Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 1, стр. 79-85

ВВЕДЕНИЕ

Горный Алтай – часть системы внутриконтинентальных кайнозойских орогенов в северной части Центральной Азии, возникшей как отдаленный эффект коллизии Евразии и Индостана. Сокращение земной коры в его пределах, особенно усилившееся в начале четвертичного периода, сопровождается многочисленными землетрясениями. Наибольшая концентрация очагов землетрясений наблюдается в юго-восточной части Горного Алтая [1]. Однако данные сейсмических сетей и исторические каталоги дают информацию о землетрясениях лишь за последние 150 лет. Этого явно недостаточно для выявления сейсмического режима и достоверной оценки сейсмической опасности территории Юго-Восточного Алтая, где ПАО “Газпром” планирует прокладку газопровода “Сила Сибири-2” в КНР. Естественно, что реализация такого крупного инфраструктурного проекта требует от сейсмологов данных о сильной сейсмической активности за последние 10 000 лет. Такие данные могут быть получены только при изучении активных морфоструктур и ограничивающих их зон разломов структурно-геоморфологическими, палеосейсмологическими и археосейсмологическими методами. Наиболее перспективными в этом плане являются зоны сочленения внутригорных впадин и окружающих их хребтов, являющиеся основными генераторами землетрясений на юго-востоке Горного Алтая. В последнее время целенаправленно изучались зоны сочленения наиболее крупных впадин – Чуйской и Курайской – с окружающими положительными морфоструктурами (рис. 1). Наряду с Южно-Чуйским разломом, сгенерировавшим самое сильное за инструментальный и исторический периоды наблюдений Чуйское землетрясение (27.09.2003 г.; Ms = 7.3, Iо = VIII–IX баллов), был доказан высокий сейсмический потенциал Курайской зоны разломов (КЗР) [2–5]. В качестве объектов представляемого исследования выбраны разломы, ограничивающие Кокоринскую впадину (рис. 1). Северный из них – Кубадринский – играет роль “master fault” в цветковой структуре КЗР. В работе рассмотрены новые данные о структуре и признаках активности разломов, результаты палеосейсмологических и археосейсмологических исследований поверхностных разрывов палеоземлетрясений.

Рис. 1.

Основные морфоструктуры, активные разломы и сейсмичность юго-востока Горного Алтая. Кружками показано положение эпицентров исторических и инструментальных землетрясений, для Чуйского землетрясения – механизм очага. Карта оттененного рельефа построена с использованием программы GeoMapApp (http://www.geomapapp.org).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Дистанционное выявление и картирование активных морфоструктур, разломов и поверхностных разрывов палеоземлетрясений выполнены на основе космоснимков QuickBird. При полевых структурно-геоморфологических исследованиях детализировались линейные параметры поверхностных разрывов, их сегментация, амплитуды смещения по ним форм денудационного и аккумулятивного рельефа. В этих целях выполнена аэрофотосъемка местности с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) квадракоптерного типа DJI Phantom 4 Pro и Geoscan Gemini. Автоматическая фотограмметрическая обработка массивов снимков произведена в Agisoft Metahsape 1.7. На ее основе выполнены интерполяции высот и созданы цифровые модели рельефа (ЦМР) в регулярно-сеточной форме. Итоговое разрешение ЦМР составило для разных участков от 10 до 40 см. Построенные ЦМР позволяют определять относительные высоты с точностью до 10–20 см. Помимо ЦМР, на каждый участок съемки была создана мозаика фотоснимков.

Проходка траншеи производилась экскаватором с последующей ручной зачисткой. Ее стенки картировались с использованием сетки 1 × 1 м. Определялись отложения, накопившихся до и после сейсмического события. Среди последних наиболее важны отложения коллювиальных клиньев, формирующиеся при эрозии поднятых крыльев разломов. У разломов и трещин были определены элементы залегания и амплитуды смещения. Наличие нескольких возрастных генераций трещин, разломов и коллювиальных клиньев позволило выделить дискретные сейсмические подвижки. Определение радиоуглеродных возрастов отложений выполнено в ЦКП “Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии” Института географии РАН (Москва). Калибровка возрастов произведена с использованием программы OxCal (https://c14.arch.ox.ac.uk/oxcal.html).

