СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ АКАДЕМИИ НАУК СССР
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА
№ 2 1960
В. П. СОЛОНЕНКО
ГОБИ-АЛТАЙСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ
В статье обобщен фактический материал по тектонике и сейсмичности МНР. Дана схема сейсмогенных и неотектонических структур Центральной Азии, описано геологическое строение плейстосейстовой зоны Гобийского Алтая. Автор выявляет кинематику активизированных сейсмогенных структур, выделяя гравитационно-сейсмотектонические дислокации. Приведены данные региональных аномалий магнитного поля и аномалий условного нуля силы тяжести. Материалы статьи уточняют карты сейсмического районирования Южной Сибири и северной части КНР.
До последнего времени о сейсмичности Центральной Азии были самые общие представления. Б. Гутенберг и К. Рихтер в известном обзоре сейсмичности Земли [1] упоминают лишь о том, что к северу и к западу от активной линии Китая располагается стабильная область пустыни Гоби, а за ней — широкий и нечетко определенный граничный пояс Азиатской сейсмической зоны с неглубокими толчками. Граничный пояс следует вдоль южной половины полосы великих депрессий, включающей и оз. Байкал.
Изучение неотектоники Байкальской сейсмической зоны значительно продвинулось вперед благодаря работам [2], [3] и особенно [5, 6]. , и автору статьи [4] удалось не только уточнить сейсмическую характеристику Саяно-Байкальской зоны, но и дать в 1957 г. прогноз сейсмической активности областей, ранее относившихся к асейсмичным. Этот прогноз подтвердился землетрясениями гг.
Весьма существенный вклад в познание сейсмичности Центральной Азии сделали ученые Геофизического института Академии наук Китайской Народной Республики: в 1957 г. опубликована карта сейсмического районирования территории КНР, составленная под руководством Ли Шен-паня и [8].
Таким образом, к 1957 г. на карте сейсмичности Центральной Азии белым пятном оставалась лишь территория Монгольской Народной Республики. По случайному совпадению, именно в 1957 г., 4 декабря на территории МНР в Гобийском Алтае произошло катастрофическое землетрясение — одно из сильнейших за историческое время, а еще через четыре месяца — десятибалльное Баян-Цаганское землетрясение. Землетрясения в Гобийском Алтае охватили не только почти всю площадь МНР, но и южные области восточно-сибирской территории СССР, а также северные провинции Китая. Они показали настоятельную! необходимость изучения сейсмичности МНР и, конечно, в первую очередь — последствий феноменального по своей интенсивности Гоби-Алтайского землетрясения.
Организация исследований плейстосейстовой области
Предварительное обследование плейстосейстовой области Гоби-Алтайского землетрясения было организовано уже в декабре 1957 г. Комитетом наук и высшего образования МНР и проводилось советско-монгольской группой. В состав группы вошли И. Балжинням, О. Намнан-дорж, (руководитель группы), , Ш. Цэбэк и автор.
Аэровизуальные и наземные наблюдения подтвердили исключительную силу землетрясения и выявили необычайные деформации земной коры в северной ветви Гобийского Алтая — хребтах Баян-Цаган и Гур-бан-Богдо. Поэтому был поставлен вопрос о необходимости провести детальное изучение плейстосейстовой области землетрясения.
Проведение экспедиции было поручено Восточно-Сибирскому геологическому институту Сибирского отделения АН СССР.
В июне 1958 г., через месяц после распоряжения Президиума АН СССР, в МНР направилась воздушная группа экспедиции для обследования плейстосейстовой области.
Плейстосейстовая область была изучена на площади 14070 км2, были установлены зоны главных сейсмодислокаций.
После завершения работ этой группы в августе в МНР выехала наземная группа экспедиции.
Полевые работы проходили в тяжелых осенне-зимних условиях в высокогорной полупустыне, но упорный труд членов экспедиции, хорошее снаряжение, ее обеспеченность наземными и воздушными транспортными средствами позволили к концу ноября завершить программу работ.
Между сотрудниками ВосточногСибирского геологического института Сибирского отделения АН СССР и Комитета наук и высшего образования МНР установился тесный контакт. Экспедиция постоянно пользовалась вниманием и дружеской поддержкой партийных работников, администрации, интеллигенции и аратов Убур-Хангайского и Баян-Хонгорского аймаков, где проходили наши полевые работы.
Положение эпицентральных зон Гоби-Алтайских землетрясений 1957—1958 гг. в общих сейсмогенных структурах МНР
До исследования эпицентральной зоны Гоби-Алтайского землетрясения сейсмогенные структуры и неотектоника территории МНР никем не изучались. Естественно, что предлагаемая нами первая схема сейсмогенных структур этой части Центральной Азии потребует существенных дополнений.
По совокупности геолого-геоморфологических и сейсмических признаков на территори МНР нами выделено 7 типов сейсмогенных и неотектонических структур (рис. 1).
1. Монголо-Алтайская сейсмогенная зона. Ведущеезначение в ней имеют линейно-вытянутые сводово-глыбовые, предельноинтенсивно поднимающиеся структуры, состоящие из тектоническихклиньев, воздымающихся с различной скоростью. Деформация изгибаиграет второстепенную роль. Это, по-видимому, наиболее сейсмоактивнаяструктура Монголо-Байкальской сейсмической зоны. Эпицентры крупнейших (до 9—10 баллов) землетрясений (Гурбан-Сайханское, 1902 г.,Монголо-Алтайское, 1931 г., Гоби-Алтайское, 1957 г., Баян-Цаганское,1958 г.) приурочены к резко воздымающимся тектоническим клиньям, впадины же сейсмически более спокойны.
2. Хангайская сейсмогенная зона, ведущими элементами
Рис. 1. Сейсмогенные и неотектонические структуры территории Монгольской Народной Республики.
1—Монголо-Алтайская, 2 — Центрально-Монгольская (Хангайская); 3— Северо-Монгольская; 4 — Прикосогольская; 5 — Хэнтэй-Чикойская; 6— Восточная и Юго-восточная Монгольская; 7 — Даригангская; 8 — главнейшие разломы, потенциально сейсмогенные; 9 — то же, предполагаемые; 10 — разломы, обновленные землетрясениями в XX столетии; 11 — ось редукционной структуры погружения; 12 — оси редукционных структур поднятия.
