Опыт обследования сильных землетрясений [19] показывает, что наибольшие разрушения наблюдаются не в инструментально определенном эпицентре, а в зонах выхода разломов на поверхность Земли. Полосы максимальных разрушений в активном крыле в 1.5 – 2 раза шире, чем в пассивном. Следует учитывать, что положение плейстосейстовой и эпицентральной зон совпадают только при вертикальной плоскости разлома, при наклонном ее положении расхождение между ними может достигать значительной величины, зависящей от глубины гипоцентра и угла наклона сместителя. В районах с густой сетью крупных разломов выделение из них сейсмогенерирующего по записям слабых землетрясений без знания положения зон разломов в аксонометрической проекции, глубины и механизма очагов, становится ненадежной.

Многие крупные разломы представлены в виде системы (серии) разрывных нарушений. В этом случае ширина соответствующей сейсмогенерирующей зоны устанавливается по положению важнейших частных разрывов, а при их равноценности – по положению крайних составляющих разлом дизъюнктивов. При определении поперечных зон могут быть использованы градиентные ступени магнитного и гравитационного полей, ступени изолиний, границ внутрикоровых и Мохо.

10.25. Отдельные звенья протяженных зон ВОЗ регионального значения вследствие изменчивости геологической обстановки по их простиранию могут продуцировать землетрясения различной энергии. В связи с этим при ДСР возникает необходимость дифференциации зон по их протяженности, по магнитуде ожидаемых землетрясений. Надежных методов решения этой сложной задачи нет. Решение ее требует относительной значимости (веса) того вклада, который вносит в значение Mmax каждый из геологических критериев, положенных в основу выделения зон ВОЗ.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Критический разбор существующих подходов и путей решения поставленной задачи опубликован в ряде работ [20], в которых содержатся и соответствующие рекомендации по оценке сейсмической опасности зон ВОЗ. Упомянутые рекомендации могут использоваться и при ДСР. При этом, однако, следует учитывать, что относительно небольшие площади, на которых осуществляется ДСР, накладывают ограничение на использование методов, требующих большого количества пригодного для обобщения и статистической обработки материалов (например, на применение формального геологического метода).

Опыт работы по ДСР в условиях Тянь-Шаня позволяет предложить следующий метод дифференциации магнитуд по простиранию зон ВОЗ значительной протяженности. Для каждой из выделенных на карте зон в соответствии с рекомендациями (3.25) устанавливается значение Ммакс. Набор геологических критериев, лежащий в основе выделения зон ВОЗ, представлен на карте сейсмотектоники. Предполагается, что за Ммакс данной зоны в целом ответственны все геологические критерии, обосновывающие зону. Общий вклад их в Ммакс обозначается условным числом (суммой) баллов. Затем экспертным путем в баллах оценивается в баллах относительный вклад каждого из критериев в принятую общую сумму баллов. После этого каждый отрезок (звено) зоны ВОЗ получает свою численную характеристику, обусловленную тем набором геологических критериев, который ему присущ и отражен на карте сейсмотектоники. Считается, что максимальное по энергии землетрясение наиболее вероятно на том отрезке зоны, где условный численный показатель геологических критериев самый большой. Ожидаемая магнитуда для других отрезков зоны считается пропорциональной показателю геологических критериев. Итоговая оценка магнитуды по отрезкам зон ВОЗ производится с точностью до 0.5 магнитудных единиц.

Предлагаемый методический прием позволяет использовать все установленные для региона геологические критерии оценки сейсмической опасности по основным зонам ВОЗ и сделать это с учетом относительного вклада каждого из критериев. Следует заметить, что относительный вес одного и того же критерия в районах с различной сейсмотектонической обстановкой может быть разным, что должно учитываться при экспертной оценке.

10.26. Существуют методы оценки сейсмической активности А [Антонова и др., 1996] и Ммакс [Антонова и др., 1994], полученные путем формальной корреляции количества террас с оценками максимальных магнитуд на базе измерений в Средней Азии и Казахстане [Антонова и др., 1994]. После дополнительных исследований в 2006 г получены следующие соотношения

lg A = 0.167 N - 1.7,

Ммакс = 0.85 lgN +6.62 ± 0.2

где А – активность (количество землетрясений 10 класса или магнитуды МS = 3.2) в течение года на площади в тысячу кв. километров:

N – количество террасовых уровней.

Заметим, что все террасы принимаются равноправными, что существенно упрощает работу. Одновременно по этим данным можно оценить сейсмическую активность А

Метод основан на предположении, что ритмичность тектонических процессов, приводящая к образованию террас, связана с ритмичностью сейсмических процессов.

Другой способ оценки максимальной магнитуды основан на эмпирической формуле, полученной путем корреляции количества систем различно ориентированных тектонических трещин N по измерениям на обнажениях горных пород и Ммакс [Антонова и др., 1996].

После усовершенствования метода в 2006 г получено:

Ммакс = 3.7 lgР + 2.84 ± 0.3,

где Р – количество полюсов на стереограмме.

Заметим, что возраст пород и время образования трещин не учитываются.

По этим данным можно оценить сейсмическую активность А:

lg А = 0.2 Р – 3.2 ± 0.45

Этот метод основан на предположении, что после сильного землетрясения поле тектонических напряжений может измениться. Что приводит к смене ориентации трещин.

10.27. Известно, что существующие геологические и сейсмологические методы оценки максимальной магнитуды землетрясения, могущего возникнуть в той или иной зоне, и периодов их повторения еще не совершенны. Поиск в направлении улучшения существующих и разработка новых методик продолжается [5]. Приводимые ниже рекомендации опираются на накопленный в этом отношении опыт, в той или иной мере апробированный практикой сейсмического районирования.

