Палеоземлетрясения в Тункинской системе рифтовых впадин

Актуальность проблемы. Одним из основных критериев точности прогноза сейсмической опасности являются современная и историческая сейсмичность, а также данные о палеоземлетрясениях, т. е. вся имеющаяся сейсмостатистика. Стабильность режимов геологических процессов в течение длительного времени предполагает повторение землетрясений в пределах тех геологических пространств, где они уже происходили. С этой точки зрения оправдано использование сейсмостатистического метода прогноза сильных землетрясений. Сейсмостатистика сильных исторических и палеоземлетрясений является основой другого метода прогнозирования потенциальной сейсмичности — сейсмотектонического, базирующегося на связи сейсмичности с развитием морфоструктур.

Методы прогноза сейсмичности и сейсмического потенциала предполагают использование сведений о сильных землетрясениях. В некоторых районах землетрясения максимальной силы происходили в доисторический период и повторяются через несколько сотен и даже тысяч лет (Bucknam, Anderson, 1979; Гоюй, 1982; McCalpin, Kliromovskikh, 1995; Ружич и др., 1997; и др.). Естественно, что многие из подобных событий не зарегистрированы инструментально, и лишь сведения о некоторых из них обнаруживаются в исторических летописях. Социальную важность изучения доисторических землетрясений показывает тот факт, что общим критерием оценки потенциальной сейсмической активности разлома в значимом для общества будущем (принято в США) является обнаружение, по крайней мере, двух сейсмогенных смещений за последние 500 тысяч лет (Hankock, 1988).

Созданный в СССР в начале 60-х годов палеосейсмогеологический метод (Солоненко, 1966, 1970, 1973, 1977 и др.) позволяет расширить временные рамки сейсмостатистики и учесть большую часть наиболее сильных голоценовых землетрясений, сопровождавшихся вспарыванием земной поверхности. В течение 60-х — 80-х годов в Прибайкалье было обнаружено и с различной детальностью изучено около 80 палеосейсмогеных структур (ПСС) (Сейсмическое районирование ., 1977). При этом основными определяемыми характеристиками структур были их размеры (длина), тип и амплитуды смещений (чаще суммарные), относительный возраст и число активизаций (обычно «одноактные» или «многоактные»). Уровень изученности многих тектонических дислокаций не позволял однозначно решать многие вопросы и, прежде всего вопрос их генезиса, вследствие чего, в последнем опубликованном каталоге ПСС Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) насчитывается 26 структур (Хромовских и др., 1993).

Развитие палеосейсмогеологического метода у нас в стране и за рубежом, накопление обширного фактического материала по доисторическим и современным сейсмодислокациям, а главное, применение новых методических приёмов в изучении палеосейсмодислокаций (ПСД), позволили вывести палеосейсмогеологический метод на новый этап. В настоящее время с применением тренчинга, морфометрии, методов малоглубинной и изотопной геофизики сейсмогеологами на качественно новом уровне подтверждается сейсмогенное происхождение ранее открытых дислокаций, определяются амплитуды разовых смещений, абсолютные возраста палеоземлетрясений1, их повторные интервалы и другие параметры. Методы современных сейсмогеологических исследований позволяют решать не только палеосейсмологические задачи, но и задачи сейсмотектонического, тектонофизического и геодинамического направлений.

Представленная работа рассматривается автором как опыт адаптации и применения новых методических и теоретических подходов к изучению палеосейсмичности Юго-Западного Прибайкалья и использование полученных данных для оценки сейсмического потенциала территории. В этом автор видит основную цель работы, для достижения которой были поставлены и решены следующие основные задачи.

1 Речь идёт о сильных (М>6.5) землетрясениях, при которых могут образовываться сейсмотектонические деформации.

— адаптация комплекса геолого-геофизических методов исследований для решения задач сейсмогеологического направления в условиях Юго-Западного Прибайкалья;

— определение параметров ПСД, отражающих магнитуду, положение плейстосейстовой области палеоземлетрясения, характер напряжений в очаге и др.;

— определение абсолютного возраста и повторяемости палеоземлетрясений, как одного из основных параметров долгосрочного прогноза сильных землетрясений;

— определение положения зон вероятных очагов сильных землетрясений (ВОЗ) на основе связей современной и палеосейсмичности с геолого-структурным развитием и напряжённым состоянием коры Тункинской системы рифтовых впадин и прилегающих территорий.