которой являются широкие своды, воздымающиеся с наивысшей интенсивностью. Характерная черта этой сейсмической зоны — наличие сейсмовулканических линий, около которых концентрируются эпицентры землетрясений, потухшие вулканы и ясные следы недавних трещинных излияний базальтов.
По сравнению с Монголо-Алтайской зоной здесь структуры менее раздроблены, движения дифференцированы слабее, и, естественно, сейсмически она менее активна, хотя и в ней известен ряд землетрясений в 9—10 баллов (Тарбагатайское, 1903 г., Ундур-Мандалское, 1923 г., Цэцэрлигское, 1928 г. и др.).
3. Прикосогольская сейсмогенная зона, связанная со сводовым поднятием байкальского типа, осложненным синклинальграбенами, с высокой и средней интенсивностью подъема и опускания. Эпицентры землетрясений, по-видимому, приурочены преимущественно к границе структур с разными знаками движения. Высокая степень раздробленности земной коры и характер неотектонических движений в этой зоне позволяют думать, что здесь напряжения земной коры вряд ли могут накапливаться выше предела, обеспечивающего возникновение девятибалльных землетрясений.
4. Северо-Монгольская сейсмогенная зона — междусводовая, унаследованная структура древнего верхнепротерозойского или нижнепалеозойского заложения, в кайнозое — со сложными дифференцированными вертикальными движениями умеренной интенсивности и тангенциальными движениями предельной интенсивности, что объясняет ее не очень яркую морфологическую выраженность и в то же время — исключительно высокую сейсмичность. Главнейшей сейсмогенной структурой этой зоны является Северо-Монгольский (Хангайский.) живой разлом длиной более 1100 км, обновленный Танну-Ольскими землетрясениями 1905 г. на протяжении 500 км.
Энергия развития неотектонических структур в Северо-Монгольской зоне к востоку понижается, и в этом же направлении идет снижение силы известных нам землетрясений с одиннадцати до семи баллов.
5. Хэнтэй-Чикойская сейсмогенная зона, приуроченная к слабо дифференцированному одноименному сводовому поднятию сумеренной интенсивностью движений, обеспечивающих накопление напряжений, которые находят разрядку преимущественно в слабых землетрясениях (ниже семи баллов), и только по фронту впадин, осложняющих свод, вероятны землетрясения в 7—8 баллов.
6. Неотектоническая зона юг о-в ос точной Монголии с региональными, слабо дифференцированными движениями земнойкоры малой интенсивности. Эта зона, по имеющимся до настоящего времени геолого-геоморфологическим, тектоническим и сейсмическим материалам, практически может считаться сейсмически стабильной.
7. Даригангская зона — вулканогенная «мертвая» неотектоническая структура. Стабильность ее внушает некоторые сомнения, В этой зоне, где, вероятно, в древнеисторическое время действовали десятки вулканов, приуроченных к разломам, не исключено оживление тектонической деятельности.
В соответствии с выделенными сейсмогенными структурами находится и предполагаемая активность территории МНР (рис. 2).
При изучении общего плана и строения неотектонических структур, доступных нашему наблюдению, отчетливо выявляется, влияние на них глубинных неотектонических процессов. Поскольку они как будто стремятся создать крупные упрощенные волнообразные складки земной коры, может быть, их следует назвать «редукционными». На территории МНР
Рис. 2. Карта предполагаемой сейсмической активности территории Монгольской Народной Республики.
8
особенно отчетливо «просвечивает» редукционная структура погружения, ось которой, выпуклостью обращенная к западу, проходит около 105° в. д. Эта зона является восточной границей развития ярко выраженных неоструктур верхней части земной коры и в то же время делит Монголию на две половины, резко отличные по своей сейсмической активности: из 107 учтенных эпицентров землетрясений к востоку от нее находится только б, причем слабых землетрясений (три — класса d и три — класса е). Структура «просвечивает» на север почти до оз. Байкал, а на юг она протягивается через всю территорию МНР и отчетливо характеризуется пониженной сейсмической активностью.
Есть основания предполагать, что в западной половине МНР, приблизительно между 98 и 104° в. д., в нижнем неотектоническом структурном этаже через всю Монголию протягивается редукционная структура поднятия. Этим, вероятно, можно объяснить то, что, хотя сейсмогенные зоны вытянуты приблизительно в субширотном направлении вдоль видимых геологических структур, в то же время наиболее сейсмоактивная зона пересекает последние почти вкрест их простирания. К редукционной структуре поднятия приурочены все известные эпицентры сильнейших землетрясений, имевших место на территории МНР.
Таким образом, эпицентральные зоны Гоби-Алтайского и Баян-Цаганского землетрясения лежат на пересечении наиболее активных в Центральной Азии Монголо-Алтайской неотектонической структуры воздымания и предполагаемой Алтае-Хинганской редукционной структуры поднятия.
Геология, древние и современные структуры плейстосейстовой области
Плейстосейстовая область входит в герцинскую складчатую зону, резко переработанную позднейшими складчато-глыбовыми движениями, которые в основном определяют и современную морфологию горной страны и геологический абрис ее, хотя общий план развития складчато-глыбовых мезо-кайнозойских структур является в значительной мере унаследованным от герцинской складчатости.
В строении плейстосейстовой зоны резко выделяются два структурно-вещественных яруса. Нижний — представленный палеозойскими метаморфизованными осадочно-вулканогенными образованиями и прорывающими их интрузиями, и верхний — сложенный мезо-кайнозойскими континентальными осадками и лавами, преимущественно базальтовыми. Верхний ярус по структурным признакам более или менее четко разделяется на три части: первая — пермские, юрские и нижнемеловые дислоцированные угленосные отложения; вторая — верхнемеловые и третичные гобийские образования, интенсивно дислоцированные только по краям тектонических впадин и третья — четвертичные осадки, структура которых определяется современной тектоникой.
В самых общих чертах полный разрез плейстосейстовой области представляется в следующем виде:
1) серия богдо (Pz1) — метаморфизованные эффузивы, амфиболиты, кварц-слюдистые сланцы, фельдшпатизированные и гранитизированные сланцы, ортогнейсы и др.;
2) серия улан-хан (Pz2) — мощная толща неоднородно перекристаллизованных известняков, частью криноидных, филлиты, хлорит-серицитовые и др. сланцы, эффузивы и их туфы;
3) серия хара-тологой (Pz22) — филлитовые сланцы, альбитофиры и их туфы, порфириты, диабазы и их туфы;
Гоби-Алтайское землетрясение
4) интрузивный комплекс (герцинский) — гипербазиты, габбро, диориты, сиениты, граниты, гранит-порфиры и генетически, по-видимому, сними связанные порфиры и порфириты серии ширетин.