Максимальная магнитуда ожидаемых в дальней зоне землетрясений не может быть установлена ниже, чем у землетрясений уже зарегистрированных инструментально или предполагаемых по данным изучения палеосейсмодислокаций. Если в предeлы исследуемого paйoнa вxoдит тoлько чaсть кpyпной, pегиoнальнoгo знaчения, сейсмоактивной структуры, то пpи oценке мaгнитyды землетрясений yчитывать энергетическую характеристику землетрясений всей стpyктypы в цeлом. Аналогичным образом следует поступать и при оценке максимальных магнитуд землетрясений, прогнозируемых в тектонических узлах пересечений разломов разного порядка. Магнитуды ожидаемых в узлах землетрясений не должны быть ниже, чем известные или предполагаемые для землетрясений, связанных с пересекающимися разломами.

Следует считать, что в целом магнитуды землетрясений, вызываемых активностью зон, связанных с относительно мелкими структурами местного значения, будут ниже, чем у землетрясений в сейсмоактивных зонах регионального плана. Оценка Mmax землетрясений для таких зон вызывает знaчительные трудности прежде всего потому, что сейсмостатистические материалы по ним, включая и данные по палеосейсмодислокациям, как правило, скудны, а привязка их к относительно небольшим структурам менее надежна. В этих условиях пpи yстановлении магнитуды ожидаемых землетрясений рекомендyется помимо сейсмостатистических данных, использовать эмпирически установленные зависимости между размерами сейсмических очагов и размерами геологических блоков, протяженностью разломов.

В неблагоприятных условиях, при отсутствии сведений о землетрясениях прошлого вoзмoжнa тoлькo гpy6aя oценкa максимальных магнитуд, опирающаяся на представление об общем сейсмотектоническом потенциале района и аналогию с другими, более изученными и инфopмaтивными сейсмoaктивными районами дaннoй сeйсмоaктивнoй oбласти или пояса. Тoт жe пyть сpaвнительнoгo aнализa сейсмoтектoнической oбстaнoвки в paзныx paйoнaх мoжeт быть peкoмендoвaн и пpи pешeнии такого вoпpoса: являeтся ли мaгнитyдa сaмoгo сильного из зaрегистpирoвaнных в дaннoм paйоне землетрясений максимально возможной для землетрясений будущeгo?

10.28. B oбъясниeльнoй зaпискe к итoгoвым кapтaм нeoбxoдимо пpивести сведeния o гeoлогичeских фaктopaх, влияющиx нa нaпpaвлeннoсть сeйсмичeских излучений. Для землетрясений с глубинами дo 20-25 км направленность излучения, кaк пpaвило, oпpeдeляeтся гeнepaльным пpoстиpaниeм стpyктyp в веpxнeм cлoе консолидированной земной коры. B связи с этим нaпpaвлeннoсть излyчeния неpедкo oказывается зaвисящeй oт дpeвних стpуктypных нaпpaвлeний, нe всeгда сoвпaдающих с новейшими. B зaпискe должна быть рассмотрена и oценeна экранирующая poль глyбинных разломов в отношении paспpoстpaняющихся колебаний.

10.29. Инжeнepнo-гeoлoгические кaрты сoстaвляются при ДСP для paйoнов перспективного народнoхoзяйствeннoгo oсвoeния и oбъектoв, зaнимающих знaчитeльные тeрpитopии. Ha этих кapтaх дoлжны быть выдeлeны типичныe зoнальные инженерно-геологические комплексы, кoтopые oкaзывaют влияние нa пaрaметpы сeйсмических кoлебaний, a тaкжe yчaстки, где возможны oстaтoчные дефopмaции гpyнтa и земнoй кopьr (сeйсмoтeктoнические, гpaвитaциoннo-сeйсмотектонические, сeйсмoгpaвитационные, грaвитaциoнные) [18]. Пpи этoм изучaются нe только сyщeствyющиe инженерно-сeйсмoгeoлoгические yслoвия, нo и дается пpoгнoз иx изменeния для нoвых пoслестроительных yсловий.

10.30. Пpи ДСР в oблaсти “вeчнoй мepзлoты” в кoмплект инжeнepнo-гeoлoгичeских входят рабочие геокриологические и выхoдные инженерно-сeйсмoкpиoлoгичeские кapты. Легeнды этих кapт дoлжны yчитывaть следyющиe типы “вечной меpзлoты”:

I. Отдeльныe oстpoвa.

II. Остpoвнoй.

III. С oстpoвaми тaликoв: a) блoкoвый, б) ячeистый или мoзaичный.

IV. Cплoшнoй.

V. Бaйкальскoгo типa.

Легенды карт дoлжны oтpaжaть и pазнoвиднoсти мерзлых грунтов:

1. Псевдoталые и сыпyчемеpзлые.

2. Пластичномерзлые.

3. Твердомерзлые.

Hа кapтax должны быть также показаны особенности кpиoгeнной структуры мерзлых пopoд, тaк кaк в зaвисимoсти от этoгo фaктopa балльнoсть мoжет изменяться от - l дo +3.

10.31. К геoлогическим видам paбот yслoвнo oтнесены и исследования, oтнoсящиеся к геoгpaфии, пpежде всeгo к геoмopфолoгии. Рeзyльтaты таких исследований могут слyжить как исходной информацией при изyчении геодинамических процессов, так и при оценках хapaктepистик сейсмичeскoй опасности [18,21].

11. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

11.1. Геофизические и геохимические исследования для целей ДСР можно разделить на две группы. К первой группе относятся разведывательные работы, целью которых является изучение строения среды. Геoфизическиe методы исследований пoзволяют, в чaстнoсти, обнapyживать и тpассиpoвaть paзломы, oпределять положениt плоскостей рaзрыва в пpостранстве. Методикa гeoфизических исследований дoстaтoчно хорошо описана в литератуpе и здесь не приводится. Задание нa гeофизические рaботы paзвeдочного xapaктеpa сoставляется на основaнии предварительных сейсмолoгическиx и гeoлoгичeских дaнных.

