строение всей области подготовки землетрясения (концентрации энергии) и особенностей активизации (и перестройки) уже существующих СГС, зон их подготовки и стадий формирования. При этом необходимо учитывать, что такое формирование происходит не только при землетрясениях, но и в эпохи завершения разрядки сейсмических напряжений и при подготовке последующих землетрясений. Данное положение подтверждается особенностями изменения интенсивности, а иногда и ориентировки криповых движений в периоды форшоковой и афтершоковой сейсмической активности.
Сложность строения сейсмических очагов отмечалась уже давно. Так, общеизвестно разветвление и значительная самостоятельность отдельных частей громадного очага Кебинского катастрофического землетрясения в 1911 г. в Северном Тянь-Шане (рис. 5.48). Писалось также и о сложности строения более мелких очагов, например, Файзабадского землетрясения 12.01. 1943 г. в Южном Тянь-Шане, когда на протяжении одного многоактного землетрясения активизировались различные элементы Предгиссаро-Кокшаальской шовно-депрессионной зоны. Именно отсутствие надежных объемных соотношений строения ПСД и СГС представляется основным современным недостатком палеосейсмогеологического метода в целом.

О формировании специфических сейсмофаций, отражающих мгновенные разрывные смещения, писал В.П. Солоненко. Среди них наиболее широко известны образования земляных и селевых потоков, сейсмообвальные, оползневые и другие фации. Сейсмогенные толщи образуют подпруды в руслах рек и за такими подпрудами могут формироваться специфические подпрудные фации. Литологически они схожи с обычными экзогенными образованиями. Их сейсмогенность доказывается по косвенным признакам (пространственная и возрастная связь с другими заведомо сейсмогенными образованиями) или некоторым признакам аномальности, истолковываемым в качестве сейсмогенных. Например, фонтанирование материала в сбросово-обвальных массах, аномальная дальность отброса обвальных масс (иногда с перебросом на противоположный борт долины и т.п.). Сейсмогенными могут быть субаквальные сели и мутьевые потоки, а также сейсмотурбации при разжижении грунтов.
Для тренчинга наибольшее значение имеют обычно и коллювиальные (микрообвальные) вторжения несортированного, иногда грубообломочного материала в ритмично построенный осадочный разрез или выжатые (вдавленные) в грубообломочные отложения тонкозернистые породы. Характерно также формирование сейсмогенных нептунических даек двух типов: восходящих и нисходящих. Восходящие дайки образуются путем внедрения в трещины снизу влажных песков, супесей, суглинков. При достижении поверхности они могут фонтанировать и образовывать грязевые конусы. Нисходящие дайки заполняют трещины сверху. В них часто образуются воронки — поглощающие поноры глубиной и диаметром иногда до десятков метров. Такие дайки могут быть заполнены и брекчией за счет падения в них крупных обломков.
Одним из важных видов сейсмофаций, позволяющих дифференцировать одноактные и многоактные ПСД, являются так называемые “коллювиальные клинья”. Одиночные клинья свидетельствуют в пользу одноактности, а “штабель” клиньев — о многоактных палеосейсмических явлениях.
Одной из наиболее характерных сейсмофаций служат приразрывные глинки. Они часто именуются (по аналогии с соответствующей фацией тектонитов) глинками трения. Однако они формируются мгновенно при землетрясении. Поэтому неверно считать их результатом трения, которое, безусловно, требует времени на истирание пород крыльев разрыва. Принципиальный механизм здесь ближе к взрывному или ударному распылению материала. Поэтому правильнее именовать эти образования глинками сейсмоударного распыления. По В.П. Солоненко, такие сейсмогенные милониты не только образуются практически мгновенно, но бывают выжаты из трещин подобно пасте и местами при Гоби-Алтайском землетрясении образовывали стены высотой более 1,5 м. Мощности таких мгновенно образованных при катастрофических землетрясениях сейсмогенных милонитов могут достигать 1 м.
