На основе долговременного геологического изучения территории Причерноморского региона Альпийско-Гималайского пояса у автора сложилось убеждение в наличие тесной связи между строением рельефа территории и ее трещиноватостью, возникшей с начала поздних фаз альпийского орогенеза. Эта связь наиболее заметно проявлена в преобладающем развитии речных долин причерноморской зоны вдоль северо-восточных направлений, а также в выдержанности и широком развитии вдоль этих направлений разрывных тектонических зон антикавказской ориентировки. Кроме того, обращает на себя внимание значительное количество небольших прямолинейных водотоков длиной от десятков до нескольких сотен м с четко выраженной в плане Yобразной формой, сопоставимой с выделенной М. В. Гзовским (15) в работах по тектонофизике, триадой — сопряженная пара трещин скола и трещина отрыва, используемой для определения ориентировки главных нормальных напряжений. При проведении исследований наиболее детально рассматривалась территория Новороссийского участка и прилегающих районов. Согласно Временной схемы сейсмического районирования Северного Кавказа, она характеризуется высокой сейсмичностью и относится к зоне 8 бальных землетрясений. Поскольку при прохождении землетрясений образуется большое количество трещин и происходят новообразования в рельефе, то полагаю очень важным, выявление связей сейсмичности с тектоникой и орогидрографией.
Для решения поставленной задачи, как представляется, недостаточно локальных объектов и частных исследований по отдельным тектоническим структурам. Возможные связи и генетическое родство можно будет определить только используя комплекс геолого-геофизических методов и проведя статистический анализ, оперирующий большими объемами значений по всем интересующим элементам тектонического строения изучаемой территории. Руководствуясь вышеизложенным, автором была принята рабочая гипотеза о существовании генетических связей между элементами рельефа, тектоническим строением и сейсмичностью территории Новороссийского района. Для ее подтверждения, или опровержения ниже будут рассмотрены геолого-геофизические и статистические методы доказательств. За основу принимается статистический метод по частотам распределения изучаемых компонентов.
Предлагаемая на рассмотрение работа является результатом геолого-математической обработки тектонодинамических исследований автора по трассе КТК, объездной железной дороги вокруг Новороссийска, земель совхоза Абрау-Дюрсо и работ с фондовыми материалами, каталогами землетрясений и геолого-сейсмическими разрезами. Кроме того, были использованы авторские материалы работ эндогенного участка ГУП «Кубаньгеология» по прогнозу землетрясений и грязевому вулканизму.
Исследуемый участок рассматривался в границах листов топокарты L -37 -112 и L -37 -124, масштаба 1: 100 ООО, с юга на север от Черного моря и города Новороссийск до станицы Гладковской и с запада на восток от станиц Раевская и Натухаевская до города Крымск (рис.1). Таким образом, в пределы участка входит вся горная и предгорная части Северо-Западного Кавказа.
Исходными материалами для анализа явились данные топографического дешифрирования вышеуказанных карт в количестве 3128 мегатрещин, 30 обнажений массовых замеров трещиноватости с количеством 3664 трещин, 513 разрывных нарушений, зафиксированных в естественных и искусственных обнажениях коренных пород, 251 зеркало скольжения с установленными кинематическими показателями, 14 189 землетрясений произошедших в Восточно-Средиземноморском районе за период с 1961 по 2000 годы и 687 землетрясений по Краснодарскому краю за этот же период.
Актуальность проблемы. В настоящий момент через территорию Краснодарского края проходит большое количество нефтепроводов и продуктопроводов, началась эксплуатация нового крупного нефтепровода масштао км 25 0 25 50 75 100 км.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.
Район исследований.
Рисунок 1 — Обзорная карта района исследований.
Каспийского регионального консорциума (КТК), осуществлено строительство трассы газопровода «Голубой поток», намечается строительство объездной железной дороги вокруг города Новороссийска. В горной части края в связи со сложным тектоническим строением, наличием большого количества разрывных нарушений и высокой сейсмичностью, весьма актуальным становится вопрос выявления сейсмогенерирующих структур и наиболее опасных разрывных нарушений и ослабленных зон, определения степени их активности. Данную проблему можно решить на стадии предпроектной документации инженерно-геологических изысканий, проводя анализ рельефа в сопоставлении его с тектоническим строением и сейсмичностью.