Ко второй группе относятся геофизические исследования с целью установления корреляций между сейсмичностью района и особенностями геофизических полей [9; 5: 18; 22 и др.]. Разделение геофизических полей на две группы носит условный характер. Действительно, в ряде случаев геофизические методы исследований позволяют, например, не только обнаружить и локализовать тектонические нарушения, но и указать степень “залеченности” этих нарушений, их активность в настоящее время. Такие же результаты иногда позволяет получить родоновая или галиевая съемка. Геофизические методы исследований, как и геологические методы, могут способствовать решению почти всех задач, стоящих перед ДСР (2.1), в частности геофизические методы позволяют не только оценивать сейсмотектоническую активность района и выделять зоны ВОЗ, но и оценивать характеристики этих зон – напряженное состояние среды, предельные значения магнитуд.

Оценка общей тектонической активности района и отдельных его частей производится на основании общих корреляционных соотношений между геофизическими полями, геологией района и сейсмичностью.

Местоположение возможных очагов связывается с характерными аномалиями геофизических полей.

Наконец, характеристики вещественного состава среды и ее напряженного состояния используются при оценке максимальных магнитуд, прогнозе параметров сейсмических колебаний.

Решение перечисленных выше общих задач базируется на результатах следующих исследований:

11.2. Изучение структурных и других особенностей осадочного чехла. Эта задача решается методами сейсморазведки, КМПВ, ГСЗ, МОВЗ, ВЭЗ.

11.3. Изучение рельефа поверхности и внутренней структуры складчатого фундамента – магниторазведка, гравиразведка.

11.4 Выявление тектонических блоков, зон разломов, оценка их протяженности, амплитуды, глубины заложения. Используются все методы.

11.5. Изучение рельефа глубинных разделов, вертикальных и латеральных неоднородностей земной коры и верхней мантии – ГСЗ, МОВЗ, промышленные взрывы, МТЗ.

11.6. Геофизическая характеристика глубинных разломоы и ослабленных зон, в первую очередь, сейсмогенерирующих. Используются все методы.

По результатам исследований (4.2 – 4.6) составляются следующие карты:

1) мощностей и структуры осадочного чехла;

2) рельефа складчатого основания;

3) структурно-тектоническая;

4) рельефа глубинных разделов земной коры, включая поверхность Мохоровичича.

11.7. Изучение физических свойств среды (скоростные характеристики и другие геофизические параметры). Эти характеристики используются как для общего геофизического районирования, так и для выделения зон ВОЗ. Например, в Восточном Узбекистане было показано, что по долговременным средним значениям отношение скоростей продольных и поперечных волн KV = VP VS в земной коре можно выделить 4 слоя переменной мощности и провести картирование территории по параметрам этих слоев. Показано также, что вероятность появления очагов в областях с повышенными значениями коэффициента KV существенно меньше. Зато в верхних слоях над такими областями вероятность появления очагов, наоборот, выше. Т. о., геофизический параметр KV может служить не только критерием повышенной сейсмичности, но и критерием асейсмичности. Аналогичные результаты были получены в Японии.

11.8. При районировании территории перспективного народнохозяйственного освоения изучаются грунтовые условия (высокочастотная сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка, МТЗ и т. д.). При оценке сейсмической опасности конкретных строительных объектов аналогичные работы проводятся только на территории объекта и в его ближайших окрестностях в рамках СМР.

11.9. Выбор геофизических методов и их оптимального сочетания зависит от геологической и геофизической изученности района, надежности корреляционных связей полей с сейсмичностью в данном регионе, а также от категории объекта.

11.10 Состав работ и методы исследований

11.10.1 Камеральные тематические исследования (анализ баз данных на подготовительном этапе)

11.10.1.1 Геолого-геофизические данные

11.10.1.2 На подготовительном этапе геолого-геофизические данные используются для обеспечения картографическими материалами работ по изучению глубинной тектонической структуры, вещественного состава и физических свойств разреза земной коры в целях оценки общей геодинамической обстановки, выделения границ территории с наименьшей сейсмической опасностью и обоснования видов и объемов полевых исследований.

В комплексе с геолого-геофизическими материалами анализируются также геохимические, газово-эманационные и геотермические данные, а также данные дистанционного зондирования Земли.

Интерпретация и обобщение тематических материалов выполняется на координатной картографической основе Госгеолкарт масштабов 1:1000000 и 1:200000 (полистная серия в новой редакции).

Результаты интегрированного анализа геолого-геофизических данных в комплексе с сейсмологическими данными являются базовой количественной основой для разработки исходной сейсмотектонической модели и предварительной схемы зон ВОЗ исследуемого района. Их качество и надежность в значительной мере влияют на степень неопределенности оценок расчетных параметров сейсмических воздействий.

11.10.1.3 Задачами и содержанием обобщающих тематических исследований являются:

1) Сбор, анализ и составление комплекта актуализированных карт, схем и глубинных разрезов исследуемой территории:

-  карт мощности осадочного чехла и его неоген-четвертичного яруса;

-  структурных карт опорных поверхностей в разрезе осадочной толщи;

-  карты рельефа поверхности консолидированного фундамента;

-  схем рельефа поверхности Мохоровичича и мощности земной коры;

-  карты-схемы градиента изостатических аномалий силы тяжести;

-  карт региональных и локальных аномалий и градиентов аномалий силы тяжести;

-  карты градиентов и локальных аномалий магнитного поля;

-  карты-схемы аномалий геоэлектрических, геотермических и геохимических параметров;

-  томографические разрезы аномалий скорости упругих волн, плотностных и геоэлектрических параметров;

-  опорных (сводных) геолого-геофизических разрезов осадочной толщи и земной коры с дифференциацией разрезов по плотностным, скоростным (упругим) и геоэлектрическим характеристикам с выделением инверсионных слоев (волноводов) и разрывных ослабленных зон (волноводы и разрывы часто играют роль сейсмофокальных зон и деформационных фронтов);

-  карт-схем интерпретированных линеаментов по данным обработки аэрокосмоснимков (АКС);

-  карт-схем тектонического и неотектонического районирования (в предварительном варианте);

-  карт-схем потенциально активных геодинамических зон и разрывных тектонических смещений (в предварительном варианте).

Вышеприведенные базовые картографические материалы наряду с сейсмологическими данными являются достаточной информационной основой для разработки предварительной сейсмотектонической модели и эскизной карты зон ВОЗ, а также разработки программы полевых комплексных исследований активных геодинамических зон и разломов в масштабах работ по ДСР.