5) пермский комплекс — конгломераты, песчаники с прослоями глинистых сланцев и углей, андезито-базальты;
6) юрский комплекс — угленосные песчано-алевролитовые отложения;
7) меловой комплекс. В нем выделяется мелафировая формация, угленосная алевролито-песчано-конгломератовая свита, свита таряту (красноцветные кремнистые мергели, песчаники, глины и т. д.), сероцветная терригенная свита хутусуджи, буроцветная, конгломерато-песчаниковая свита улан-булак, кислые эффузивы формации багаланту зффузивно-осадочная свита джаргалантин (песчаники, конгломераты, андезито-базальты и др.), песчано-алевролитовая свита баян-цаган.
Меловые отложения приурочены к тектоническим впадинам различного генезиса.
Между всеми перечисленными свитами установлены структурные несогласия — яркие свидетели бурной тектонической жизни Гобийского Алтая в меловом периоде. Осадки .дислоцированы в разной степени: в центральных частях впадин они образуют преимущественно (но далеко не всегда) простые складки с углами падения до 15 — 10°, а к горным массивам складки усложняются, углы падения увеличиваются до 50 — 60° я. даже 80 — 90°. Складчатые структуры нередко осложнены разломами;
8) гобийский комплекс (Сr2 — Pg) по структурным, угловым несогласиям и составу предварительно расчленен на семь свит и формаций: цовгал — тесное переслаивание нескольких сот покровов базальтов с красноцветными отложениями; тормхон — пестроцветные глины, песчаники, глинистогалечниковые отложения, переслаивающиеся с миндалекаменными базальтами. Выше залегают трудно отличимые по составу глинисто-песчано-конгломератовые свиты шаухтай, орок-нур, буйлясун. Разрез венчается оригинальной осадочно-базальтовой формацией тэвш, выполняющей обширную неотектоническую мульду на западе гор. Бага-Богдо, итрахибазальтовой формацией хуху. Первые четыре свиты дислоцированы весьма интенсивно, особенно у подножия гор, ограниченных разломами, где они нередко падают под углами 50 — 60°, иногда — до 70 — 90°. Верхние свиты имеют более простые структуры, они отражают в общих чертах строение впадин, выполняемых ими, и показывают свое участие в общем сводообразном изгибе гор Гурбан-Богдо, обусловившем общий наклон даже верхних свит в сторону впадин под углами до 10 — 15°;
9) четвертичный комплекс. В самом конце третичного периода или начале четвертичного периода произошло излияние базальтов.
Рыхлый четвертичный покров представлен коллювием и пролювием бэлей и сайров, озерными и эоловыми отложениями, ледниковыми и элювиально-делювиальными образованиями, обвальными и оползневыми фациями. Нижнечетвертичные отложения местами заметно дислоцированы (углы падения до 30°) .
Горная цепь плейстосейстовой области, имея единый цоколь, распадается на многочисленные пьедестальные горные массивы центральноазиатского типа.
На востоке плейстосейстовой области (рис. 3) лежит величественный удивительно гармоничный и изящный по своим очертаниям и скульптуре массив Бага-Богдо, заснеженная конусообразная вершина которого поднимается до 3590 м. Центральная часть его сложена высокометаморфизованными образованиями серии богдо и интрузиями гранитоидов. Это* кристаллическое ядро бага-богдинского антиклинальгорста по всему периметру имеет бордюр мезо-кайнозойских образований. На восточном:
Рис. 3. Схематическая карта плейстосейстовой области Гоби-Алтайского землетрясения.
1-предгорные, межгорные впадины и тектонические долины; 2 - горные хребты и массивы; 3 - главнейшие трещины образовавшиеся вовремя землетрясения
4/ХII 1957 г.; 4- главная зона трещин Баян-Цаганского землетрясения 7/IV 1958 г.; 5 - гравитационно-сейсмотектоническая структура Битут-Ам 6 — направление и амплигуда сдвига в м; 7 - амплитуда вертикального смещения в м; 8 - ширина трещин в м; 9— сомонные (районные) центры, разрушенные
землетрясением 4/ХП 1957 г.; 10 — абс. отметки в м.
погружении структуры появляются поля эффузивов мелофировой и багулантинской формаций и хемогенно-терригенной красноцветной свиты таряту. Во впадине между хребтами Бага-Богдо, Арц-Богдо залегают интенсивно дислоцированные юрские угленосные отложения. На западном погружении структура Бага-Богдо осложнена структурами третьего порядка — синклиналями и синклиналь-грабенами, выполненными мелафирами, меловой угленосной свитой, формацией тэвш и хуху. Наиболее глубокий прогиб между бага-богдинской и ихэ-богдинской структурами отмечен широким полем красноцветных отложений свит тормхон, шаух-тай и буйлясун. Вдоль северного фронта этого прогиба происходит интенсивный подъем краевых глыб (форбергов), что нашло отражение в выходе на поверхность среди красноцветных отложений кристаллических пород мелафиров, грано-сиенитов, диоритов, кристаллических известняков и др., которые почти непрерывной зоной отделяют внутригорное поле красноцветных отложений от одновозрастных отложений Долины озер.
Бага-Богдинский массив с севера, востока и запада ограничен серией разрывов, возникших 4 декабря 1957 г. С южной же стороны гор встречаются лишь отдельные изолированные трещины (преимущественно около восточной оконечности хребта).
С востока располагается серия взбросов, фиксирующих восточную границу гор Гобийского Алтая.
Вдоль всего северного фронта Бага-Богдо протягивается главный разлом Богдо. Трещина местами прерывается, часто она построена кулисо-образно. На значительных участках трещины располагаются в два ряда с расстоянием между ними около одного километра, иногда до 1,5—2 км. На отдельных участках имеется до пяти рядов трещин.
На дугообразно изогнутом отрезке главного разлома, огибающем центральный массив Бага-Богдо, от генерального сместителя ответвляются три трещины длиной 9, 18 и 19 км, названные нами «инерционными ветвями». Внутри массива Бага-Богдо сейсмотектонические трещины встречаются очень редко, длина их не превосходит нескольких километров.