Цель работы. Анализ и выявление генетических связей между морфологией рельефа, тектоникой и сейсмичностью Северо-Западного Кавказа и определение на этой основе ориентировки наиболее активных сейсмогенерирующих структур и пространственно-временного распределения землетрясений.
Научная новизна. На основе геолого-геофизического анализа мегатрещиноватости рельефа и его сопряженности с трещинной тектоникой и сейсмичностью, выявлена пространственная ориентация наиболее активных направлений тектонических зон. Определены наиболее вероятные направления перераспределения очагов землетрясений в Причерноморском регионе. Доказана их связь с общим направлением латерального течения в Альпийско-Гималайском поясе. На основе выявленных геолого-геофизических характеристик тектонического строения региона и сравнительного анализа геометрии речной сети предложена модель определения полей напряжений и их иерархии.
Практическая значимость работы. Геолого-математический анализ больших массивов данных элементов морфологической тектоники и сейсмичности может быть использован в инженерно-геологических изысканиях на стадии предпроектной документации, поскольку позволяет значительно удешивить финансовые затраты, а кроме того может помочь решить ряд важнейших проблем геоморфологии, тектоники и сейсмичности территории и определить их взаимозависимость.
Защищаемые положения:
1. Между орогидрографией, выраженной мегатрещиноватостью, элементами тектонического строения и сейсмичностью территории Новороссийского участка существует генетическая связь. Эта связь может быть выявлена на основе обработки больших массивов данных с помощью методики геолого-математического анализа;
2. Наиболее активные тектонические нарушения и направления перераспределения сближенных во времени землетрясений приурочены к простиранию Альпийско-Гималайского коллизионного пояса вдоль регионального направления латерального течения и главной оси растяжения;
3. Существует генетическая связь между мегатрещиноватостью и трещиноватостью, что позволяет использовать данные геометрии речной сети для определения ориентировки полей напряжений, существовавших в неотектонический этап развития и, используя данные неоструктурного районирования, установить их иерархию.
И сходные материалы и личный вклад автора в решение проблемы. В основу работы положены многочисленные полевые наблюдения автора на обнажениях территории и документация горных выработок, особенно по трассе КТК и объездной железной дороге вокруг Новороссийска, где задокументировано большое количество обнажений, канав и траншея под объездную железную дорогу около Новороссийска, вдоль Маркхотского хребта, на протяжении 12 км. Проведено топографическое дешифрирование территории, использовано около полутора сотен авторских описаний обнажений с массовыми замерами трещиноватости и несколько сотен зеркал скольжения с выявленной кинематикой. При анализе сейсмичности выбирались каталоги землетрясений за 40 лет с 1961 по 2000 годы, по Восточно-Средиземноморскому региону и по Краснодарскому краю. Все эти данные были сведены в отдельные выборки проанализированы по отдельности и совместно на основе статистического анализа, построен большой ряд таблиц и диаграмм. Помимо собственного материала автор использовал фондовый материал ГУП «Кубаньгеология» и «Кубаньгеолкома», а также каталоги землетрясений и геолого-сейсмические разрезы. Результаты такого анализа послужили основой решения поставленных задач.
Апробация и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях и совещаниях: 12−17 сентября 2000 года в Севастополе на международном научно-техническом семинаре «Стихия — 2000» -«Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий», 3031 мая 2000 года в Москве на проводимом МЧС России международном совещании «Влияние сейсмической опасности на трубопроводные системы в Закавказском и Каспийском регионах», в апреле 2001 года в Тунисе на одиннадцатой международной деловой встрече «Диагностика — 2001». По теме диссертации опубликовано 9 работ, результаты исследований представлены также в отчетах о научно-исследовательских работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 6 глав, в которых представлены геологические особенности района исследований, методика морфотектонических исследований, установлены закономерности морфотектоники Северо-Западного Кавказа, пространственно-временного распределения землетрясений в Причерноморском регионе, генетические связи между мофотектоническими и сейсмическими параметрами региона, а также заключения и списка используемой литературы из 82 наименований. Общий объем диссертации состоит из 143 страниц, в том числе 37 рисунков и 14 таблиц.