Исходными материалами для анализа подготовки вышеприведенной информации являются:

-  карты аномального гравитационного поля (Dga) в редакции Буге и аномального магнитного поля (DTa) масштабов 1:1000000 и 1:200000 (полистные серии в комплектах Госгеокарт);

-  карты-схемы электропроводности консолидированной земной коры по данным МТЗ или глубинные геоэлектрические разрезы МТЗ, входящие в комплект материалов системы региональных геофизических профилей и геотраверсов, выполненных или выполняемых в рамках федеральных целевых программ (ФЦП);

-  глубинные и скоростные разрезы земной коры с послойной характеристикой упругих свойств формационных комплексов по материалам сейсмического зондирования недр Земли и геотраверсам ГСЗ, МОВЗ, МОВ-ОГТ, выполненных и выполняемых в рамках ФЦП;

-  сейсморазведочные материалы МОВ-ОГТ по данным изучения осадочных бассейнов, выполняемых в рамках ФЦП или нефтегазовыми комплексами;

-  материалы параметрического опорного и глубокого бурения с данными геофизического исследования скважин (ГИС), выполняемого в рамках ФЦП или нефтегазовыми компаниями;

-  комплекты тематических карт, фондовые и опубликованные источники (база данных Росгеолфонда Минприродресурса);

-  карты-схемы разломно-блоковой тектоники и неотектоники с отображением рангов, типов, возраста и амплитуды движений на неотектоническом этапе (масштабы 1:200000 – 1:500000 и мельче);

-  карты теплового потока и глубинный температур в масштабе 1:1000000 и крупнее;

-  карта зон ВОЗ масштаба 1:2500000 из базы данных карты ОСР-97;

-  топографические карты разных масштабов и их цифровые аналоги (цифровые модели рельефа) в комплексе с картами (схемами) линеаментной тектоники (космотектоники);

-  карта современных вертикальных движений земной коры территории СССР, масштаб 1:5000000. М., ГУГК СССР, 1998г.;

-  материалы по сейсмостратиграфии и сейсмической томографии земной коры;

-  карта ландшафтов геохимических условий территории России, масштаб 1:4000000. ИГЕМ РАН, 1997 г..

2) Обработка и обобщение баз данных для параметризации сейсмотектонических моделей зон ВОЗ (первое приближение).

Предполагается, что информация о тектоническом строении, ранге и типе разломно-блоковых структур, амплитудах вертикальных и горизонтальных разрывных тектонических смещений послужит основой для прогноза максимальных магнитуд, глубин очагов землетрясений и эффектов затухания сейсмических волн.

11.10.1.4 Для очагов сильных землетрясений наблюдается закономерная связь между положением в разрезе коры инверсионного слоя (волновода) и глубинами очагов, тяготеющих к кровле волновода. Имеются также геофизические данные о расположении нижних кромок региональных разломов на уровне коровых волноводов, что важно учитывать в «моделях разлома» при определении исходных сейсмических колебаний грунта для проектных основ. Как показывает практика глубинных сейсмических зондирований и сейсмологических наблюдений в разрезе континентальной коры складчатых районов и предгорных прогибов нередко выделяются два или даже три сейсмогенерирующих слоя. Соответственно, следует прогнозировать три возможных ранга глубинных разломов.

11.10.1.5 При разработке исходных тектонических моделей и схем зон ВОЗ следует учитывать правило делимости твердой земли на иерархически соподчиненные структурные элементы (блоки) по правилу естественной кусковатости природных объектов . Переход от блоков от одного порядка к другому выражается чередованием отношений их размеров, кратных 3.3 и 3.0. Порядок и ранг сейсмогенных тектонических структур в зависимости от их размерности рекомендуется принимать по нормативному документу «Руководство по безопасности» - РБ-019-01, таблица 3:

Таблица 3 -

Протяженность, км

Порядок структур

Ранг сейсмогенных структур и разломов

10000÷20000

XVIII

Планетарный

3000÷6000

XVII

Планетарный

1000÷2000

XVI

Региональный

300÷600

XV

Региональный

100÷200

XIV

Местный

30÷60

XIII

Местный

10÷20

XII

Местный, локальный

3÷6

XI

Локальный

1÷2

X

Локальный

Примечание: планетарные – структуры, разделяющие литосферные плиты; региональные – крупнейшие структуры в пределах литосферной плиты; местные – наиболее крупные структуры в пределах регионального блока земной коры; локальные – наиболее крупные структуры в пределах местного блока земной коры.

11.10.1.6 Оценка сейсмотектонической и геодинамической обстановки района исследований выполняется на основании общих корреляционных соотношений между аномалиями геофизических полей, геологическим строением и сейсмичностью.

Выявленные особенности геофизических полей и физических свойств земной коры используются для общего геолого-геофизического районирования территории и выделения (уточнения) зон ВОЗ. По аномально низким значениям скоростей сейсмических волн и высокой электропроводности выделяются ослабленные (разуплотненные) слои-волноводы и зоны активных разломов, в пределах которых отмечаются пониженные значения прочностных свойств (параметра добротности - Q).

По отношению скоростей продольных и поперечных волн (Kv = Vp/Vs) осуществляется прогнозирование потенциальной сейсмической активности коры. При пониженных значениях коэффициента Kv вероятность возникновения очагов сейсмичности повышается. Прогнозирование строения и напряженного состояния кристаллической земной коры (КЗК) осуществляется также по аномалиям скорости сейсмических волн.

