Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 500, № 1, стр. 58-63

Тункинская система впадин является составной частью Байкальской рифтовой системы (БРС) и имеет субширотное простирание на фоне общего северо-восточного положения большинства впадин.

По сейсмологическим данным и реконструкциям палеонапряжений ось растяжения в центральной части БРС имеет СЗ-направление и располагается практически перпендикулярно оси рифтовой системы, а на ЮЗ-фланге она ориентирована косо к простиранию структур. С.И. Шерман, Ю.И. Днепровский [1] предполагали различные модели формирования Тункинской системы впадин: как зарождающийся трансформный разлом типа рифт–рифт [2] с левосторонней кинематикой смещений и система впадин пул-апарт [3–5]. Известны данные о палеосейсмодислокациях в Тункинской системе впадин, имеющих сдвиговую и взбросо-сдвиговую кинематику [6]. Нами фиксировались деформации в кайнозойских образованиях (осадках и вулканитах), характеризующие сдвиговые и взбросо-сдвиговые режимы напряжений [7, 8]. Сейсмотектонические деформации, рассчитанные В.И. Мельниковой [9] по фокальным механизмам землетрясений для ЮЗ-фланга, показывают преобладание транспрессионных и сдвиговых режимов деформирования в современный период.

Оценки современных тектонических деформаций были получены ранее для Байкальского региона в целом [10], но исследования последних лет и участившаяся сейсмическая активность 2020–2021 гг. дали возможность получить более точные амплитуды и направления современных движений для юго-западной части БРС.

На 2021 г. Байкало-Монгольский GPS-полигон насчитывает около 150 станций, 6 из них работают в постоянном режиме. Западная часть геодинамического полигона покрывает краевые части блока Сибирской платформы, Окинский, Хамар-Дабанский и Забайкальский блоки и впадину оз. Хубсугул (рис. 1).

Рис. 1.

Поле скоростей современных горизонтальных движений земной поверхности юго-западного фланга БРС по данным GPS-измерений за период с 1994 по 2020 г. относительно Сибирского блока. 1 – активные разломы (а – сбросы, б – сдвиги, в – взбросы); 2 – векторы современных горизонтальных движений с 95%-вероятностью (мм год^–1); 3 – эпицентры землетрясений за период GPS-измерений (1 – 29.06.1995 г. Мw = 5.8; 2 – 27.04.2005 г. Мw = 5.3; 3 – 27.08.2008 г. Мw = 6.3; 4 – 21.09.2020 г. Мw = 5.4; 5 – 09.12.2020 г. Мw = 5.5; 6 – 11.01.2021 г. Мw = 6.7). Буквами обозначены рифтовые впадины: Б – Бусийнгольская, Д – Дархатская, Х – Хубсугульская, ЮБ – Южно-Байкальская, БС – Быстринская. Цифрами обозначены активные разломы: 1 – Окино-Жомболокский, 2 – Южно-Окинский, 3 – Дархатский, 4 – Хубсугульский, 5 – Байкало-Мондинский, 6 – Тункинский, 7 – Главный Саянский, 8 – Обручевский, 9 – Приморский.

Для станций постоянного мониторинга Байкало-Монгольской GPS-сети дополнительно рассчитано атмосферное влагосодержание [11] для определения влияния тропосферной задержки на зашумленность сигнала [12].

Скорости и их приращения движений GPS пунктов были получены в результате обработки измерений с использованием программного пакета GAMIT-GLOBK [13]. Основные шаги и философия расчетов опубликованы в работе [14]. Конечный результат представляет собой набор трехмерных координат, скоростей и их приращений, выраженных в ITRF2014 [15].

Горизонтальные скорости станций (рис. 1) представлены относительно Сибирского блока (BAYA; ORLK; IRKT; HADR; KSTU; NVSK), полюс вращения которого определен нами как широта 53.107° ± 0.068°, долгота – 99.793° ± 0.024°, ω = 0.249282° ± 0.000114° /млн лет.

Основной чертой кинематики движений этой территории за весь период измерений является юго-восточное направление векторов движения GPS-пунктов относительно Сибирского блока. В Забайкалье горизонтальные скорости достигают 2.3–2.8 мм год^–1 (рис. 1). Для Главного Саянского разлома скорость относительных сдвиговых смещений составляет от 0.1 мм год^–1 (SLYU-KULT) до 0.3 мм год^–1 (TORY-TOR1) при лево-сдвиговой характеристике, а для Тункинского разлома растяжение поперек его центрального сегмента составляет 0.8–1.4 мм год^–1.

В поле скоростей относительных деформаций выделяются области преобладания СЗ–ЮВ-растяжения в Южно-Байкальской впадине, достигающие 3.3 × 10^–8 год^–1 (рис. 2). На юго-восточном сегменте Главного Саянского разлома, в зоне проявления косейсмических и постсейсмических движений района Култукского землетрясения, скорости относительного растяжения в субмеридиональном направлении возрастают до 4–7 × × 10^–8 год^–1. В восточной части Тункинской системы впадин СЗ-растяжение сочетается с СВ-сжатием. Явное превалирование горизонтального сжатия отмечается на севере и юге Хубсугульской впадины. В целом заметна тенденция к развороту оси сжатия от С–СВ на западе территории до СВ-простирания на востоке. В пределах внутренних частей блоков скорости деформаций, как правило, уменьшаются до единиц 10^–9 год^–1.

Рис. 2.

Поле скоростей относительных деформаций земной поверхности юго-западного фланга БРС по данным GPS-измерений за 1994–2020 гг. Черные стрелки – оси укорочения, белые – оси удлинения. Звездами обозначены эпицентры землетрясений Mw ≥ 5.3 за полный период GPS-измерений.

