Тектоника и сейсмичность

За последние 10–30 лет российскими и иностранными учеными получены новые данные о составе и строении осадков, заполняющих впадины оз. Байкал, соотношении рифтогенных структур со строением фундамента, по истории и кинематике рифтообразующих движений, эволюции рельефа и изменениях климата региона.

По геологическим и геофизическим данным установлено, что Байкальская рифтовая зона (БРЗ), протяженностью более 2000 км, относится к внутриконтинентальным зонам растяжения земной коры и расположена на сочленении двух контрастных по температурным и механическим свойствам литосферных мегаблоков: Сибирской платформы и Центрально-Азиатского подвижного пояса. Рифтовая система составлена из сложной последовательности впадин (15 отдельных впадин), разделенных поднятиями (межвпадинными перемычками) и ограниченных крупными тектоническими разломами, параллельными рифту, секущих рифт и свидетельствующих о сложнейшей истории растяжения рифта. Сибирская платформа является крупным и достаточно стабильным мегаблоком со слабой сейсмической активностью. Центрально-Азиатскому подвижному поясу свойственна рассеянная сейсмичность, свидетельствующая о мозаичном сочленении отдельных микроплит и блоков, располагающихся между тремя литосферными плитами – Индостанской, Евразийской и Амурской. Байкальская система рифтовых разломов и впадин характеризуется концентрированной сейсмичностью, тяготеющей к байкальским впадинам.

Современная кинематика рифтовых движений

На территории Монголо-Сибирского региона, включающей западную часть Байкальского рифта и сопредельные структуры, начиная с 2000 г. проводятся высокоточные геодезические спутниковые (GPS) измерения горизонтальных и вертикальных движений поверхности Земли. Региональная система GPS наблюдений насчитывает 50 пунктов регистрации, в том числе постоянно действующие: Улан-Удэ, Иркутск, Улан-Батор. В результате многолетних высокоточных измерений были выделены три главных направления тренда смещений литосферных масс относительно стабильной Сибирской платформы: 1) север–северо-восточное (на западе полигона); 2) северо-восточное и широтное (в центральной части), свидетельствующие о сближении Индостанской и Евразийской плит в новейшее время; 3) юго-восточное (азимут 135о), в котором смещается Амурская плита со скоростью от 1,5 до 6,9 мм/год. Малые скорости смещений отмечены для пунктов, расположенных вблизи Байкальской впадины, по мере удаления от осевой части рифта и приближения к Улан-Батору измеренные горизонтальные скорости нарастают, но направление движения сохраняется.

Разломная тектоника

Для Байкальской рифтовой системы принципиальное значение в структурном плане придается Главному Саянскому, Тункинскому, Приморскому, Баргузинскому, Кичерскому, Верхне-Муйскому, Кодарскому, Токкинскому и некоторым другим разломам. Большинство из выделенных разломов – структуры глубинного заложения. Степень влияния генеральных разломов в рифтогенезе определяется двумя обстоятельствами: масштабом развития разломов и возрастом их заложения и развития в течение значительного интервала геологического времени – от докембрия до кайнозоя включительно.

Главный Саянский разлом считается основной и самой крупной разрывной структурой юго-западной ветви БРЗ. Разлом служит границей между блоковыми поднятиями Восточного Саяна и Шарыжалгайским выступом цоколя Сибирской платформы. Прослеженная длина разлома приближается к 1000 км; ширина разломной зоны колеблется от нескольких сотен метров до 7–8 км, а в западной части – до 50–60 км.

Тункинский разлом в кайнозое развивался под воздействием рифтового поля напряжений, что определило значительную амплитуду вертикальных движений по нему.

Однако и для этого разлома заметно влияние регионального сжимающего напряжения, выразившееся в развитии сдвиговых и взбросо-сдвиговых деформаций. Почти во всех случаях разлом геоморфологически выражается как типичная сбросовая структура, хотя отмечается наличие и левосторонней сдвиговой составляющей. В целом Тункинский разлом классифицируется как сдвиго-сбросововая структура. Суммарная вертикальная амплитуда Тункинского разлома по анализу геоморфологических и других признаков составляет 300–400 м, из которых около 100 м приходится на южные склоны Тункинских гольцов. Величина горизонтальной составляющей имеет амплитуду смещения от нескольких сотен метров до километра. Амплитуда не одинакова вдоль всего разлома и максимальна в его широтных отрезках, в мондинской и особенно в тункинской частях.

Восточное окончание Тункинского разлома имеет минимальные вертикальную и сдвиговую компоненты смещения.