Важные выводы о деформационно-прочностных свойствах были сделаны при испытании образцов кристаллических пород на установках высокого давления:

- на трехмерных зависимостях «прочность-давление-температура», построенных для кристаллических пород, отмечается значительное нелинейное их мгновенной прочности на сдвиг (от 100 до 900 МПа) в термодинамических условиях земной коры континентов;

- определяемые при работах методом ГСЗ значения скорости продольных и поперечных волн дают возможность осуществлять прогноз вероятного содержания кварца в кристаллических породах, величин их упругих модулей и плотности. Совокупность этих данных, при известных по материалам геотермии глубинных температур, достаточна для оценки распределения прочности в земной коре на основе найденных зависимостей этого показателя от термодинамических параметров для пород с разным содержанием кварца;

- оценки, выполненные по геофизическим данным для высокосейсмичного Байкальского региона, показывают, что вероятная величина мгновенной прочности на сдвиг изменяется по разрезу кристаллической земной коры от 100 до 500 МПа. Отмечается максимум прочности пород на глубинахкм, что соответствует интервалу концентрации очагов местных землетрясений.

11.10.1.7 Данные сравнительного анализа структурных и физических параметров сейсмоактивных и асейсмичных блоков земной коры, полученных Центром ГЕОН по материалам региональных профилей ГСЗ-МОВЗ и МОГТ, пересекающих очаговые зоны сильных землетрясений (Спитакского, Грозненского, Шемаханского, Газлийского, Красноводского, Маркансуйского и других) позволили установить совокупность относительно устойчивых критериев прогноза очагов сильных землетрясений (М > 6.5) по параметрам: НДС, упругой энергоемкости, обменонасыщенности, добротности и других:

- контрастные изменения мощностей консолидированной коры на относительно малых базах (100 – 200 км), сопровождаемые большими углами наклона главных структуроформирующих поверхностей – фундамента и Мохо;

- наличие высокоскоростной куполовидной структуры, выделяемой по продольным и поперечным волнам в консолидированной коре или в верхах мантии; характерны высокие значения упругих модулей и потенциальной энергии для локальной области, являющейся ядром куполовидной структуры;

- повышенная степень расслоенности и неоднородности консолидированной коры с контрастными по физическим свойствам разломными ограничениями геоблоков;

- тесная связь глубин залегания гипоцентров сильных землетрясений с гипсометрией «инверсионного» (волноводного, проводящего) слоя;

- наличие в ряде сейсмоактивных районов локальных участков «истощенной» низкоскоростной верхней мантии.

Материалы глубинных геолого-геофизических исследований, выше установленных критериев и корреляционных связей позволяют реализовать следующие направления исследований:

- осуществлять региональное прогнозирование сейсмоопасных участков размеров не менее 100 км, что является базовой оценкой для локальных сетей и проведения геомониторинга для краткосрочного и среднесрочного прогноза;

- обеспечить создание глубинной количественной геофизической основы для детального и регионального сейсмического районирования;

- уточнить положение и динамические параметры региональных активизированных разломов и геоблоков с разным геодинамическим режимом;

- интегрировать информацию о расчетных параметрах для моделирования напряженно-деформированного состояния среды;

- осуществлять прогноз аномальных геодинамических явлений и локальных очаговых активизаций;

- обеспечить опорной информацией исследования по современным движениям прикладного характера (наблюдения за деформациями оснований крупных промышленных сооружений, изучение деформаций, связанных с горными работами, разведкой МПИ, выявление разломов, перекрытых осадочными чехлами и т. д.)

Полученные материалы о связи сейсмичности с разнотипными и разноглубинными структурами позволяют поставить вопрос о реализации послойного (поэтапного) сейсмического районирования (СР) и прогнозирования. Сейсмическое районирование, особенно на этапе ДСР, строго говоря, должно быть привязано к глубинам очагов землетрясений. Поэтому целесообразно при составлении карт сейсмогенных зон (СЗ) давать их контуры в поэтажном изображении. В общем случае контуры разноглубинных СЗ для одного и того же района могут не совпадать по форме, площади или направленности главных осей деформаций. При учете вертикальной тектонической расслоенности и термодинамической зональности разреза литосферы информативность и практическая отдача картографических материалов по СР может существенно возрасти.

11.11 Полевые исследования

11.11.1 В составе полевых работ выполняется ограниченный набор методов и объемов работ с задачей подтверждения и (или) уточнения предварительной сейсмотектонической модели и характеристики выделенных геодинамических зон и потенциальных очагов сейсмичности в комплексе с сейсмологическими наблюдениями. Работы выполняются в масштабе 1: 1:200000. Масштаб укрупняется по мере приближения к целевому объекту. Основными тектоническими объектами глубинного геофизического картирования являются активные геодинамические зоны, активные разломы и сопряженные с ними зоны ВОЗ, контуры их распространения, а также магнитудная оценка.

Каждая из активных зон должна быть исследована одним или двумя глубинными профилями МОВЗ, МТЗ (АМТЗ) или МОГТ (по возможности), локальной мобильной расстановкой сейсмологических станций из 12 – 15 комплектов, а также одним-двумя дополняющими методами (гравимагнитные интерпретированные данные, газгеохимические и другие).

По результатам работ составляется окончательный вариант сейсмотектонической модели с использованием всего комплекса данных.

11.11.2. При разработке сейсмотектонических моделей полный (достаточный) набор геофизических материалов должен включать следующие исходные карты:

- рельефа поверхности консолидированного фундамента и мощность осадочного чехла;

- аномалий скоростей упругих волн, аномалий скоростей;

- индикаторов аномалий тектонических напряжений;

- мощности четвертичных отложений и мощности осадочного комплекса альпийского (неотектонического) этапа развития;

- аномалий силы тяжести в редукции Буге;

- аномалий магнитного поля;

- изостатических аномалий силы тяжести;

- локальных и региональных аномалий силы тяжести;

- плотности теплового потока;

- геоэлектрических параметров;

- линеаментов дешифрирования АКС;

- карта разломно-блоковой тектоники с отображением рангов, типов и степени активности разломов.

По исходным картам и разрезам рассчитываются и строятся карты градиентов наиболее информативных параметров, по которым с учетом сейсмологических данных локализуются участки возможного возникновения очагов сильных землетрясений. Последние, как правило, тяготеют к локальным зонам высоких градиентов контрастности и неоднородности геофизических характеристик. Выполняется геометрическая и динамическая параметризация прогнозируемых очаговых зон для последующей оценки сейсмических воздействий.