Выводы: Проведенный генетический анализ элементов морфотектоники и сейсмичности выявил важные связи между различными элеметами тектонического строения Северо-Западного Кавказа. Результаты этого анализа, выявившие родство в генезисе трещиноватости и мегатрещиноватости, позволили провести парагенетический структурный анализ мегатрещиноватости по образу и подобию таких операций для трещин в горных породах. Выяснилось, что на основе произведенных построений, предварительно, можно выделить 4 последовательно сменяемых поля тектонических напряжений и определить их ориентировку.
Предложенный метод анализа может оказаться весьма актуальным при проведении инженерно-геологических изысканий на трассах больших линейных объектов. Кроме того, проведение подобного анализа в совокупности с исследованиями гидрогеодеформационных полей позволяют вести мониторинг за проявлениями тектонодинамичекой активизации на крупных линейных объектах и прогнозировать опасные ситуации на основе динамики перераспределения полей напряжений.
Заключение
.
В результате проведенного сравнения различных тектонических элементов — мегатрещиноватости, трещиноватости, зон разрывных нарушений, направлений перемещения в зеркалах скольжения и направлений перераспределения сближенных во времени землетрясений, выяснено, что между ними существуют различные генетические связи, которые можно выявлять на основе статистического анализа, указанных характеристик. С помощью частотного анализа сравнение выборок различной емкости осуществляется в одинаковых интервалах кругового распределения по которому возможно проведение кореляционного анализа. Другим независимым методом явилось сравнение выборок по среднему круговому направлению. Оба статистических метода взаимодополнили друг друга и совместно с парагенетическим структурным анализом позволили сделать следующие выводы:
1. В пределах Западной части мегантиклинория Большого Кавказа существует устойчивая генетическая связь между мегатрещиноватостью, трещиноватостью и разрывными нарушениями. Она определяется сменяемой последовательностью: трещина — разрывная зона — мегатрещина. Наиболее отчетливо выражены в рельефе мегатрещины северо-восточного простирания, что, по-видимому, связано с долговременно существующим региональным северо-восточным сжатием, при котором вдоль данного направления образовывались многочисленные трещины отрыва последовательно организуемые в зоны разрывных нарушений. На основе неоструктурного районирования С. А. Несмеянова (47,48) в современный неотектонический этап произошла перестройка поля напряжений и ориентировка главной оси растяжения стала субгоризонтальной северовосточной антикавказской, а ось сжатия ориентирована субвертикально. При таком направлении главных осей напряжения по образовавшимся ранее северо-восточным структурам начали широко проявляться сбросовые подвижки, что также усилило эрозию этих структур и способствовало широкому образованию речных долин данной ориентировки.
2. Анализ распределения направлений движений по зеркалам скольжения позволяет выявить как минимум 4 иерархически сменяемых поля напряжений, среди которых наиболее выраженным являются 2 поля: первое с субгоризонтальными северо-восточным сжатием и северо-западным растяжением и, второе — с субгоризонтальным северо-восточным растяжением и субвертикальным сжатием. Наиболее интенсивно в тектонических движениях задействованы разрывные нарушения северозападного простирания поскольку для них наиболее четко выражены пики чистых сдвигов, сбросов и взбросов, а также их комбинации. Разрывные нарушения северо-восточного простирания, развитые при главном региональном поле напряжений по кулисовидно расположенным трещинам отрыва, при сменившемся поле напряжений испытывали преимущественно взбросовые подвижки.