Структурная обособленность антиклиналь-горстов Бага-Богдо и Ихэ-Богдо подчеркивается граничным Тормхонским взбросо-надвигом — одной из самых эффектных сейсмотектонических структур, когда-либо возникавших на глазах человека. Главная трещина имеет вид громадной застывшей волны, накатившейся на берег, а с юго-востока — непрерывного уступа высотой от 1—2 до 9,2 м (рис. 4). На правом склоне сайра Тормхон земная волна взметнулась вверх по склону и перекрыла долины многочисленных боковых разветвлений сайра. Местами чешуи взбросо-надвига переместились по поверхности земли к востоку до 10—12 м. Надвиговые «языки» иногда состоят из двух чешуи. Взбросо-надвиг несет элементы сдвига — западное поднятое крыло его сместилось к северу до 4 м.
За описанным глубоким межгорным прогибом к западу начинается воздымание мощной структуры Гобийского Алтая — сложно построенного антиклиналь-горста Ихэ-Богдо. Северный край его резко обрывается к Долине озер, сочленяясь с ней обширным пьедесталом — бэлем. Основной «скелетный» массив хребта на многих участках отделен от впадины линией форбергов, в которых среди гобийских отложений на поверхность выходят метаморфизованные палеозойские осадочно-эффузивные образования, а среди четвертичных отложений бэля — красноцветные гобийские осадки.
Между форбергами и склоном хребта тянется узкий (1—2 км) синклиналь-грабен, выполненный меловой угленосной свитой.
Ядро структуры сложено метаморфическими породами серий богдо и палеозойскими гранитоидами и гипербазитами. В нижних частях склонов
12
|
Рис. 4. Тормхонский взбросо-надвиг. Один из участков максимального вертикального
смещения (9,2 ж). Фото 12/Х 1958 г.
обнажаются преимущественно метаморфические образования серий уланхан и хара-тологой.
В восточной части структуры в тело ее между горами Дулан-Богдо и Чжйран-Богдо вписывается обширный амфитеатр Цовгал, выполненный преимущественно формацией цовгал. Чередованием покровов базальтов с менее стойкими к выветриванию терригенными осадками при моноклинальном падении пород к юго-востоку обусловлено развитие здесь классического куэстового рельефа, зримо подчеркивающего структуру амфитеатра.
Северо-западная окраина амфитеатра наиболее высоко приподнята в четвертичном периоде (до 2757 м), и на ней располагается выразительное базальтовое поле с хорошо сохранившимися потухшими вулканами. Под базальтами залегают слабо дислоцированные осадки свиты буйля-сун — одной из наиболее молодых в гобийской серии.
Само лавовое поле, будучи наклоненным к югу, подчеркивает асимметричное строение структуры Ихэ-Богдо: на расстоянии 10 км поверхность его понижается на 500 м, на севере же базальты резко обрываются стремнинами склона Чжиран-Богдо.
Центральная часть массива Ихэ-Богдо — наиболее высоко (до 4000 м) поднятая часть Гобийского Алтая — разбита: многочисленными разломами. Формирование их началось с первой половины палеозоя и продолжается в наши дни.
По южному и северному склонам структуры проходят древние глубинные разломы, отмеченные интрузиями гипербазитов. Между ними в oce-вой части массива расположен мощный, многократно обновлявшийся раз-лом. По возрожденному 4 декабря 1957 г. разлому в долине р. Улясутуй произошли грандиозные обвалы, а в ущелье Битут-Ам образовалась современная феноменальная гравитационно-сейсмотектоническая структура с
Гоби-Алтайское землетрясение
13
|
Рис. 5. Гравитационно-сейсмотектоническая структура Битут-Ам.
Длина ее 3,5 км, амплитуда вертикального смещения до 328 м. У подножия видны столовые
уступы — тектонические клинья, поднявшиеся до 60 м. Цифрами указаны абсолютные отметки
в м. (Рис. ).
амплитудой вертикального смещения по главному сбросу до 328 м (рис. 5).
Следствием столь значительного и быстрого опускания горного блока явились мощные напряжения в земной коре перед фронтом сбросо-обвала, нашедшие разрешение в образовании надвига (рис. 6), сейсмокупольных структур с вертикальной амплитудой до 17,5 м, трещин различного типа, горстообразных поднятий отдельных участков в долине Битут-Ам с амплитудой вертикального перемещения до 60 м и т. д. Вертикальный удар был настолько силен, что в воздух поднялись многочисленные фонтаны грунта, при падении образовавшие конусы высотой 1,2—1,5 м. Поля, покрытые такими конусами, напоминают колонии тесно расположенных термитных построек.
Структура Ихэ-Богдо бурно развивается в настоящее время. Со стороны ограничивающей ее впадины она сопровождается активно воздымающимися тектоническими клиньями — форбергами. Наиболее мощный из них — хр. Улдзит-Ула с относительными высотами до 400 м. Он пронизывает юго-западный бэль Ихэ-Богдо. Долины временных потоков, скатывающихся со склонов Ихэ-Богдо, пересекают хр. Улдзит-Ула (рис. 7).
Уступ форберга урочища Гурбан-Булак, обращенный в сторону Цаган-Гольской впадины, воздымается настолько интенсивно, что в профиле горизонты четвертичных осадков образуют веер: русловые отложения сайров наклонены к югу под углом до 5—6°; 1-я терраса лежит горизонтально, 2-я наклонена к северу ( в сторону гор) под углом 2—4°, а более древниe аллювиально-пролювиальные осадки наклонены в ту же сторону под углом 30°. Запрокинутые в сторону гор конусы; выносов можно видеть на многих форбергах как по южному, так и по северному склону пьедесталов хебтов Гурбан-Богдо и Боян-Цаган.
Рис. 6. Надвигово-сейсмокупольная структура перед фронтом сбросо-обвала Битут.
1 — сброс; 2 — надвиг; 3 — трещины растяжения; 4 — тропа; 5 - трещина сжатия; 6 — трещины - провалы; 7 — селевой каньон; 8 — горизонтали сейсмокупольного конусa; 9 - сместитель сброса; 10 — сместитель взброса. Горизонтали поверхности структуры нанесены глазомерно через 5 м.