Приморский и Морской разломы, ограничивающие Южную и Среднюю Байкальские котловины с северо-запада, в структурном отношении входят в систему разломов Обручевского сброса. По материалам глубинных сейсмических зондирований, сброс рассекает литосферу со значительным смещением по ее подошве. Общая амплитуда уступа достигает 1500–1650 м, а максимальная глубина Байкала – 1630 м. В зоне сброса выявлены зияющие трещины растяжения, рвы и микрограбены северо-восточного и широтного простирания, указывающие на активное раскрытие разлома в плейстоценголоцене. Приморский разлом отчетливо проявляется в виде уступа рельефа вдоль западного побережья Байкала, а при геологическом картировании фиксируется мощной (300–800 м) зоной дробления. Длина разлома около 200 км. Максимальная высота уступа в рельефе достигает 600 м. Разлом определяется как взброс, азимут падения сместителя разлома около 140°, угол 65–70°. В кайнозойский период разлом развивался как правосторонний сбросо-сдвиг. Морской разлом от устья р. Бугульдейки под острым углом меняет направление и продолжается вдоль акватории до северо-восточного окончания Ольхонского горста. По всему протяжению разлом имеет четко выраженный сбросово-сдвиговый характер подвижек с преобладающей амплитудой вертикальных движений (до 9 км с начала рифтинга).

Баргузинский разлом, общей длиной около 200 км, состоит из четырех кулисообразных отдельных ветвей. Мощность зоны разлома колеблется от нескольких десятков до сотен метров. Кайнозойская активизация Баргузинского разлома хорошо выражена в рельефе в виде ступенчатых (с перепадом высот до 200 м) уступов. Современная активность разлома подтверждается тяготением к нему эпицентров слабых землетрясений. По анализу всего комплекса диаграмм трещинноватости Баргузинский глубинный разлом для кайнозойского этапа развития классифицируется как правосторонний сдвиго-сброс.

Все крупнейшие региональные разломы Байкальской рифтовой зоны отличаются ярко проявленной кайнозойской активизацией, считаются долгоживущими и заложены по древним разломным зонам. Кайнозойская активизация региональных разломных зон способствовала развитию Байкальской рифтовой системы. Трактовка движений по некоторым разломным зонам далеко неоднозначна. В частности, С.И. Шерман считает, что субширотные разломы имеют, как правило, наряду со сбросовой и левостороннюю сдвиговую компоненту, субмеридиональные и северо-восточные – правостороннюю.

Определения так называемых фокальных механизмов по сейсмограммам землетрясений позволяют восстановить тип подвижек, простирание и направление падения плоскости сейсмоактивных разрывов. По решениям фокальных механизмов землетрясений, выполненных В.И. Мельниковой, в разломных зонах центральной и северо-восточной частей Байкальской рифтовой системы преобладают растягивающие напряжения преимущественно СВ-ЮЗ направления, что создает условия для формирования сбросов. Вместе с тем в этой части имеются и механизмы с преобладанием сдвиговой компоненты, что может свидетельствовать о более сложном характере движений отдельных тектонических блоков. На юго-западном фланге зоны господствуют сдвиговые напряжения. Смешение разных типов подвижек отмечается в очагах землетрясений на западном окончании Южно-Байкальской котловины и захватывает систему Тункинских впадин.

Стадии развития рифта

Исследования состава и строения осадочного наполнения кайнозойских впадин позволяют выделить две стадии развития БРЗ. На ранней стадии, охватывающей период времени не менее 40–50 млн. лет, т.е. большую часть эволюции Байкальского рифта, происходил «медленный рифтинг», характеризующийся невысокой степенью растяжения и разрушения литосферы. Вертикальные движения были умеренными, воздымания плечей рифта – незначительными, а опускание впадин по скорости и амплитуде превосходило воздымание плечей в несколько раз.

Начало второй стадии развития – «быстрый рифтинг» – предполагается на границе миоцена и плиоцена (3 млн. лет назад). Эта стадия, характеризующаяся усилением растягивающих напряжений и ускорением тектонических движений, продолжается и поныне. Некомпенсируемое погружение Байкальской впадины привело к образованию самого глубокого в мире водного резервуара пресной воды, сменившего озерные водоемы малых и средних глубин предшествующей эпохи.