Моментные магнитуды (Mw) палеоземлетрясений рассчитаны с учетом смещений по разломам, выявленным при тренчинге и структурно-геоморфологических исследованиях, и эмпирических регрессионных зависимостей из [6]. Интенсивности палеоземлетрясений оценены на основе шкалы ESI 2007 [7].

Было произведено визуальное обследование двух древнетюркских оградок. Особое внимание было уделено направленным наклонам и разворотам составляющих их каменных плит. Из нор грызунов произведен сбор подъемного археологического материала. Датировка этих находок позволила оценить максимальный нижний возрастной предел вызвавшего деформации палеоземлетрясения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Кокоринская впадина (23 × 9 км) ограничена с юга Кызылшинским поднятием (абсолютные отметки до 2560 м), с севера – Курайским хребтом (до 3180 м), с востока – поднятием Сайлюгем (до 3500 м) (рис. 1). По данным вертикальных электрических зондирований в структуре ее кайнозойских отложений мощностью до 1 км обособляется два геоэлектрических комплекса: верхний высокоомный (величины удельного электрического сопротивления 300–2000 Ом ⋅ м) мощностью до 600 м и нижний низкоомный (7–300 Ом ⋅ м) мощностью до 400 м [8]. По аналогии с геоэлектрической структурой Чуйской и Курайской впадин [9, 10] первый из комплексов может быть сопоставлен с четвертичными грубообломочными отложениями, накопившимися после начала основной фазы орогенеза, второй – с более тонкозернистым отложением палеогена–неогена.

Впадина ограничена активными разломами, с которыми связаны немногочисленные землетрясения с магнитудами до 3.0 [8, 11]. Наши морфоструктурные наблюдения указывают на активный рост Кызылшинского поднятия, приводящий к заболачиванию южной части котловины (рис. 2). Река Кызылшин прорезает поднятие, формируя антецедентный участок своей долины. Для одного из разломов, ограничивающих поднятие с юга, ранее нами установлена вертикальная амплитуда позднеплейстоцен-голоценовых смещений в 40 м и левосдвиговая – в 150 м [5].

Рис. 2.

Строение зоны Кубадринского разлома в северной части Кокоринской впадины. Условные обозначения см. на рис. 1. В качестве основы использован космоснимок QuickBird (http://earth.google.com).

Предполагалось, что Кубадринский разлом, разграничивающий Кокоринскую впадину и Курайский хребет, является правым взбросо-сдвигом с поднятым северным крылом [11], с которым связаны первичные палеосейсмодислокации в левобережье р. Кокоря [12]. Согласно нашим данным, основная плоскость Кубадринского разлома проходит вдоль южного склона Курайского хребта от р. Кокоря до р. Сайлюгем, а ее сегменты расположены в виде левой кулисы (рис. 2). В западной части Кокоринской впадины перед фронтом Курайского хребта находится форберг с абсолютными высотами 2360–2600 м. Он ограничен с севера и юга взбросами, плоскости которых падают навстречу друг другу. Между форбергом и хребтом находятся узкие впадины шириной до 250 м, выполненные четвертичными отложениями (рис. 2). Такая структура зоны Кубадринского разлома хорошо согласуется с аналогичной структурой КЗР в зоне сочленения Курайского хребта с Чуйской и Курайской впадинами [2, 4, 5]. Смещение речных долин Курсактотугема (амплитуда 900 м) и Камтытыгема (450 м) с присутствием в них запирающих хребтов подтверждает тезис о том, что зона Кубадринского разлома имеет выраженную правосдвиговую кинематику. Именно это сдвиговое смещение в условиях сжатия приводит к формированию цветковой структуры КЗР.

Детальные структурно-геоморфологические исследования впервые позволили закартировать систему поверхностных разрывов, которая протянулась вдоль всего изученного фрагмента Кубадринского разлома на 22 км. На западном фланге в рельефе предгорного склона хорошо выражен разломный уступ с южным поднятым крылом высотой до 0.5 м и протяженностью 1.26 км. Восточнее, до р. Курсактотугем, поверхностные разрывы прослеживаются вдоль разлома, ограничивающего северный склон форберга. Они образуют выраженную левую кулису, указывающую на правосдвиговую компоненту смещений. Вертикальная компонента смещений выражена в формировании разломного уступа высотой до 2.5 м с южным поднятым крылом.