16
На исключительную тектоническую подвижность форбергов указывает и положение декабрьских трещин. Все форберги охвачены мощными трещинами взбросо-сдвигов и взбросов. Главные трещины, расположенные вдоль подножий хребтов, при приближении к форбергу разветвляются: одна ветвь следует по генеральному направлению, а вторая охватывает форберг со стороны впадины. Еще ярче проявилась активность передовых блоков на примере гряды Хан-Хар протяженностью 11 км, возвышающейся на северном бэле Ихэ-Богдо юго-западнее оз. Орок-Нур. Здесь разлом Богдо, выдержанный почти на всем своем 275-километровом протяжении, на линии форберга отклоняется к северу под прямым углом, покидая геоморфологически и геологически наиболее отчетливо выраженное подножие главного хребта, обходит форберг со стороны впадины и снова, коленообразно изогнувшись, возвращается к генеральной линии разлома Богдо. Чтобы охватить этот форберг, трещины отклонились от генеральной линии на 5 км в сторону Долины озер.
Массив Ихэ-Богдо во время землетрясения по сравнению с другимиструктурами плейстосейстовой области подвергся наибольшим разрушениям. Он по всему периметру ограничен сейсмотектоническими трещинами, преимущественно взбросо-сдвигами и взбросо-надвигами. В центральном отрезке хребта возникло пять зон трещин: с севера — взбросо-сдвиг Богдо, с юга — две внешние зоны трещин (одна протягивается по подножию главного массива, а вторая—по линии форбергов) и две внутренние зоны, расположенные почти параллельно с обеих сторон осевой части хребта, на расстоянии 5—6 км друг от друга. Эти последние в основном представлены сбросами, ограничивающими грабенообразное опус-кание вершинной части Ихэ-Богдо.
Достигнув максимальных высот, в средней своей части антиклиналь горст Ихэ-Богдо далее к северо-западу погружается. Западной структурной границей антиклиналь-горста. является меридиональный прогиб, наполненный меловыми отложениями свиты таряту. С юго-запада в массив Ихэ-Богдо глубоко вдается амфитеатр Шарагуй, симметрически расположенный амфитеатру Цовгал, но геологически менее развитый. Он выполнен образованиями серии улан-хан, на обширных участках, прикрытых современными пролювиальными, по-видимому, маломощными отложениями.
Между хребтами Ихэ-Богдо и Баян-Цаган лежит наиболее раздробленная в Гобийском Алтае зона горных массивов, небольших по площади, обычно четко изолированных друг от друга геоморфологически и геологически. Часть из них со всех сторон ограничена разломами древнего заложения, многократно подновлявшимися (Таряту-Ула, Цэцэн-Ула и др.). Другие возвышенности вытянуты в западном — северо-западном направлениии имеют миндалевидные очертания (хр. Бахар-Ула, Хара-Уцзюр и др.).Вместе с тем эти структурные горные блоки, разделенные узкими впадинами, четко вписаны в общий контур хребта. Из внутригорных впадин наиболее живучую, глубокую, мощную и активную зону разломов отмечает Ноян-Бахарская впадина, пересекающая хребет под острым углом. Она ответвляется от Долины озер у северо-западного окончания гор Ноян-Улаи следует в широтном направлении до восточного окончания хр. Баян-Цаган, где сливается с диагональной впадиной, структурно разграничивающей хр. Гурбан-Богдо и Баян-Цаган. Впадины выполнены мощными мелевыми отложениями, причем здесь имеют место все свиты за исключением формации бугаланту. К ней же приурочены палеогеновые, нижнечетвертичные осадки и базальты. Меловые отложения весьма интенсивно дислоцированы, нередко поставлены на голову, иногда показывают пластические деформации.
Гоби-Алтайское, землетрясение |
|
Рис. 8. Разлом Богдо у северного подножия хр. Таряту-Ула (урочище Хутусуджи-
Булак). Хорошо виден сдвиг межовражных мысов, перекрывших овраги. Образовался
своеобразный «тектонический забор». Фото 10/XI 1958 г.
Структурные горные блоки группируются кулисообразно вдоль оси этой впадины, причем северная зона «кулис» имеет левый северо-восточный) разворот, а южная — правый (юго-восточный), что, по мнению , является весьма характерным для эшелонированных структур, развивающихся вдоль сдвига. Эта структура активна по крайней мере с нижнего мела и до наших дней. Очевидно, не случайно, что начальный эпицентр Гоби-Алтайского землетрясения приурочен именно к Ноян-Бахарской впадине.
Несмотря на интенсивную раздробленность, участок между хр. Ихэ-Богдо и Баян-Цаган имеет геологически единую «коневую» систему. В продольном направлении эта структура показывает большую приподнятость на востоке (хр. Таряту-Ула и др.), поэтому восточные горные массивы сложены высоко метаморфизованными образованиями серии богдо и интрузиями гранитоидов, а в ядрах восточных массивов залегают менее метаморфизованные образования улан-хан и харатологой и на поверхность выходят лишь сателлиты интрузий.
За упомянутой ранее диагональной впадиной возвышается антиклиналь-горст Баян-Цаган, восточная часть которого сложена кристалличес-кими известняками серии улан-хан и эффузивами серии хара-тологой. К западу от Ихэ-Богдо главный разлом выражен особенно резко. Сначала он идет вдоль предгорной структурной впадины, то есть вдоль подножия хребта, а затем по Ноян-Бахарской впадине зона трещин пересекает хребет под острым углом. Вобщем здесь имеет место взбросо-сдвиг (рис. 8) с поднятым и смещенным к востоку южным крылом, но он во многих местах и на значительном протяжении осложнен иными структурами: сбросами, надвигами, сейсмокупольными структурами, оперяющими и соседствующими трещинами, зонами кулисообразно расположенных трещин,
2 Геология и геофизика № 2
|
|
Рис. 9, Переход горстообразной трещины в грабенообразную (урочище Улан-Булак, восточнее хр. Бахар-Ула).
1 — сбросо-сдвиг; 2 — взбросо-сдвиг; 3 — зияющие трещины; 4 — трещины растяжения; 5 — кулисоооразные трещины; 6 — нейтральная зона главных трещин — место изменения знака вертикального смещения; 7 — сдвиг и амплитуда смещения в м-. 8 — надвиг; h — высота уступов в м. Зубцы и штрихи направлены в сторону опущенного крыла.