Методы исследований и использованные материалы. В полевых условиях ПСД изучались в разрезах горных выработок, детальной профильной съёмкой поверхностей сейсмогенных форм рельефа, комплексом методов детальных структурно-геофизических исследований. Определение возрастов проб из гумусосодержащих горизонтов производилось радиоуглеродным методом. Полученный фактический материал анализировался в комплексе с другими сейсмогеологическими, сейсмотектоническими и сейсмологическими данными, опубликованными в печати или находящихся на электронных носителях в виде каталогов и баз данных. Подробно методы исследований рассмотрены во второй главе диссертационной работы.

Научная новизна. Благодаря более детальному, основанному на применении новых методов, исследованию ПСС впервые получены (в некоторых случаях уточнены) время активизаций, периоды повторяемости, амплитуды и тип деформаций во время отдельных событий. Детальными структурно-геофизическими исследованиями подтверждена связь выраженных на поверхности сейсмогенных деформаций с активизацией сейсмогенерирующих разломов. Показана определяющая роль сдвиговой компоненты подвижек в формировании сейсмогенных деформаций Юго-Западного Прибайкалья. Данные о палеосейсмичности использованы для сейсмотектонического анализа территории, построения её геодинамической модели и учтены в новом варианте карты зон ВОЗ для изучаемой территории.

Автор выносит на защиту следующие положения:

1. На основе комплексного геолого-геофизического изучения палеосейсмогенных структур в зонах Главного Саянского и Тункинского разломов установлена превалирующая роль левосторонних сдвиговых смещений в формировании сейсмогенных деформаций, при этом знак и величина вертикальной составляющей подвижек на отдельных участках разломов зависят от приповерхностной структуры и локальных динамических обстановок.

2. В пределах трёх крупных сейсмогенных структур выделены эпицентральные области палеоземлетрясений — две в пределах Аршанской, четыре в Торской и три в Восточно-Саянской ПСС. Их установленные количественные параметры использованы для уточнения сейсмического потенциала зон вероятных очагов землетрясений в новом варианте карты зон ВОЗ.

3. Для территории, охватывающей Аршанскую, Торскую и Восточно-Саянскую структуры, выделены два этапа сейсмической активности — ранне-среднеголоценовый и позднеголоценовый, разделённые периодом сейсмического покоя продолжительностью 1900 — 3500 лет. По расчётным данным интервал повторяемости сильных (М=6.5−7.9) землетрясений наиболее вероятен в диапазоне от 400 до 1670 лет.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации представлялись на XVII и XVIII Всероссийских молодёжных конференциях (г. Иркутск, 1997,.

1999), на конференции «Сейсмический риск и сейсмическое районирование» (Иркутск, 1994), на международных конференциях «Байкал — часть мирового природного наследия» (Улан-Удэ, 1998), «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы» (Екатеринбург, 1998). Материалы о режиме палеосейсмичности в регионе, полученные с участием автора, были использованы при построении новой карты зон ВОЗ Восточной Сибири и Монголии (Хромовских и др., 1996). Результаты работ неоднократно включались в отчёты по хоздоговорным заданиям. По теме диссертации автором или при его участии опубликовано 16 научных работ.

Диссертационная работа состоит из четырёх глав, введения, заключения и табличных приложений. Работа изложена на 207 страницах машинописного текста, включает 52 иллюстрации и 6 таблиц, из них 4 в приложении.

Список литературы

содержит 119 наименований.

Автор выражает глубокую признательность научным руководителям докторам геолого-минералогических наук [B.C. Хромовских) и В. В. Ружичу за введение в увлекательный мир доисторических катаклизмов и выработку физически обоснованного научно-методического подхода к практике сейсмогеологических исследований. Особую благодарность автор адресует кандидату геолого-минералогических наук A.B. Чипизубову за организацию и проведение совместных работ по детальному изучению Торской и Восточно-Саянской ПСС. Автор искренне признателен кандидатам г.-м.н. М. Г. Демьяновичу, P.M. Семёнову, В. А. Санькову за скрупулёзный просмотр рукописи и ценные замечания, учтённые при подготовке окончательного варианта диссертации. Автор также весьма благодарен за оказанную помощь в проведении полевых работ и предложенные рекомендации в процессе написания диссертации кандидатам г.-м.н. С. Г. Аржанникову, С. П. Серебренникову, Л. Г. Обуховой, а также Е. А. Дельянскому, О. В. Белоусову.