Некоторые исследователи выделяют не три (Южную, Среднюю и Северную), а только две одноранговые впадины: Южно-Байкальскую и Северо-Байкальскую, разделенные диагональной перемычкой в составе о-в Ольхон – подводный Академический хребет – Ушканий архипелаг. Селенгинская перемычка, разделяющая Южно-Байкальскую впадину на две равновеликие котловины, считается самым ранним и самым глубоким депоцентром с мощностью накопленных осадков до 10 км, преобразованными в плиоценчетвертичное время блоковыми движениями фундамента в сложную седиментогенно-тектоническую форму. Северо-Байкальская впадина отличается от Южно-Байкальской ровным плоским дном, заметно меньшей плотностью тектонических разломов, их преобладающей СВ (40–45 о) ориентировкой и меньшей глубиной (920 метров против 1637 в Центральной и 1416 м в Южной котловинах озера). Сильная раздробленность ложа Южно-Байкальской впадины указывает на большую длительность хрупкого деформирования земной коры в изменившемся поле тектонических напряжений.

Противоречия моделей рифтогенеза

Несмотря на усилия исследователей, в геологической истории Прибайкалья многое остается неясным. Например, повышение скорости, по данным GPS, Амурской плиты на юго-восток по мере удаления от стабильной Евразийской противоречит модели активного Байкальского рифтинга, для которой были бы характерны максимальные деформации растяжения в осевой части рифта и их убывание к периферии, вплоть до появления сжимающей компоненты в направлении, поперечном простиранию рифтовых структур. Наблюдаемое же поле скоростей позволяет заключить, что растяжение на юго-восточной границе Сибирской платформы связано с юго-восточным движением Амурской литосферной плиты.

Энергетический источник и механизм этих смещений не вполне ясен. Идея о главенствующей роли Индо-Евразийской коллизии в формировании неотектонических структур Центральной Азии (Молнар и Тапонье) также не объясняет движения Амурской и Южно-Китайской литосферных плит. Прежде всего это касается исторического аспекта (обратили на это внимание Леви, Шерман) – начало активизации неотектоничеcких движений и заложение Южно-Байкальской впадины относят к палеоцену (Логачев и и др.), т.е. о времени, когда Индостан находился на достаточном удалении от Евразии и коллизионные процессы еще не начались. Модель противоречит и современной кинематике взаимодействия коллизионного фронта Евроазиатской и Индостанской плит: по данным GPS геодезии, не наблюдается сжатия поперек восточной границы Индостана, которое необходимо для объяснения восточного тренда смещения Южно-Китайской плиты. Восточный тренд Южно-Китайской плиты относительно Евразии может объясняться динамическим воздействием Западно-Тихоокеанской зоны субдукции на внутриконтинентальные массы.

В результате активной научной полемики крайние точки зрения начали сходиться. Анализ новейшей структуры, данные о мощности земной коры и результаты сейсмической томографии пространства между Байкальским рифтом и Гималайским коллизионным фронтом свидетельствуют, что причины и энергетические источники кайнозойского рифтогенеза в Восточной Сибири следует искать не в противопоставлении местных и удаленных геодинамических процессов, а в их взаимодействии

Система сейсмологических наблюдений

Территория Прибайкалья наряду с другими высокосейсмичными областями (Средняя Азия, Тибет, Западно-Тихоокеанская окраина) входит в единый Центрально-Азиатский сейсмический пояс, развивающийся по активной шовной зоне Евразийской, Индостанской и Амурской литосферных плит. Сильнейшие землетрясения в Прибайкалье неоднократно происходили в прошлом, в том числе в 1742 г. и 1861–1862 гг. Первое из них современники назвали «великим трясением», а в результате второго, именуемого Цаганским, на месте пяти бурятских улусов в дельте р. Селенги образовался новый залив Байкала – Провал. При этом были погибшие и раненые люди, под воду ушло более 200 кв. км освоенных земель со многими постройками, инвентарем, большим количеством скота и сельскохозяйственными запасами. Без крова и имущества в январские морозы остались 1333 жителя потопленных улусов.

За минувшие полвека лет на территории Прибайкалья произошли три катастрофических и два 8-балльных землетрясения: Мондинское – 9 баллов по шкале МSK-64 (4.04.50 г.), Муйское – 10-11 баллов (27.06.57 г.), 8–9-балльное Среднебайкальское (30.08.59 г.), Южнобайкальское – 8 баллов (25.02.99 г.) и Кичерское – 8 баллов (21.03.99 г.).

При 9-балльном Мондинском землетрясении в мерзлом грунте возникли крупные трещины общей протяженностью до 2,5 км. Максимальная ширина трещин – 1–2 м, вертикальное смещение 0,3–0,8 м. В деревянных зданиях пос. Монды вывалились окна, рухнули печи. Из северных стен домов вылетели бревна, спящих сбросило с кроватей. Отмечались очень сильные вертикальные удары. Были сломаны вертикальные столбы на высоте 1–1,5 метра. Стоять на ногах при землетрясении было невозможно. Отмечена деформация ряжевых опор моста через р. Иркут.