На междуречье Курсактотугема и Камтытыгема сеймогенные разрывы прослеживаются вдоль основной плоскости Кубадринского разлома, у южного подножья Курайского хребта. Разрывы протяженностью от 40 до 500 м местами образуют левую кулису. Вертикальная компонента смещений выражена в поднятии северных крыльев разломных уступов на высоту от 0.5 до 3.5 м.

Между долинами Камтытыгема и Бугузуна вдоль подножья Курайского хребта фрагментарно прослеживаются разломные уступы высотой в первые метры, секущие пролювиальные конуса выноса, неглубокие овальные западины длиной 10–30 м и шириной 8–10 м, оползни. Здесь можно выделить два ключевых участка (рис. 2): 1) В месте пересечения разломным уступом высотой 5 м временного водотока зафиксировано старое (обезглавленное) русло этого водотока, смещенное по принципу правого сдвига на 21 м; 2) На наклонной предгорной равнине западнее р. Узунтытыгем в рельефе хорошо читается молодая узкая (до 600 м) впадина, ограниченная встречными взбросовыми разломными уступами с двух сторон; высота южного уступа достигает 2.5 м, северного – 10 м.

Вновь хорошо выражена система поверхностных разрывов на восточном фланге Кубадринского разлома. Ее протяженность по азимуту 140° между рр. Бугузун и Сайлюгем составляет 3.5 км. На первых северо-западных 0.8 км сегменты разломного уступа с поднятым на 0.5–2 м северо-восточным крылом и западины вдоль их оснований также образуют четко выраженную левую кулису (рис. 3 а). К юго-востоку высота разломного уступа увеличивается до 15–20 м, а его склон расщепляется на несколько более мелких уступов. Это говорит о том, что уступ сформировался в результате нескольких палеоземлетрясений.

Рис. 3.

Структура зоны поверхностных разрывов на восточном фланге Кубадринского разлома (а) и разрез юго-восточной стенки траншеи Бугузун 1 (б). Белые стрелки на фрагменте а – бровки разломных уступов, черные точечные линии – основания разломных уступов c локальными западинами. Цифрами на фрагменте б обозначены слои, описание которых приводится в тексте.

В 0.7 км к ЮВ от р. Бугузун пройдена траншея Бугузун 1 протяженностью 11 м и глубиной до 2.2 м. В основании разреза ее юго-восточной стенки (рис. 3 б) залегает пролювиальный светло-серый гравийно-галечник с песчаным заполнителем (слой 1, видимая мощность более 1.4 м). Он нарушен разнонаправленно падающими взбросами F1 и F2, трещиной F3. Светло-серый массивный гравийно-галечник с песчаным заполнителем (слой 2, мощность 0.9 м) – коллювиальный клин палеоземлетрясения 1. При палеоземлетрясении 2 слой 2 был смещен по сбросу F4. Одновременно был подновлен разлом F1, в слои 1 и 2 внедрена дайка (3) серых массивных среднезернистых песков. Взбросы F1 и F4, трещина F3, слой 2 и дайка срезаются отложениями коллювиального клина. В его основании находятся коричневые слабогумусированные мелкозернистые пески мощностью около 10 см (слой 4). Калиброванный ¹⁴С возраст образца песков составил 1420–1060 (IGAN 7794; вероятность 0.919) лет назад. Выше залегает светло-серый массивный гравийно-галечник с песчаным заполнителем мощностью до 1.5 м, в котором присутствуют щебни и валуны (слой 5). При палеоземлетрясении 3 слои 2–5 были смещены по взбросу F5 и одновременно произошло излияние светло-коричневых массивных среднезернистых песков с редкими включениями гравия (слой 6; мощность более 0.7 м). Этому сейсмическому событию также соответствует коллювиальный клин (слой 7) – палевые крупнозернистые пески с включениями более крупных обломков вплоть до мелких валунов (мощность 0.7 м). При палеоземлетрясении 4 подновился взброс F5. Соответствующий коллювиальный клин сложен темно-коричневыми слабогумусированными мелкозернистыми песками с включениями гравия (слой 8, мощность до 0.25 м). Калиброванный ¹⁴С возраст образца песков составил 1420–1240 (IGAN 7641; вероятность 0.911) лет назад. Разрез завершает современная почва (слой 9, мощность до 0.25 м).