На рисунке 1 приводится рекомендуемый состав работ по комплексным исследованиям для выявления и изучения активных разломов.

img-Y01.jpg

Рис. 1. Структура системы комплексных исследований для выявления и изучения активных разломов

11.11.3. Сейсмотектоническая модель характеризует пространственно-временное распределение сейсмичности, разломно-блоковый тектонический каркас и локализованные (либо распределенные) сейсмические источники на региональном и локальном уровнях. В соответствии с практикой сейсмологических исследований после разработки сейсмотектонической модели исследуемой территории она формализуется в виде линеаментно-доменно-фокальной (ЛДФ) модели зон возникновения очагов землетрясений – зон ВОЗ (Уломов,1999 - объяснительная записка к карте ОСР-97).

Структурные элементы зон ВОЗ (линеаменты, домены и прогнозируемые очаги сильных землетрясений) классифицируется по Mmax - магнитуде максимально возможного в их пределах землетрясения, геометрическим размерностям, амплитуде плоскостей смещений, времени последней активизации, глубине очага и другим параметрам (согласно НП-03-01).

При анализе сейсмотектонических условий учитываются также причины ослабления (поглощения, рассеяния) сейсмических волн на пути от зон ВОЗ до исследуемых площадок, т. е. эффекты убывания балльности.

По итогам анализа сейсмотектонической модели и зон ВОЗ составляется их сводный каталог для территории района, выполняются расчеты параметров сейсмических воздействий от выделенных зон ВОЗ для площадок на региональном и локальном уровнях, при двух уровнях сейсмической интенсивности - ПЗ и МРЗ на средних грунтах для средних периодов повторяемости 500 и 5000 лет соответственно (для объектов повышенной ответственности).

Расчетные параметры от зон ВОЗ являются исходными как для выбора наиболее благоприятных участков строительства, так и для сейсмогрунтовой модели, в расчетной части которой используются частотные спектры реакций и временные параметры (акселерограммы) грунтов исследуемых площадок, зависимые от характеристик сейсмических источников. В такой ситуации важной является оценка степени этой зависимости при вариациях параметров источника в пределах границ их неопределенности.

Подобная связь между двумя моделями идентична принципу взаимно-однозначного соответствия, когда при изменении параметров внешнего источника воздействия определенным образом (линейно или нелинейно) изменяются характеристики объекта воздействия, в данном случае грунтов площадки.

12. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Геодезические исследования могут способствовать решению почти всех задач, стоящих перед ДСР. С помощью геодезических методов можно оценить общую тектоническую активность района, выделить тектонические нарушения, оценить активность тектонических нарушений, характер и величину тектонических напряжений, определить тип подвижек в очагах достаточно сильных землетрясений, имевших место в исследуемом районе в период инструментальных наблюдений, оценить величину медленных необратимых деформаций, связанных с геологическими процессами, и даже оценить период повторяемости сильнейших землетрясений. Точность решения этих задач зависит от изученности района.

12.1. Для производства геодезических исследований в изучаемом районе закладываются дополнительные геодезические пункты. Закладка пунктов производится в соответствии с сейсмологической обстановкой на основании имеющихся материалов по сейсмологии, геологии, геофизике. Особое внимание уделяется территории объекта и его ближайшим окрестностям.

12.2. Используются карты скоростей вертикальных движений земной поверхности и другие геодезические материалы, на основании которых можно выделить места возможных тектонических нарушений. В этих местах вертикальные т горизонтальные смещения изучаются особенно тщательно.

12.3. Если в исследуемом районе нивелировка проводилась, проводится повторная нивелировка. Кроме того, проводится закладка новых профилей, проходящих через объект и наиболее опасные участки вблизи объекта.

12.4. Проводятся специальные наблюдения для оценки тектонических напряжений в районе. Поскольку геодезическим методам при решении этой задачи принадлежит ведущая роль, выбор пунктов наблюдений при инструментальной оценке тектонических напряжений другим способом должен быть увязан с системой собственных геодезических наблюдений.

12.5. Роль GPS наблюдений трудно переоценить. Например, в районе Рогунской ГЭС ожидаемый тип подвижки в очаге был определен с помощью таких наблюдений. Эти наблюдения показали, что на главном разломе горизонтальные перемещения по различным сторонам разлома весьма значительны. До этого считалось, что здесь преобладают механизмы типа взбросов.

13. ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В разделе геоморфологические и неотектонические данные для целей ДСР довольно часто используется нижеследующая терминология, которую автор счел необходимым определить.

Основные термины

Рельеф – результат тектонических движений и структур, преобразованных экзогенными процессами. По происхождению рельеф разделяется на экзогенный и эндогенный. Развитие экзогенного рельефа подчиняется климатической зональности, развитие эндогенного рельефа – новейшей и современной структурно-геодинамической зональности.

Новейший тектонический этап (неотектоника) – время геологического развития продолжительностью 35-40 млн. лет, соответствующий позднему кайнозою (с конца олигоцена и поныне). В этот этап оформились все главные крупные эндогенные формы рельефа: горные системы, равнины и т. д. При этом, чем длительнее развивается новейшая структура, тем больше ее амплитуда, тем заметнее она выражена в рельефе. В их пределах фиксируется меньшая по размеру и времени развития современная (четвертичная) структурная зональность, учет которой для целей сейсмического районирования наиболее важен.

Время активности (интенсивности) определяется нижней границей, которая может отвечать началу раннего плейстоцена, среднего плейстоцена или началу голоцена. Верхняя граница - это up-tu-date, или текущее время. Под активностью понимается значение интенсивности, выраженное в повышенных градиентах скоростей современных движений. Например, в рамках среднеплейстоценовой активности структур может быть выделена голоценовая активность, у которой градиент скоростей выше, чем за среднеплейстоценовое или четвертичное время в целом. Поэтому здесь под активностью понимается не время и не амплитуда смещения, а интенсивность движений (быстрые движения). Наличие интенсивных движений – обязательное условие для образования землетрясения.