Муйское землетрясение – единственное в бывшем СССР событие класса «мировых сейсмических катастроф». Землетрясение ощущалось на площади около 2 млн. кв. км; площадь же 5-балльных сотрясений составила 600 тыс. кв. км. Обвалы и осыпи наблюдались на площади 150 тыс. кв. км, на эпицентральных расстояниях до 350 км. Эффекты, соответствующие 8-баллам, имели место на удалениях до 150, а 6–7 баллам – на расстоянии до 500 км (Чита, Бодайбо) от эпицентра. Только отсутствие развитой инфраструктуры в регионе в те годы не привело к большим людским и материальным потерям.

Среднебайкальское землетрясение 30 августа 1959 г. проявилось с силой 8–9 баллов в селениях Малый и Большой Дулан, Энхалук, Сухая и Оймур, расположенных на восточном берегу Байкала вблизи эпицентра. В грунте образовались трещины, произошли грязевые извержения, полностью разрушились печи, повреждения получили бревенчатые срубы. Даже в г. Улан-Удэ, на эпицентральном расстоянии 95 км, отмечались повреждения отдельных каменных зданий.

Южнобайкальское землетрясение 25 февраля 1999 г. силой в эпицентре 8 баллов произошло в акватории Байкала, на удалении от больших городов: Иркутск – 82 км; Ангарск – 135 км; Улан-Удэ – 195 км. Макросейсмические 6–7-балльные эффекты проявились в населенных пунктах ближней зоны (Танхой, Выдрино, Кедровая, Листвянка, порт Байкал), где преобладали повреждения I-й, реже II-й степени (по шкале MSK-64): частичное и полное разрушение дымовых кирпичных труб, растрескивание печной кладки, оконных стекол, вскрытие антисейсмических швов, сквозные трещины в стенах кирпичных домов и т.п.

Эпицентр Кичерского землетрясения 21 марта 1999 г. располагался на расстоянии 25 км к юго-востоку от ж/д станции Кичера. Из-за сильнейших сотрясений почвы в первые же секунды вышли из строя линии электро- и теплоснабжения. Возникла сильная паника, жители в большинстве покинули помещения, и многие не возвращались до утра. Ввиду того, что застройка ст. Кичера представлена брусовыми домами и кирпичными малоэтажными зданиями с сейсмостойким усилением на 9 баллов, повреждения в основном были I-й, реже II-й степени. Только в отдельных случаях сборно-щитовые дома получили более сильные повреждения – деформации стен, потолков, расстыковка швов и т.п. В районе п. Верхняя Заимка отмечены такие явления, как появление трещин в мерзлой земле, снижение уровня воды в Верхней Ангаре, обвалы и осыпи на горных склонах.

Инструментальная сеть сейсмологических наблюдений организована в Прибайкалье после череды сильных землетрясений 50-х годов. Современный вид сейсмологическая сеть приобрела к 1962 году. К 1990 году в Прибайкалье уже работало 28 сейсмостанций, использовалась уникальная установка глубинных электрических зондирований «Полигон» для изучения глубинного состояния очаговых зон на Среднем Байкале, проводились опытные сеансы вибросейсмического просвечивания с помощью крупнейшего в мире 100-тонного сейсмического вибратора в г. Бабушкине.

Начиная с 1996 г. произошел переход сейсмологической сети на цифровую регистрацию (23 станции), образовалась и функционирует Селенгинская локальная сеть из 7 сейсмостанций. С переходом на цифровую регистрацию ежегодно в пределах рифта фиксируется 5–8 тыс. тектонических землетрясений разной интенсивности, мониторинг которых предоставляет обширный материал для экспериментального изучения процессов деформирования геосред. Действующая сейсмологическая сеть, использующая радио и телефонную связь, электронную почту, позволяет получать оперативные данные о координатах и силе уже через 10–20 минут с момента землетрясения. Сбор полной информации осуществляется почтовой пересылкой компакт-дисков.

Оперативные сообщения о произошедших ощутимых событиях и изменениях сейсмического режима передаются в отдел мониторинга ГУ МЧС РФ и администраций Иркутской области и Республики Бурятия.