Основная направленность работы заключается в более детальном изучении палеосейсмогенных структур и использовании новых палеосейсмогеологических данных при определении уровня сейсмичности Юго-Западного фланга Байкальской рифтовой зоны. Последние крупные работы по сейсмичности этого региона были опубликованы в 1975 и 1981 годах (Сейсмотектоника ., 1975; Сейсмогеология ., 1981). За прошедшие годы получены новые фактические материалы о палеосейсмичности, в основном по результатам тренчинга, детального полевого обследования с применением методов морфометрии и малоглубинной геофизики уже известных палеосейсмогенных структур и вновь открытой — Восточно-Саянской (а также, мест несущих на себе следы новейшей тектонической активизации).

Исследуемый регион охватывает часть территории Шелеховского и Слюдянского районов юга Иркутской области и Тункинский район республики Бурятия. В орографическом отношении он представлен рифтовыми впадинами широтной Юго-Западной ветви БРЗ и обрамляющих их массивами Тункинского, Китойского хребтов и хребта Хамар-Дабан, а также вовлечённые в поднятие южные окраины Сибирской платформы. В плане район представляет собой трапецию, ограниченную меридианами 100° и 104° в.д. и параллелями 51°20' и 52°20' с.ш. (рис. 1.1 на стр 13).

В пределах изучаемой территории большинство населённых пунктов расположены непосредственно в зонах сейсмогенерирующих разломов. Это — г. Слюдянка, пгт. Култук, Кырен (районный центр), Аршан, Монды и др. В исторических летописях имеются сведения о разрушении многих зданий Тункинской крепости в результате 8−9 бального землетрясения 22 августа 1814 года (Солоненко, 1950), о горном обвале, перекрывшем на несколько минут течение реки Иркут в районе п. Туран при землетрясении 7 марта 1829 года (Мушкетов, Орлов, 1893). В уходящем столетии наиболее сильные землетрясения были зарегистрированы 4 апреля 1950 г. (п. Монды — 9 баллов),.

30 июня 1995 г. (Тункинское землетрясение, до 7 баллов). Короткий период сейсмостатистических наблюдений не позволяет судить об истинном потенциале сейсмогенерирующих зон Юго-Западного Прибайкалья. Неизвестно, к каким последствиям приведут более сильные толчки, чем те, которые произошли в 1950 и 1995 годах. О том, что они могут быть значительно сильнее, и их магнитуда может превысить 7, свидетельствуют следы былых катастроф — палеосейсмодислокации (Хромовских, 1965; Сейсмотектоника ., 1975; Сейсмогеология ., 1981; Чипизубов и др., 1994; и др.). Расшифровка записанных природой данных в виде сейсмодислокаций о силе и повторяемости разрушительных землетрясений Юго-Западного Прибайкалья является основной задачей настоящей работы и этому посвящены вторая и третья её главы. Во второй главе делается краткий обзор современных методов палеосейсмологических исследований, приводятся примеры их применения в некоторых районах Мира, и история их использования в Байкальском регионе. В третьей главе представлены основные результаты тренчинговых, морфометрических и структурно-геофизических работ, проведённых на Аршанской, Торской и Восточно-Саянской палеосейсмогенных структурах. В четвёртой главе на основе анализа палеосейсмогеологических, сейсмологических и данных и данных о геолого-тектоническом строении территории выделены основные зоны ВОЗ (вероятных очагов землетрясений).

Заключение

.

Собранный автором за 8 лет полевых работ фактический материал и результаты его обработки, представленные в диссертации, раскрывают суть тренчинга — одного из новых методов изучения следов палеоземлетрясений. Полученный автором опыт и результаты убеждают в эффективности более широкого освоения и применения этого метода в сейсмогеологической обстановке на территории Восточной Сибири. Тем не менее очевидно также и то, что необходимо дальнейшее совершенствование данного метода и это одна из главных задач в планах дальнейших исследований автора.

Сделанный в работе акцент на комплексное применение геолого-геофизических методов исследований позволил более существенным образом подтвердить собранными и обработанными материалами сейсмотектоническую природу приразломных деформаций в виде Аршанской, Торской и Восточно-Саянской палеосейсмодислокаций, дать обоснованную количественную оценку их параметров (возраст, повторные периоды, протяжённость, амплитуды, тип и направление смещений). Комплексное геолого-геофизическое изучение выявленных эпицентральных областей палеоземлетрясений ещё раз подтвердило многоактность формирования сейсмогенных структур и стало основой для сегментации разломов на отрезки с различным сейсмотектоническим потенциалом.