Следует также отметить, что кроме изучения различных сейсмофаций, к тренчингу все шире привлекаются методы, позволяющие комплексно изучать и, по возможности, отличать ПСД от форм другого происхождения. В частности рекомендуются методы малоглубинной разведочной геофизики, которые позволяют изучать не только рыхлые осадки, но и подстилающий скальный массив. Они позволяют определить:
— трассировку молодых разрывов, в том числе ПСД,
— мощность и углы падения зон дробления,
— наличие погребенных уступов в основании рыхлой толщи,
— характер деформации слоистых пород, изменения их мощности над погребенными разрывами и ПСД,
— расположение и характер зон повышенной трещиноватости на простирании молодых разрывов и ПСД, как зон возможной концентрации сейсмодислокаций при будущих землетрясениях.
Кроме собственно сейсмофаций важно фиксировать другие специфические признаки сейсмодислокаций. К ним, например, следует относить субвертикальные слои (или блоки с субвертикальной слоистостью), ориентированные по падению разрывных сместителей. Характерна для ПСД групповая аномальная ориентировка галек в разрывной зоне, секущей однородную песчано-галечную толщу. А.А. Никонов обращает внимание на важность учета явлений разжижения обводненных грунтов, особенно песчаных при сильных землетрясениях. Возникают характерные пертурбации (сейсмотурбации) таких грунтов. Они все шире изучаются на равнинных территориях России, Италии, Китая, Японии, США и других стран. Возникновение сейсмотурбаций зависит главным образом от степени водонасыщенности грунтов, глубины залегания грунтовых вод и спектрального состава сейсмических колебаний. Как указывает B.C. Хромовских, “насущной задачей полевой сейсмогеологии является увеличение набора признаков, доказывающих сейсмогенность предполагаемых палеосейсмодислокаций, отличие их от широкого спектра псевдосейсмодислокаций. Это особенно важно в связи с возможностью крупномасштабного гравитационного спрединга хребтов (“секунг”) и появления на их склонах и вершинах протяженных линейных рвов и уступов с поднятыми подгорными крыльями.... Такие образования легко могут быть приняты за сейсмогенные сбросы, которые также могут возникать при аналогичных условиях при сильных землетрясениях. Необходимо найти и изучить признаки генетических различий этих очень сходных друг с другом форм рельефа”.
Большую проблему составляет также надежность разделения одноактных и многоактных ПСД. По B.C. Хромовских, при вскрытии ПСД траншеями и шурфами необходимо учитывать, “что минимальные размеры фрагмента ПСД, вскрываемого траншеями, должны определяться минимальными размерами реальных сейсмодислокаций, возникающих при землетрясениях с М~6,0 в том или ином регионе”. Так, сейсмодислокации образующиеся при землетрясении с М~6,5 в Байкальской рифтовой зоне имеют длину 2,5-3 км и амплитуду вертикального смещения порядка 0,8-1,5 м. Поэтому предлагается при отсутствии определенных доказательств более протяженной сейсмодислокации, изучать самостоятельно ее отрезки длиной по 3 км для установления их сейсмогенности, одноактности и одновозрастности. Это важно еще и потому, что истинные ПСД могут соседствовать с псевдосейсмогенными геоморфологическими и тектоническими элементами. Конечно, следует учитывать при этом региональную и кинематическую специфику обычных длин единичных современных сейсмодислокаций, а также геоморфологические и литологические особенности их формирования, т.е. все отмеченные выше особенности проработки региональных шкал ПСД.
8. Принципиальное ограничение палеосейсмогеологического метода при привлечении наиболее древних плейстоценовых ПСД.
Считается, что рассматриваемый метод позволяет получить надежные оценки Mmax по ПСД, возникшим в течение последних тысяч лет и до 10 тыс. лет, т.е. в пределах голоцена. Ho в ряде случаев могут выявляться и более древние ПСД.