3. Выявлена объективная закономерность преобладающего пространственного перемещения сближенных во времени очагов землетрясений, как для Средиземноморского района в целом, так для СевероЗападного Кавказа и Новоросийского участка, в частности, вдоль оси Альпийско-Гималайского пояса. Перераспределение очагов маятниковое, оно симметрично и взаимовероятно в двух противоположных направлениях по азимутам 110−290°. Данное направление соответствует региональному латеральному течению вдоль простирания основных региональных структур. Направление течения происходит по направлению региональной ориентировки оси растяжения, вследствие расплющивания материала в ядрах сильно сжатых антиклинальных складок или на границах крупных тектонических зон, поскольку главная ось сжатия ориентирована перпендикулярно и субгоризонтально к данным структурам. Абсолютное большинство пар сближенных во времени землетрясений произошло в интервале времени 1 час, на порядок превышая распределения времени в других интервалах. Наиболее вероятные расстояния между сближенными землетрясениями находятся в пределах 20−100 км, что по-видимому, отвечает ширине поперечных антикавказских разрывных зон и, соответственно, среднему расстоянию между ними. Перераспределение сближенных во времени землетрясений, вероятно, испытывало задержку на границе поперечных структур, или могло происходить вдоль них, что объясняется, очевидно, их экранирующей деятельностью на пути общего латерального западного транспорта и, вследствие этого, роста здесь напряжений сжатия. После преодоления предела прочности, разгрузка происходит, по-видимому, вдоль активных антикавказских сбросо-раздвиговых структур.
4. Результатами дисперсионного анализа установлено сходство сценариев проявления землетрясений в Северо-Анатолийском и Анапском участках с одной стороны и Сочинском участке и Восточном КавказеКопет-Даге, с другой стороны. Это позволяет полагать что усиление сейсмичности в более активных регионах Северной Анатолии и Восточного Кавказа, может вызвать подобное усиление и на соответствующих территориях Западного Кавказа.
5. Установлена генетическая связь между направлениями перераспределения сближенных во времени землетрясений и трещинами, разрывными нарушениями и мегатрещинами северо-западного простирания. Кинематического анализ показал, что данному направлению соответствуют многочисленные чистые сдвиги и их комбинации со сбросами и взбросами. Совпадение направлений трещин, разрывных нарушений и мегатрещин с направлением перераспределения землетрясений связано с их общей приуроченностью к направлению регионального латерального транспорта вдоль зон расплющивания и образования трещин кливажа.
6. Доказательство генетического родства трещин и мегатрещин позволяет выявлять среди мегатрещин сопряженные пары и определять ориентировку главных нормальных напряжений. Используя результаты неоструктурного районирования с выкладками по скоростям эрозионного вреза, можно разделить выявленные поля напряжений во временной иерархии.
7. В результате тектонодинамического анализа трещиноватости в Новороссийском участке выявлено 4 последовательно сменяемых поля тектонических напряжений. Самое позднее поле напряжений с субгоризонтальной северо-восточной ориентировкой оси растяжения и субвертикальным сжатием, установленное по послойным сбросовым зеркалам скольжения, можно отнести к проявлению современных тектонических движений, происходивших последние 15 ООО лет. Перед ним существовало поле напряжений с северо-восточной субгоризонтальной ориентировкой оси сжатия и субгоризонтального северо-западного растяжения. Оно заложилось не позднее 50 00 лет назад. До него, по-видимому, существовало поле с субмеридианальной ориентировкой оси сжатия. Поле с субширотной ориентировкой существовало, по-видимому, в период между полями с субмеридианальным и северо-восточным сжатием, о чем свидетельствуют косвенные топографические признаки и ряд полевых наблюдений, фиксирующих пересечения северо-восточных трещин отрыва, субширотными трещинами.
Таким образом, проведенные исследования показали, что на основе статистического частотного анализа по имеющейся соответствующей геологической фактуре, можно успешно определять наличие и степень связи между зачастую кажущимися несвязанными друг с другом элементами тектонического строения и сейсмичности территории. Следовательно, используя многочисленные фондовые материалы и, переинтерпретируя их в соответствии с разработанной диссертантом методикой, можно, в первом приближении, получить ответ на многие очень важные вопросы тектонического строения исследуемой территории, что позволит значительно удешивить финансирование проводимых геологоразведочных, геофизических и инженерно-геологических работ.