Таким образом, в разрезе траншеи Бугузун 1 установлены следы четырех палеоземлетрясений. Амплитуды сейсмогенных смещений по разломам F1, F4 и F5 при палеоземлетрясениях 1–3, судя по мощности соответствующих коллювиальных клиньев (слои 2, 5 и 7), а также излившихся песков (слой 6), составили не менее 1 м. Следовательно, Mw этих палеоземлетрясений достигали 6.7–6.9, а интенсивности – VIII–IX баллов. Согласно полученным радиоуглеродным возрастам, последние три палеоземлетрясения произошли не древнее 1.4 тыс. лет назад. В то же время величина правосдвигового смещения русла временного водотока в 21 м, зафиксированная в центральной части системы поверхностных разрывов, говорит о том, что одно из этих достаточно молодых палеособытий имело существенно большую магнитуду – не менее 7.6, даже если такое смещение было результатом двух сближенных палеоземлетрясений. Следы сейсмических событий с такими магнитудами уже фиксировались нами при тренчинговых исследованиях в КЗР [2–4].

В 360 м перед фронтом разломного уступа нами впервые обнаружены две поминально-ритуальные древнетюркские оградки (памятник Бугузун XVII). Эти сооружения из плоских широких каменных плит, установленных на торец, имеют размеры 2 × 2 м и ориентированы своими незначительно заглубленными стенками по сторонам света. Плиты южной оградки наклонены от своего первоначального вертикального положения от 35° до 70°, северной – от 15° до 75°. Одна из северных плит этой оградки развернута вокруг вертикальной оси на 20°.

Такие разнонаправленные наклоны и локальные развороты каменных плит древнетюркских оградок вполне могли возникнуть при мерзлотных явлениях. Однако каких-либо ландшафтных признаков проявления мерзлотных процессов – полигональные грунты и бугры пучения – в районе памятника не обнаружены. Напротив, расположение оградок в непосредственной близости от разломного уступа убеждает нас в сейсмогенной природе наложенных деформаций. Находки предметов вооружения (железный черешковый наконечник стрелы) и декора одежды или упряжи (бронзовая бляшка – лунница) позволяют сделать вывод, что оградки относятся к рубежу I–II тыс. н.э. Это определяет максимальный нижний возрастной предел палеоземлетрясения, в результате которого изменилось положение каменных плит. Он хорошо согласуется с возрастами палеоземлетрясений, оцененными при радиоуглеродном датировании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований установлено, что Кокоринская впадина с юга и севера ограничена активно растущими морфоструктурами и активными разломами. Структура зоны Кубадринского разлома, ограничивающего впадину с севера, определяется падающими на север взбросами и оперяющими их взбросами с южным падением. Смещения по двум системам взбросов приводят к надвиганию хребта на отложения впадины и росту форберга перед его фронтом. Впервые вдоль Кубадринского разлома, на протяжении 22 км, закартированы первичные палеосейсмодислокации. Морфоструктурные исследования показали, что как для самой зоны разломов, так и для системы поверхностных разрывов характерны вертикальная и правосдвиговая компоненты смещений. Траншейные исследования на восточном фланге зоны поверхностных разрывов позволили обосновать ее формирование в результате четырех палеоземлетрясений. Mw первых трех из них оценены в 6.7–6.9. Значительные величины сдвиговых смещений в центральной части системы поверхностных разрывов указывают на то, что магнитуды палеособытий могли быть существенно выше – не менее 7.6. Эта величина определяет сейсмический потенциал Кубадринского разлома. Результаты радиоуглеродного датирования и археосейсмологических исследований согласованно указывают на то, что последние три палеоземлетрясения произошли не древнее 1400 лет назад.