Необходимо, однако, отметить, что привлечение палеосейсмодислокаций для оценки максимальной балльности землетрясений, ожидаемых в настоящее время (т.е. в период строительства и эксплуатации современных инженерных сооружений), предполагает стабильность сейсмического (и тектонического) режима в течение геологически длительного времени, по крайней мере, в течение голоцена, а иногда и части плейстоцена. Ho подобное допущение в принципе неправомерно.
О нестабильности сейсмического режима в течение даже ближайшего геологического времени писали многие авторы. Так, В.П. Солоненко писал, что “во всех сейсмических районах, где получены соответствующие материалы (Монголо-Байкальский, Среднеазиатский, Кавказский, Иранский и др.), сейсмическая активность несколько тысяч лет тому назад резко изменилась, как правило, в сторону снижения”. Выделяются разные эпохи активизации сейсмичности, когда происходили землетрясения, по-видимому, нереальные для современности. Например, А.Б. Островский выявил для Северо-Западного Кавказа две эпохи подобной активизации: 1) в середине позднего плейстоцена и 2) завершившуюся в начале первого тысячелетия нашей эры. В.К. Кучай по палеосейсмодислокациям в зоне Таласо-Ферганского разлома (Средняя Азия) установил максимум сейсмической активности около 50 тыс. лет назад и понижение максимальной силы землетрясений 10 тыс. лет назад. В.П. Солоненко отмечает для Байкальской рифтовой зоны четыре вспышки сейсмической активности, одна из которых относится к позднему голоцену.
Как известно, максимальный уровень современной сейсмичности оценивается по-разному для разных интервалов повторяемости землетрясений (например, 500, 1 000 и 5 000 лет — в картах ОCP-97). Следовательно, допускается вероятность неравномерной сейсмичности во времени. Поэтому сооружения с большей продолжительностью эксплуатации должны обладать повышенной сейсмостойкостью.
С другой стороны, достаточно очевидна связь уровня сейсмичности (как по величине Mmax, так и по интервалам повторяемости максимальных магнитуд) с уровнем тектонической активности, в частности с активностью орогенеза. Между тем именно анализ развития орогенеза свидетельствует о многоступенчатой иерархичности его интенсивности, нашедшей отражение в иерархичности образований террасового генетического комплекса.
С импульсами активизации тектонических движений, особенно орогенических часто связываются многие стратиграфические рубежи, в том числе стратиграфические и угловые несогласия. Еще большая связь предполагается между террасообразованием и импульсами орогенеза в горных областях. Для них во многих случаях очевидна приуроченность эрозионных фаз эрозионно-аккумулятивных циклов к фазам активизации воздымания гор, когда нарушаются выработанные профили равновесия рек. Поэтому именно стратификация террасовых образований в областях новейшего орогенеза может дать важный материал для характеристики неравномерности тектонической активности.
Как показывает практика сейсмотектонических исследований, геоморфологической характеристики и абсолютной датировки многих крупных палеосейсмодислокаций, последние чаще всего синхронны стратиграфическим рубежам, т.е. эпохам активизации орогенеза. Ho специально этот вопрос не исследовался.
В некоторых горных областях, например, в Гиссаро-Алае, ряд крупных, предположительно сейсмогенных оползней (Рарзский — на р. Зеравшан и др.) сформировался в эрозионные фазы верхнеплейстоценовых циклов.
Таким образом, привлечение древних (голоценовых и плейстоценовых) сейсмодислокаций для оценки современной сейсмичности требует анализа соотношения уровня тектонической активности соответствующих эпох. Это соотношение в целом может контролироваться соотношением фаз современного и древнего эрозионно-аккумулятивных циклов. При несовпадении этих фаз необходимы коррективы, предусматривающие количественную оценку уровня тектонической (орогенической) активности в разные фазы одномасштабных и разномасштабных эрозионно-аккумулятивных циклов. Необходимо также исследовать вопрос о количественных соотношениях изменений уровня тектонической и сейсмической активности.

title-icon Подобные новости