Гоби-Алтайское землетрясение
19
трещинами растяжения, деформациями изгиба и т. д. Ширина зоны трещин достигает 2,5 км.
По мере приближения к хр. Бахар-Ула характер трещины усложняется. В урочище Улан-Булак она имеет горсто - и грабенообразное строение при ширине структуры около 40 м (рис. 9). На южном склоне гор Бахар-Ула, в районе начального эпицентра землетрясения, образовался грабен. Он ограничен двумя главными разломами, расстояние между которыми с востока на запад увеличивается от 350 до 800 м. Северный сброс следует по зоне древних разломов вдоль контакта палеозойской метаморфической толщи с мезокайнозойскими образованиями, выполняющими впадину. Ширина трещины колеблется от десятков сантиметров до 14,35 м, амплитуда — от 0,8 до 4 м. Южная зона трещин проходит в меловых отложениях и представляет собой вновь образованный разлом. Здесь мы видим результаты деформаций земной коры, связанные с растяжением, сжатием и сдвигом. В местах сопряжения главной и диагональных трещин ширина трещины резко увеличивается (до 19,15 м).
Между горами Бахар и Цэцзн грабен переходит в систему ступенчатых сбросо-сдвигов.
Перед хр. Баян-Цаган трещины расходятся, обтекают горный мыс хребта и быстро затухают.
Во время десятибалльного Баян-Цаганского землетрясения 7 апреля 1958 г., эпицентр которого расположен в 40 км к западу от эпицентральной зоны декабрьского землетрясения, образовалась сложная трещина зоны длиной около 15 км, рассекающая южный склон хр. Баян-Цаган и прилежащую к нему впадину до центральной ее части.
Изучение геофизических полей плейстосейстовой области, проведенное , показало отчетливо выраженную неуравновешенность структурных блоков северной ветви Гобийского Алтая. Отвлекаясь от деталей, укажем, что в хребтах региональные аномалии магнитного поля всюду отрицательные (300—400 гамм), а над северной впадиной — Доли-ной озер — положительные, до 200 гамм. Южные впадины, имеющие мозаичное строение фундамента, показывают крайне неоднородные геофизические поля.
По предварительным расчетам глубина залегания поверхности намагниченного слоя, предположительно базальтового, увеличивается от 7 км Долине озер до 18 км в осевой части хребта, а на южном склоне послед-го она находится на глубине 13 км.
Относительно условного нуля аномалий силы тяжести, массив Ихэ-Богдо опущен. Он характеризуется отрицательной изостатической аномалией (более 270 млг в редукции Буге). Тормхонская межгорная перемычка, южная впадина и южный край педимента Хангая относительно Долины озер или уравновешены, или даже несколько приподняты (аномалии силы тяжести здесь —173—205 млг или +2 +34 млг относительно оз. Орок-Нур).
Все это хорошо согласуется с историей формирования структур плейстосейстовой области и тенденцией их развития, намеченной нами согласно геологическим критериям.
Кинематика активизированных структур
Из предыдущего раздела видно, что главными типами сейсмодислокаций являются: 1) горстообразные поднятия крупных блоков, осложненные в срединной части грабенами. Площадь этих структур первого порядка достигает внушительных размеров — до 80 км в длину, при ширине до 30 км (Ихэ-Богдо); 2) взбросо-сдвиги; 3) взбросо-надвиги и надвиги обычно с
20
элементами сдвига; 4) сдвиги; 5) сбросо-сдвиги; 6) сложные трещинные структуры, морфологически сходные с грабенами и горстами; 7) грабены, Главные трещины сопровождаются оперяющими, сопутствующими и инерционными трещинами растяжения, сжатия и скола; 8) гравитационно-сейсмотектонические структуры — тектонические клинья с установленой амплитудой опускания до 328 м и поднятия до 60 м; 9) деформации изгиба. С деформацией только близповерхностных горизонтов связаны трещины гидравлического удара, сейсмогравитационные трещины, а также, по-видимому, «застывшие» земляные волны и сейсмокупольные структуры (рис. 10).
Рис. 10. Трещина взбросо-сдвига, переходящая в цепь сейсмокупольных структур (северное подножие Таряту-Ула, урочище Хитусуджи-Булак).
4 декабря 1957 г. горные хребты и массивы от хр. Баян-Цаган до восточной оконечности Бага-Богдо на протяжении 275 км поднялись и переместились к востоку. Исключение представил массив Бахар, несколько сместившийся к западу, что, впрочем, вполне согласуется с его положением на северном, в общем, стабильном крыле главного разлома и непосредственно в начальной эпицентральной зоне.
Общее движение хр. Гурбан-Богдо к востоку подтверждается и типом первых смещений: западнее эпицентра, а также севернее и южнее главных разломов наблюдались катасейсмы, восточнее — анасейсмы. Смещение происходило с перекосом как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости: северный край горной цепи поднялся выше и переместился к востоку больше, чем южный. С южной стороны только в массиве Ихэ-Богдо напряжения разрядились образованием сейсмотектонических трещин, а на остальном протяжении эпицентральной зоны произошли деформации изгиба.
Массив Ихэ-Богдо сместился к востоку сильнее, нежели Бага-Богдо, что обусловило образование между этими массивами эффектного Торм, хонского взбросо-надвига с амплитудой вертикального смещения только по разрыву до 9,2 м, не считая деформаций изгиба. К месту выхода Торм-хонского взбросо-надвига к главной северной структуре сдвиг по разлому Богдо достигает максимальной величины — 8,85л (рис. 11).
Восточнее Тормхонской зоны амплитуда смещения резко падает, в восточной границей смещенной зоны, по-видимому, является зона меридионально расположенных взбросов восточнее Бага-Богдо.
Гоби-Алтайское землетрясение 21 |
|
Рис. 11. Разлом Богдо — участок максимального горизонтального смещения (8,85 м), восточнее сайра Буялсун-задагай и горы Тормхон. Фото 4/Х 1958 г.
В указанные величины амплитуды смещения не включены деформации изгиба. Последние уверенно удалось замерить только в двух местах — в сайре Улан-Булак, где при амплитуде взброса 1,5—2 м амплитуда изгиба не менее 2 м, и в урочище Гурбан-Булак у южного подножия Ихэ-Богдо, где при амплитуде взброса 4—5 м амплитуда изгиба не менее 5 м. Изгиб почвы в горизонтальной плоскости нами наблюдался во многих пунктах.