За последние 30 лет инструментальных сейсмологических наблюдений в Прибайкалье зарегистрировано свыше 60 тысяч землетрясений различной силы. Зоны очагов землетрясений располагаются в виде системы достаточно узких и протяженных полос вдоль геологической структуры – Байкальского рифта. На северо-востоке выделяются две 9-балльные зоны: Баргузино-Верхнеангарская и Муйско-Ципиканская. Сейсмический процесс в последней носит роевой характер, т.е. землетрясения фиксируются практически непрерывно, без особо сильных толчков.

Повышенной роевой сейсмичностью, включая настоящий период, характеризуется перемычка между Средне- и Северобайкальскими котловинами – от о. Ольхон до п-ова Святой Нос. Наибольшую опасность представляет Средний Байкал, где 9-балльные зоны располагаются на линии дельты р. Селенги – о. Ольхон. Здесь, на северо-восточном окончании Селенгинской очаговой зоны, в 2006–2008 гг. зафиксирована не типичная для этого района область роевой сейсмичности. Повышенной сейсмической активностью за весь инструментальный период и длительной активизацией 1999–2008 гг. отличается Южный Байкал, где зоны очагов смещаются к юго-западной части акватории. Чуть менее активна система Тункинских впадин и Восточных Саян. Несмотря на устойчивый характер эпицентрального поля, опасность может представлять и «рассеянная сейсмичность» – приуроченная к слабопроявленным сейсмогенерирующим зонам на периферии рифта.

Состояние исследований по прогнозу землетрясений в Прибайкалье. Мировой опыт управления риском показывает, что проведение предупредительных мероприятий (прогнозирование сейсмической опасности, усиление и новое строительство сейсмостойких зданий и сооружений, подготовка населения, разработка мер мобилизационной готовности и др.) позволяет значительно смягчить последствия сильных и катастрофических землетрясений.

Под прогнозом землетрясений понимают определение места, времени и силы (магнитуды) землетрясения. По времени прогноз подразделяется на долгосрочный (на десятилетия вперед), среднесрочный (на годы вперед), краткосрочный (на дни–месяцы вперед) и оперативный (на минуты–часы вперед).

По мнению научного сообщества, проблема долгосрочного (десятилетия) прогноза землетрясений в виде карт сейсмического районирования различной детальности считается более или менее решенной. Краткосрочный прогноз места, интенсивности и времени (часы, минуты), за исключением весьма редких удачных случаев, при современном развитии теоретической и экспериментальной базы считается практически не реализуемым. Оперативный прогноз возможен при наличии базы данных по возможным региональным сценариям развития землетрясений и развернутой системы наблюдений в конкретной очаговой зоне.

Среднесрочный (годы) прогноз реально возможен и должен основываться на сети мультидисциплинарных мониторинговых наблюдений. В процессе подготовки землетрясения, как правило, прослеживаются следующие стадии: 1) рассеянного (диффузного) накопления дефектов, 2) роевой концентрации трещин вблизи будущего разрыва – кластеризации, 3) форшоковой активизации – резкого увеличения количества микроземлетрясений. Процесс подготовки из-за сложного взаимодействия геоблоков может иметь свои региональные особенности, которые определяют конкретный сценарий развития в различных о чаговых зонах.

Первый, и, может быть, единственный, удачный прогноз сильных землетрясений зафиксирован в середине 70-х годов прошлого века, когда китайские ученые по наблюдениям за различными геофизическими полями за несколько дней до Хайченского землетрясения (04.02.1975, М = 7,3) сообщили о прогнозе властям. Своевременная эвакуация населения г. Хайчен минимизировала экономический и социальный ущерб землетрясения.

Исторические сведения по сейсмичности Прибайкалья свидетельствуют, что многие местные катастрофические землетрясения предварялись интенсивной сейсмической активизацией, что позволяет надеяться на успешное решение проблемы среднесрочного прогноза. Повышение чувствительности сейсмонаблюдений за счет локального уплотнения числа сейсмостанций, налаживание оперативной обработки сейсмограмм, создание набора сценариев сильных землетрясений Прибайкалья, контроль изменений напряженного состояния недр позволят эффективно планировать и реализовывать на основе разработки методики среднесрочного прогноза силы, места и времени землетрясений «адресные» мероприятия по снижению сейсмического риска.

Источник:

Иметхенов А.Б., Татьков Г.И. Тектоника и сейсмичность Прибайкалья // Байкал. Природа и люди. Под ред. А.К. Тулохонова. — Улан-Удэ: ЭКОС, Изд-во БНЦ СО РАН, 2009

 

Поделиться в vk
VK
Поделиться в odnoklassniki
OK
Поделиться в facebook
Facebook
Поделиться в whatsapp
WhatsApp
Поделиться в telegram
Telegram