Активные структуры - это разломы, геодинамически активные зоны, складки (структуры, или блоки), отвечающие повышенному градиенту скоростей современных движений. Как правило, они характеризуются относительно коротким интервалом образования и в развитии подчиняются современной геодинамической зональности. Они могут отвечать сейсмогенерирующим структурам (СГС).

Зона – это участок земной поверхности или, точнее, некоторый объем земной коры или литосферы, характеризуемый каким-либо общим признаком или совокупностью признаков, генетически связанных с вещественными, структурными и геодинамическими особенностями, выделяющими его из окружающего пространства.

Геодинамически активными зонами (ГдАЗ) являются пространственно локализованные линейные или изометричные объемы (участки) земной коры разного масштаба, в которых в силу различных причин имеются или могут возникать условия для концентрации и/или разрядки тектонических напряжений и повышенных градиентов движений и деформированности горных пород.

Геоморфологические и неотектонические данные

Для целей сейсмического районирования (ДСР) в работе рассматриваются 1) данные геоморфологии и 2) данные неотектоники.

1. Данные геоморфологии (рельефа)

С точки зрения неотектоники, в т. ч. и сейсмического районирования, рельеф рассматривается как чуткий индикатор тектонических движений и созданных ими структур (Николаев, 1962). Формирование рельефа обусловлено, с одной стороны, тектоническими движениями, с другой стороны, климатическими условиями и экзогенными процессами. В этой связи по происхождению рельеф целесообразно разделить на 1) экзогенный, или эрозионно-аккумулятивный рельеф малых по размеру форм (Шанцер, 1966), и 2) эндогенный (неотектонический рельеф крупных форм) (Костенко, 1999; Макарова и др., 2007). В конце этого подраздела раскрываются 3) методы изучения рельефа (Методическое…, 1972).

1) Экзогенный рельеф. Смысл индикации современных движений по экзогенным формам рельефа состоит в том, в процессе своего развития экзогенный рельеф несогласно и/или согласно накладывается на другую зональность эндогенной природы, т. е. на неотектоническую. В результате в зональном по климатическим условиям рельефе наблюдается появление специфических черт, или геоморфологических аномалий (отклонений), которые могут косвенно отражать развитие новейших тектонических структур, в том числе и активных. Эти признаки, локальные по существу, обычно фиксируются в ближней зоне относительно объекта сейсмического районирования.

К косвенным аномалиям относятся ландшафтные признаки и в первую очередь, особенности строения рельефа, или процессов в его пределах, а также гидрогеологические и геохимические особенности, которые создают необычности в ландшафте, вызванные активностью неотектонических структур. На их основании предполагается существование локальных современных структур разной формы и размеров, но не доказывается. Они могут связываться как с медленными, так и быстрыми тектоническими движениями, отвечающими продольному или поперечному сжатию. В любом случае их выявление в рельефе должно быть обязательным условием при сейсмическом районировании. Для этого производятся зарисовки этих признаков, фотографирование с описанием отложений.

В рельефе различаются косвенные признаки поднятий, прогибов, разрывов и линеаментов. Особо измененный рельеф под воздействием сейсмичности относится к специфическому сейсмогенному (Солоненко, 1973).

Геоморфологическими признаками поднятий служат: аномально суженные долины (антецедентные участки) или врезанные меандры, участки с выпуклым профилем склонов, появление висячих долин и спрямленные русла. Фиксируется центробежный рисунок сети, огибание поднятий руслами рек, спрямленные русла, подпруживание водотоков развивающимися поднятиями, еще не выраженными в рельефе, локальное увеличение глубины вреза русел, слияние серии разветвленных русел реки в один поток.

В пределах поднятий глубинная эрозии преобладает над боковой и как следствие этого меняется морфология речных долин: их формы, ширина, глубина. Долины сужаются, часто становятся V-образными, в горах - ущельями, каньонами, террасы и поймы исчезают. Террасы и поверхности выравнивания приобретают антиклиналеподобный изгиб. Появляются дополнительные локальные террасы. При этом аккумулятивные террасы могут стать цокольными или эрозионными. Изменение уклонов продольных рек, что часто сопровождается появлением в руслах рек порогов, перекатов. Врезание меандры рек являются важным признаком роста поднятия, изменение меандрирования реки перед поднятием, подпруживаюшим реку, бифуркация (раздвоение) русла и огибание протоками острова-поднятия, появление в пойме эрозионных останцов, осушение поймы, отмирание протоков, ложбин, стариц. Осушение озер, болот термокарстовых воронок по причине снижения уровня грунтовых вод. В то же время заболоченные участки оконтуривают площадь поднятий. На морских и озерных побережьях образуются побережьях мысы, косы, увеличивается высота террас, абразионных уступов, и высокое положение древних волноприбойных ниш. Часто происходит спруживание морен и увеличение их мощности на поднятиях и перед ними, аккумуляция песков на поднятиях, скопление крупных песчаных форм (котловино-барханных) или дюнных в сводовых частях поднятий, активизация карстовых процессов, этажное положение пустот и пещер, сокращение мощности многолетнемерзлых пород или более высокое их положение по подошве, перемещение русел рек от поднятия к прогибанию (не путать с влиянием сил Кориолиса) и мн. др. аномалии.

Для прогибов характерны признаки, противоположные тем, которые перечислены для положительных структур. Ими могут быть: общее снижение рельефа, слабая его расчлененность, преобладание аккумулятивного рельефа: равнин, увеличение мощности отложений, радиально сходящийся (центростремительный) рисунок гидросети, образование гидрогеологических узлов (мест слияния нескольких водотоков). Ими являются аномальные расширение долин (субсидентный участок), пойм, поверхностей террас, уменьшение высоты террас, присутствие переуглубленных долин, разветвление русел водотоков, выполаживание продольного профиля русла, появление заливов, затопленных устьев рек, превращение их в эстуарии, лиманы, губы на побережьях морей и озер. Опускающие берега становятся абразионными, обрывистыми и пр. косвенные признаки опусканий.