По инструментальным данным и макросёйсмическим наблюдениям начальный эпицентр землетрясения установлен вполне определенно — он находится между горами Бахар и Цэцэн (45° 10' с, ш., 99° 15' в. д. +-10 км). Отсюда началось «вспарывание» старого тектонического шва. Разлом был обновлен на восток на протяжении 240—250 км, а на запад — не более чем на 25—35 км.
В 60—65 км восточнее первичного эпицентра началось «вспарывание» южной фрагментарной зоны разломов на протяжении 106 км.
Обе главные трещины падают под горную цепь преимущественно под углом 68°. Подъем клинообразного массива вызвало его растяжение, следствием чего явилось грабенообразное оседание вершинной части хр. Ихэ-Богдо и, как кульминационный акт этого процесса, обрушение в недра Земли на 328 м «тектонического штока» Битут-Ам.
Несколько иной была кинематика земной коры при Баян-Цаганском землетрясении. Еще до этого землетрясения нами было высказано предположение о том, что в результате Гоби-Алтайской катастрофы в напряженном состоянии оказалась западная часть хр. Баян-Цаган, где следует ожидать в скором времени землетрясения силой до девяти баллов. Землетрясение 7 апреля 1958 г. показало, что предполагавшиеся напряжения в хр. Баян-Цаган действительно имели место. В ходе землетрясения произошло сжатие и смещение грунтов к Ю. В. 170°, что связано с унаследованными преддекабрьскими напряжениями, но в то же время действовали силы растяжения, направленные приблизительно по азимуту С. В. 80° в
сторону эпицентра Гоби-Алтайского замлетрясения и унаследованные от последнего. Это обусловило образование сложной трещинной зоны, ведущим элементом которой является взброс и взбросо-надвиг, но сильно осложненный системой тесно расположенных левых кулисообразных зияющих трещин растяжения.
Изучение сместителей главных трещин позволило установить очень интересные детали механизма перемещения. Как оказалось, масштаб необратимых изменений соответствует амплитуде движения только местных структур (рис. 12). Крылья же структур первого порядка описывали
Рис. 12. Зеркало скольжения и механизм движения северного крыла южной трещины горстообразной структуры урочища Улан-Булак.
Рис. 13. Зеркало скольжения к механизм движения южного крыла взбросо-сдвига Богдо в урочище Хутусуджи-Булак.
Гоби-Алтайское землетрясение 23
сложные кривые (рис. 13). Амплитуды смещений их в ходе землетрясения местами превышали более чем в два раза видимую амплитуду необратимых сейсмодислокаций (рис. 14). По-видимому, во время быстрого смещения подвижное крыло по инерции переместилось выше и дальше положения
Рис. 14. Зеркало скольжения и механизм движения южного крыла взбросо-сдвига Богдо на участке северо-западного подножия хр. Таряту-Ула.
равновесия, а затем так энергично возвращалось к нему, что снова прошло точку равновесия, но уже в обратном направлении. Вероятно, в этом положении отдельные участки подвижных структур задерживались некоторое время и, наконец переместившись в направлении первоначального смещения, достигали равновесия. Последнее смещение, судя по следам, оставленным им, не было столь быстрым, как первые, и, по-видимому, могло происходить много дней спустя. Часть афтершоков, по всей вероятности, связана именно с «движениями равновесия». Небезынтересно отметить, что по трещинам взбросо-сдвигов часто можно видеть новообразования тектонической плотной глины с прекрасно выраженными зеркалами скольжения, а в двух случаях нам удалось наблюдать довольно мощные (0,8 м) слои милонитов. Впервые они были встречены по южному (долинному) разлому тектонического «штока» Битут-Ам. Очевидно, вследствие позднейшего оседания «штока» на уступе, круто (70°) падающем под сбросо-обвал, обнажился пласт темно-зеленого цвета милонита, глиноподобно-го, местами слабо сцементированного, сланцеватого. Милонитизации подверглись гранитизированные и фельдшпатизированные сланцы.
Второе обнажение милонитов приурочено к взбросо-сдвигу Богдо у подножия хр. Таряту-Ула (урочище Хутусуджи). Здесь по разлому не только образовался милонит (тектоническая глина), но он был выжат из трещин, подобно пасте из тюбика, и образовал дайкообразное тело.
24
Ход землетрясения
Гоби-Алтайское землетрясение началось 4 декабря 1957 г. в 11 час. 38 мин. по местному времени пятибалльным форшоком, спасшим много че ловеческих жизней: жители выбежал и из помещения и когда через мину ту последующий могучий удар разрушил, а местами буквально смел с ли ца земли некоторые строения*, в них уже почти никого не было и только кое-где в горах араты погибли под обвалами.
После первого удара в Ихэ-Богдо и Бага-Богдо раздался грохот, на поминавший взрывы колоссальной силы. Он наводил ужас на людей, находившихся даже в 75—100 км от гор. Над горными массивами поднялись огромные тучи пыли, быстро распространявшиеся в стороны; вскоре они сомкнулись и скрыли всю горную цепь на протяжении 220—230 км. Вслед за грохотом произошел удар землетрясения, разрушивший часть сомонов
Рис. 15. Карта Гоби-Алтайского землетрясения 4/ХИ 1957 г.
1 — изосейста 5 баллов; 2 — площади с силой землетрясения 7 баллов и выше; 3 — направление геологических структур; 4 — Северо-Монгольский (Танну-Ольский) разлом; 5 — эпицентральная зона Гоби-Алтайского землетрясения (10—12 баллов); 6 — эпицентр Баян-Цаганского землетрясения (10 баллов), 7 — эпицентры наиболее сильных афтершоков (по вычислениям ).
* Все местное население живет в юртах. Юрты — одно из самых сеймостойких сооружений, созданных человеком. Лишь в нескольких пунктах в районе Ихэ-Богдо отмечены их разрушения — сплющивание или разрыв. Обычно же юрты страдали только от обвалов, то есть от последствий землетрясения, а не от самого землетрясения.
Гоби-Алтайское землетрясение 25
Баян-Гоби и Богдо. Баян-Цаган сомон был также сильно поврежден. Серьезно пострадал Баян-Лэг сомон.