Детальными структурно-геофизическими исследованиями остаточных деформаций плестосейстовых областей палеоземлетрясений разрывные нарушения прослежены на глубину до 100 метров и более, что в совокупности с данными газортутной и эманационной съёмок позволило подтвердить генетическую связь выраженных на поверхности деформаций с глубинными разломами. Комплексом методов малоглубинной геофизики и морфометрией изучена приповерхностная структура зон глубинных разломов — установлена природа «сейсмогенных рвов» в основании тектонических уступов, ступенчатых дислокаций в пределах горных склонов и др.

Детальные морфометрические исследования дислокаций совместно с интерпретацией разрезов канав (включая датирование сейсмогенных деформаций) позволили определить протяжённость одновозрастных ПСД и их кинематические характеристики (направление и амплитуды смещений). Многократные замеры разовых и суммарных амплитуд подвижек на участках дислокаций со сдвиговой природой показало превышение горизонтальной составляющей движений над вертикальной составляющей в соотношении приблизительно 3:1. Значительная сдвиговая компонента в движениях становится причиной образования как положительных, так и отрицательных микроструктур вдоль узкой полосы зоны разлома, вне зависимости от знака общего направления вертикальной составляющей сейсмогенной подвижки.

Одним из главных результатов, представленных в работе, можно считать получение интервальных оценок абсолютного возраста палеоземлетрясений. Оценка возрастов палеоземлетрясений в виде интервалов является следствием методики, применяемой для датирования сейсмогенных деформаций. Анализ возрастов палеоземлетрясений показал непостоянство повторных периодов сильных (М>6.5) землетрясений на отдельных фрагментах сейсмогенерирующих разломов, что, вероятно, обусловлено относительной нестабильностью механизмов подготовки очагов землетрясений, генерируемых зонами активных разломов. Для значительного участка территории Юго-Западного Прибайкалья, включающей три исследованных ПСС, установлены общие этапы сейсмической активизации (ранне-среднеголоценовый и позднеголоценовый), обусловленные повышением активности геодинамических процессов на юго-западном фланге Байкальской рифтовой зоны. Первый период охватывает интервал времени приблизительно 9.5−5 тыс лет назад, за который произошло пять палеоземлетрясений. Во время второго периода четыре палеоземлетрясения произошли в интервале 0.5 — 3 тыс. лет назад. Два этапа активизации разделены 2−3.5 тысячелетним сейсмическим затишьем, во время которого не происходило обновления ПСД.

Интересным представляется выделение сейсмических циклов миграции, согласно которым близко расположенные эпицентральные области палеоземлетрясений последовательно во времени перемещаются с запада на восток (наиболее характерно для палеоземлетрясений Восточно-Саянской ПСС). Некоторые проявления пространственно-временной упорядоченности сейсмических событий можно проследить на примере современных землетрясений (К=9 и выше) в районах повышенной сейсмической активности (ГСР, Хойтогольская впадина, юго-западная часть Тункинской впадины).

На основе полученных данных о протяжённости и амплитудах деформаций для отдельных палеоземлетрясений автором с большей обоснованностью определён энергетический потенциал вероятных в будущем очаговых зон сильных землетрясений. Это позволяет уточнить сейсмическую опасность для Тункинской системы рифтовых впадин и прилегающих территорий. Приведённый в работе вариант карты зон ВОЗ отличается от предшествующих прежде всего тем, что в его основе лежит принципиально новый фактический материал. При выделении зон ВОЗ вне эпицентральных областей палеоземлетрясений особое внимание было уделено анализу тектонической структуры, современной сейсмичности и напряжённому состоянию среды.

Таким образом, в заключение можно отметить, что задачи, поставленные в данной работе, были выполнены в полной мере. Дальнейшие пути исследований в выбранном направлении заключаются в продолжении планомерного использования совокупности всех палеосейсмогеологических методов исследований с целью уточнения полученных результатов и расширения географии исследований (изучение известных сейсмогенных структур Прибайкалья и поиск новых). В перспективе одной из очередных задач могло бы стать построение стратиграфических колонок для голоценового времени существования активизированных участков разломов, что явилось бы значительным подспорьем в датировании доисторических землетрясений и спровоцированных ими селей, обвалов и других ландшафтных элементов. По интенсивности накопления осадочных отложений и характеру их деформаций в результате землетрясений можно.

185 было бы достаточно определённо судить об активности отдельных сегментов разломов за последние тысячи лет. В современной геотектонике еще во многом остаются малопонятными природа и механизмы движений по активным разломам. Для решения этой проблемы при участии автора начаты регулярные инструментальные наблюдения за режимом смещений в зонах разломов Южного Прибайкалья (Ружич и др., 1999). Это также одна из актуальных задач, решение которых необходимо для разработки фундаментальной теории сейсмического процесса.