Спрямленными эрозионными формами (реками, балками, оврагами, лощинами, оврагами и ложбинами) маркируются разрывные нарушения (быстрые движения). Они проявляются резкими, закономерно повторяющими, чаще всего коленобразными преломлениями участков долин. Вдоль сдвигов происходит смещение форм рельефа и их элементов. Спрямленные участки побережий морей, озер, заливов, проливов, спрямленные границы ландшафтов (лесов, заболоченных участков), спрямленные очертания термокарстовых, суффозионных воронок и такыров. К разрывам приурочиваются осыпи, ниши срыва обвалов и оползней, курумы, цепи обычных и грязевых вулканов, шлаковых конусов, выходы родниковых и минеральных вод и др. малые формы рельефа.

Важно обнаружить несколько независимых признаков в рельефе для поднятий или опусканий, или разломов, т. к. каждый из них сам по себе может трактоваться неоднозначно, т. е. быть косвенными доказательствами присутствия интенсивных движений.

Выделенный по косвенным признакам разлом обозначается как линеамент. Он может выделяться по уступам, по спрямленным участкам побережий, долин, русел, воронок и др. эрозионным формам. Им могут отвечать границы поднятий и прогибов, осадочных и магматических пород, границы ландшафтов и пр. Причиной появления линеаментов могут считаться разрывные дислокации земной коры и в т. ч. погребенные. Разломы способствуют миграции к поверхности с разных глубин флюидно-газовых и тепловых потоков. Последние могут влиять на почвенно-растительный покров, что отражается в виде линеаментов.

Линеаменты могут отражать характер планетарной трещиноватости. В этом случае они приобретают закономерный характер (ортогональный и диагональный) распространения на достаточно большой территории.

Специфическими (аномальными) формами рельефа являются сейсмогравитационные дислокации. Они хорошо выражаются в рельефе. Основным методом их выявления является дистанционный (дешифрирование космо - и аэрофотоснимков). В полевых условиях заверяются их образование и изучается их происхождение, проводится классификация на «обычные» и сейсмогенные. В литературе подобным образом измененный "первичный" рельеф обозначается как «сейсмогенный». Классическим примером подобного рельефа является регион Байкало-Патомского сводового поднятия (Солоненко, 1973; Ранцман, 1979).

Таким образом, экзогенные формы рельефа отражают признаки современной тектонической активности. Они являются чуткими индикаторами усиления этой активности, которые фиксируются в изменениях обычного хода развития сопряжено развивающихся форм рельефа. Активность, проявленная в рельефе, проявляется и в отложениях, изменениями фациального состава и тонкости отложений. Эти геоморфологические и геологические индикаторы являются предметом исследования при полевых работах.

2) Эндогенные формы рельефа прямо отражают неотектонические структуры: поднятия, прогибы и разломы. Эндогенные формы являются рангом выше по сравнению с экзогенными формами. Соответственно ранг выделяемых современных структур также является более высоким (первого, второго и т. д. порядка). Эти формы рельефа диагностируются при изучении дальней зоны относительно объекта сейсмического районирования (R ≥ 300 км)

С точки зрения дифференцированности различается рельеф равнинных и горных областей.

В пределах равнин (древних платформ) выделяют невысокие и пологие возвышенности-поднятия, низкие плато и плоскогорья и низменности-прогибания. Форма поднятий может быть куполообразной и овалообразной, у низин - чашеобразной (синеклизоподобной) и вытянутой.

В пределах гор (орогенов) различаются высокие кряжи, нагорья, гряды, системы хребтов-поднятий. Они бывают линейной, овальной и валообразной формы. Среди них есть своды центрального типа. В пределах главных систем поднятий фиксируются вытянутые впадины-прогибы (межгорные и предгорные) второстепенного порядка.

По спрямленным формам элементов строения рельефа выделяют разломные зоны корового и верхнемантийного происхождения. Подобные дислокации чаще встречаются в пределах переходных областей от равнин к горам и в пределах гор. Разломными являются дивергентные и конвергентные границы литосферных плит и блоков и границы различных глубинных геодинамических систем.

Важно заметить, что амплитуды главных поднятий, прогибов и разломов – это результат суммарных новейших движений, накопившихся за 35-40 млн. лет. В рамках этого интервала времени содержатся деформации, отвечающие самому молодому четвертичному этапу деформаций, ответственному за образование активных зон или структур. Выделить их из общих суммарных деформаций (современную составляющую движений) является задачей неотектонических и геоморфологических работ для целей ДСР. Современные структуры - это предмет рассмотрения этого раздела.

На фоне крупных форм рельефа, отвечающим устойчивым и длительным по времени развития структурам, выделяются менее крупные и более молодые формы рельефа (простые формы рельефа), которые преобразовывают их при более детальном рассмотрении (Ананьин, 1999). Им соответствуют относительные поднятия и опускания, а также разломы и линеаменты второстепенного ранга. Их картографирование очень важно для целей сейсморайонирования, поскольку они несут в себе информацию о локализации повышенных напряжений и деформаций, отвечающих современности.

К эндогенным формам рельефа относятся:

- Протяженные возвышенности, валы, увалы, сырты, холмы и т. д. – все они рассматриваются как прямое отражение процессов поднятий. Степень выраженности в рельефе положительных структурных форм зависит от соотношения скоростей их роста и денудационного разрушения. В своем развитии поднятия могут проходить последовательно три стадии: конседиментационную, конденудационную и конэрозионную.

- Седловины рассматриваются как проявление развития поперечных деформаций, уступы - как отражение зон сопряжения поднятия и прогиба, а также зон разломов. Уступ – важный признак возможной связи с разломом. Уступы, отвечающие разломам, могут срезать водораздельные гребни с образованием подпруженных и обезглавленных долин, образовывать склоны треугольной и трапециевидной формы (фасеты). Высота уступа зависит от скорости перемещения по разрыву, прочности слагающих его пород, и скорости процессов денудации и накопления специфических отложений у подножья уступа. Доказанным является разрыв, у которого есть смещенные элементы рельефа и сдвинутые породы или отложения. По современным сдвигам, если они активны, смещаются дороги, каналы и др. объекты.

Из за большого объема эта статья размещена на нескольких страницах:
1 2 3 4 5