Землетрясение охватило громадную площадь: в Иркутске сила землетрясения достигала пяти баллов, в Улан-Удэ и Чите — четырех баллов (расстояние от эпицентра 900, 1000 и 1300 км). Землетрясение ощущалось жителями МНР, СССР и КНР на площади около 5 млн. км2, площадь в пределах пятибалльной изосейсты достигает 1,4 млн. км2, а серьезные повреждения построек наблюдались на площади порядка 300 тыс. км2 (на расстоянии до 300—325 км от эпицентра).
Интенсивность землетрясения сейсмическими станциями оценивается от 7,75 (станции «Москва», «Беркелей») до 8,4—8,6 (станции «Ноумеа», «Рейкьявик», «Пасадена» и др.).
Во многих пунктах плейстосейстовой области деформации поверхности Земли по своим эффектам соответствуют двенадцатибалльным землетрясениям. Здесь мы имеем в виду резкие изменения рельефа, образование гравитационно-сейсмотектонической структуры Битут с амплитудой вертикального смещения до 328 м, «застывшие» земляные волны, подбрасывание предметов вверх, отмеченное в ряде мест, появление новых водотоков, образование озер, рассечение гранитных валунов и глыб весьма прочных роговиков, свободно лежавших на поверхности Земли и т. п. Заметим, что распространение потрясения было чрезвычайно неравномерным: за впадиной Долины озер, уже в 20—25 км от главного разлома Богдо, сила землетрясения понизилась на 5—6 баллов и в ряде мест не пре-восходила силы потрясения в Иркутске. Еще большее впечатление произвела на нас зона затишья в районе долины Хушут, расположенной приблизительно посредине между Битут-Ам и Тормхоном, то есть между районами с явными признаками двенадцатибалльных землетрясений. В районе этой долины сила землетрясения не превосходила 5—6 баллов.
Микросейсмические эффекты, а также инструментальные данные показывают, что Гоби-Алтайское землетрясение является одним из сильнейших землетрясений, случившихся за последние столетия. По силе оно, по-видимому, уступает только Лиссабонскому землетрясению 1755 г., а по деформациям поверхности Земли не имеет себе равных.
Наглядное представление об этом дает приведенная ниже сравнительная характеристика разломов (см. табл.), образовавшихся во время сильнейших землетрясений (данные взяты из книги и , 1949 г., с изменениями, уточнениями и дополнениями).
26
Научные результаты работы экспедиции
Экспедиция провела детально изучение плейстосейстовой области катастрофического землетрясения с применением географических, сейсмогеологических и других методов и составила геологическую карту эпи-центральной зоны (7000 км2) *, ранее фактически бывшей белым пятном на геологической карте МНР. Полученные данные и опорная сеть географических пунктов позволят в дальнейшем следить за изменениями сейсмодислокаций и географических полей эпицентральной зоны, что может дать чрезвычайно ценный материал для понимания эволюции сейсмогенных структур.
Изучение истории формирования тектонических структур плейстосейстовой области позволило не только выявить в высшей степени активные современные «живые» тектонические структуры, но и установить характерную особенность таких структур — стремительный односторонний рост в голоцене предгорных тектонических клиньев-форбергов, что намечает новый этап в развитии структур этой части Центральной Азии
Экспедицией выявлена кинематика активизированных сейсмогенных структур, установлена динамика отдельных элементов последних, выделены новые типы сейсмодислокаций — гравитационно-сейсмотектонические сейсмокупольные и др. структуры.
Для суждения об истинной амплитуде колебаний поверхности Земли в ходе землетрясения нами впервые использован структурный анализ сместителей, а не только остаточных деформаций.
Все это может послужить уточнению и расширению наших знаний о тектонике внутренней части Азиатского континента и позволяет установить принципиальное отличие типов неотектонических и сейсмогенных структур северной и южной части Монголо-Байкальской сейсмической области.
Работа экспедиции способствовала сбору и обобщению обширного фактического материала по неотектонике и сейсмичности Центральной Азии, а интерпретация этого материала позволила впервые составить карты сейсмогенных и неотектонических структур Монгольской Народной Республики и ее предполагаемой сейсмической активности. Эти материалы могут служить основой при составлении официальной карты сейсмического районирования территории МНР, уточнении карт сейсмического районирования Южной Сибири и северной части Китайской Народной Республики.
Восточно-Сибирский геологический институт Сибирского отделения АН СССР, г. Иркутск
Поступила в редакцию 3/IV 1959
ЛИТЕРАТУРА
1. Сейсмичность Земли. Изд. иностр. лит., 1948.
2. Обручев черты кинетики и пластики неотектоники. Изв. АНСССР, сер. геол., № 5, 1948.
3. Павловский тектоника мезо-кайнозойских структур Восточной Сибири и Великого Рифта Африки и Аравии. Изв. АН СССР, сер. геол., № 5, 1948.
* В процессе полевых исследований экспедицией выявлены разнообразные рудопроявления (асбест, железные руды, хромит, барит и др.) и намечены перспективы рудоносности ряда магматических и осадочных комплексов пород.
Гоби-Алтайское землетрясение
4. , , Пучков землетрясение 27 июня 1957 г. Тр. ин-та физики Земли АН СССР, № 1 (168).Вопр. инж. сейсмол., вып. 1, М., Изд. АН СССР, 1958.
5. О роли разломов и прогибов в структуре впадин Байкальскоготипа. Вопросы геологии Азии, 1, М., Изд. АН СССР, 1954.
6. Флоренсов -кайнозойские впадины Прибайкалья. Дисс. МГУ, 1956.
7. Флоренсов землетрясение в Гобийском Алтае. «Природа», № 7, 1958.
8. Lее S. P. The Map of seismicity of China. Acta Geophysica Sinica, vol. VI, № 2, 1957.
V. P. Solonenko THE GOBI-ALTAI EARTHQUAKE
Actual data on the tectonics and seismicity of the Mongolian Peoples Republic is generalized in the article. A scheme of seismogene and neotectonic structures of Central Asia is given, and the geological structure of the pleistoseistic zone of the Gobi-Altai is described. The author shows the cinematics of the activised seismogenic structures, distinguishing the gravitational — seismotectonic dislocations. Data on regional anomalies of the magnetic field and anomalies of the conventional zero of the force of gravity are given. The materials of the article define the maps of seismic regional division of South Siberia and the northern part of the Chinese People's Republic.