Ранее проведенные деформационные расчеты в районе Быстринской впадины [12] показывали режим косого сжатия в СВ-направлении по отношению к Главному Саянскому разлому (ε₁ = 11.3 ± ± 5.4; ε₂ = –21.3 ± 3.7 × 10^–9 год^–1; θ = 29.9° ± 5.7°). Возможно, смена режимов деформации на данном участке привела к накоплению тектонических напряжений, реализовавшихся в сейсмическом событии 21.09.2020 г.

Преобладающие значения оси укорочения (ε₂ = –59.9 ± 5.3 × 10^–9 год^–1) над осью удлинения (ε₁ = 22.1 ± 6.8 год^–1 × 10^–9 год^–1) и направлением на северо-восток θ = 12.9° ± 2.9°. выявлены в северной части Хубсугульской впадины (MOND-KHB2-SHIR). В противоположность этому, в южной части впадины ось укорочения имеет минимальные значения ε₂ = 0.3 ± 2.5 × 10^–9 год^–1, а ось удлинения характеризуется СВ-ориентировкой θ = 34.2° ± 3.9° при ε₁ = 29.6 ± 10.13 × 10^–9 год^–1 (KHB2-OVOT-KHB1). Значения оси укорочения в северной части сопоставимы с осью удлинения в южной части Хубсугульской впадины. Такое оппозиционное положение осей приводит к накоплению тектонических напряжений и, как следствие, сейсмической разрядке, произошедшей 11.01.2021 г.

Ось укорочения в Южно-Байкальской впадине имеет СВ-направление θ = 65.1° ± 2.0° при средних значениях ε₂ = –19.7 ± 1.9 × 10^–9 год^–1 (LIST-KULT-SNOW), в то время как ось удлинения доминирует с магнитудой ε₁ = 43.7 ± 4.0 (Байкальский тип). Резкое изменение направлений осей удлинения на СВ приурочено к районам Быстринской впадины, где 29.06.1995 и 21.09.2020 г. произошли землетрясения с Mw > 5. Следует отметить, что значения осей удлинения на порядок выше, чем на сопредельной территории, и достигают ε₁ = 62.7 ± 7.6 × 10^–9 год^–1 при азимуте 15.4° ± 3.1°.

На основе скоростей горизонтальных перемещений были рассчитаны скорости дилатации (рис. 3). Анализ показал, что области максимальных скоростей увеличения площади приурочены к окончанию Южно-Байкальской впадины, центральной части Хубсугульской впадины (ближе к западному борту) и на западной окраине Тункинской впадины. Максимальные скорости дилатации наблюдаются и в районе Быстринской впадины.

Рис. 3.

Скорости дилатации земной поверхности юго-западного фланга БРС по данным GPS-измерений с 1994 по 2020 г. Бело-серыми полусферами показаны механизмы очагов землетрясений, предшествующие сейсмоактивному периоду 2020 г., бело-красные полусферы – сейсмические события ощутимых землетрясений конца 2020 г.–начала 2021 г. (решения механизмов взяты с USGS [16]); A, Б, В – профили дилатации.

В узких зонах между низкими (от –5 × 10^–9 год^–1) и высокими значениями (до 25 × 10^–9 год^–1) дилатации вдоль Быстринской впадины (рис. 3 профиль Б), в районе сочленения Тункинского и Главного Саянского разломов, оси удлинения меняют свою ориентировку на северо-восточную (θ = 9°–15°) при максимальных значениях осей укорочения ε₂ = –7.3 ± 1.3 и удлинения ε₁ = 62.7 ± ± 6.6 × 10^–9 год^–1 (KULT-TOR1-TORY).

Десятилетние измерения пунктов SLYU и KULT, расположенных на разных плоскостях Главного Саянского разлома, показали, что они перемещались с одинаковой скоростью. Дифференцированные движения между ними проявились во время и после землетрясения. Косейсмические и постсейсмические движения, вызванные землетрясением, сформировали аномальную зону деформаций с осью максимального удлинения, направленной субмеридионально (рис. 2). На окраине этой зоны сформировался очаг Быстринского землетрясения 21.09.2020 г. (Mw = 5.4).

Характерной особенностью расположения эпицентров крупных землетрясений (с Mw > 5): Култукского, Быстринского, Хубсугульского в 2020–2021 гг. является их концентрация в узких зонах между максимальными и минимальными значениями дилатации (рис. 3).

Можно предположить, что тригерром к сейсмическому событию такого класса послужил резкий переход от положительной дилатации к ее отрицательным значениям на небольшой территории. Это привело к значительным напряжениям в верхней части литосферы за достаточно короткое время, когда земная кора “не успела” адаптироваться к деформационным нагрузкам, т.е. хрупкие деформации не успели перейти в пластические.

Менее выраженные параметры дилатации отмечаются в Хамардабанском блоке к югу от Быстринской впадины, в южной части Прихубсугулья, на юге Иркутского амфитеатра Сибирской платформы и в Забайкальском блоке.

На фоне общего растяжения рифтовых впадин выделяются узкие участки с “небайкальским” типом направлений деформационных процессов, где накапливаются тектонические напряжения, разрядка которых, отчасти, приводит к землетрясению.

БЛАГОДАРНОСТИ

Результаты получены с использованием оборудования Центров коллективного пользования “Ангара” http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ и “Геодинамика и геохронология” http://crust.irk.ru/industry/analytics.html

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа проведена при частичной финансовой поддержке проекта РФФИ № 21-55-53019.