Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 511, № 1, стр. 65-70

Известно, что сейсмичность является отражением современных тектонических процессов в недрах Земли. Геологические проявления землетрясений на поверхности позволяют получить прямые данные о макросейсмическом эффекте в ближней зоне, пространственных параметрах сейсмического очага и истории таких событий в ближайшем прошлом [5]. Изучение каждого современного сильного землетрясения по соответствующей методике дает новые данные о закономерностях устройства очаговых зон и направленности современных геодинамических процессов в условиях конкретной сейсмотектонической структуры.

Хубсугульское землетрясение 12.01.2021 произошло на юго-западном фланге Байкальской рифтовой системы (БРС) и стало сильнейшим сейсмическим событием Прихубсугулья за инструментальный период наблюдений (рис. 1). Для БРС имеются хорошо проработанные геодинамические модели. Однако среди представительно изученных в сейсмотектоническом отношении сильных землетрясений БРС, для которых были детально изучены сейсмотектонические проявления на поверхности и составлены представления о тектоническом устройстве очага, можно отметить лишь Мондинское 1950 г. с М_s = = 7 [11] и Муйское 1957 г. с М_s = 7.6 [6]. Эти события вместе с Тас-Юряхским землетрясением 1967 г. (М_s = 7) стали сильнейшими в БРС за инструментальный период наблюдений. Таким образом, с точки зрения изученности сейсмотектонических условий возникновения сильных землетрясений БРС прямыми методами, имеется определенный “дефицит”.

Рис. 1.

Положение эпицентра Хубсугульского землетрясения 2021 г. (показан звездочкой) на карте сейсмичности Байкальской рифтовой системы и прилегающих территорий. Эпицентры землетрясений с 1900 г. по данным СКЗ ОСР-2012 (www.seismorus.ru) и ЕГС РАН (http://www.ceme.gsras.ru). Для сильнейших сейсмических событий приведены механизмы очагов по данным: [3, 13]. Механизм очага Хубсугульского землетрясения 2021 г. по данным [10]. 1 – Байкальская рифтовая система.

По данным Алтае-Саянского и Байкальского филиалов ЕГС РАН Хубсугульское землетрясение имело M_w = 6.7, M_L = 6.9, глубину очага порядка 8 км, расчетная интенсивность сотрясений в эпицентре составила I₀ = 9 баллов [2]. Полученные различными авторами решения фокального механизма отличаются слабо и свидетельствуют о преимущественно сбросовой кинематике смещения в очаге со сдвиговой компонентой [2, 8–10]. Такой механизм в целом типичен для БРС и отражает деформационный режим транстенсии (растяжение со сдвигом).

В тектоническом отношении очаг расположен в западном борту Хубсугульской рифтовой впадины. Впадина развивается в условиях растяжения и имеет структуру асимметричного полуграбена c крутым западным и пологим восточным бортом [4]. В строении впадины основную роль играют активные сбросы и сбросо-сдвиги субмеридиональной ориентировки, ограничивающие западный борт впадины. Сдвиговая компонента вдоль разломов северо-западного простирания имеет правостороннюю направленность и левостороннюю при северо-восточной ориентировке [1]. Эпицентр локализован в акватории оз. Хубсугул, что вызвало затруднения в привязке к конкретному разлому.

Первичное геологическое обследование эпицентральной области было выполнено через три дня после землетрясения специалистами института астрономии и геофизики Монгольской академии наук [8]. Тогда были выявлены только вторичные нарушения, представленные сейсмовибрационными трещинами и выбросами обводненного песка на равнине у оз. Хубсугул.

В августе 2022 г. нами было выполнено полевое сейсмотектоническое исследование очаговой зоны землетрясения. Землетрясение не привело к жертвам и разрушениям даже в эпицентральной зоне. Закартированные нарушения четко делятся на две группы: первичные, непосредственно отражающие выход очага землетрясения на поверхность в виде сейсмотектонического разрыва, и вторичные, представляющие собой результат сейсмических сотрясений (рис. 2).

Рис. 2.

Карта геологических эффектов Хубсугульского землетрясения в сопоставлении с сейсмологическими данными. 1 – сейморазрыв; 2 – тектонические уступы; 3 – обвалы; 4 – камнепады; 5 – сейсмовибрационные трещины; 6 – выбросы песка (разжижения); 7 – максимальная плотность афтершоков (35‒47 в пределах круга радиусом 0.02°) по данным: [2]; 8 – изосейста 8 баллов по шкале ESI-2007 (контур эпицентральной зоны); 9 – эпицентр землетрясения по данным: [2].

Распространение вторичных нарушений определяется геоморфологическими условиями и расстоянием до очага. Они представлены мелкими обвалами, осыпями, камнепадами, встряхнутыми склонами, сейсмогравитационными трещинами на бровках склонов водоразделов и уступов террас, сейсмовибрационными трещинами и выбросами обводненного песка на поверхности заболоченной аккумулятивной равнины у оз. Хубсугул (рис. 3, а, б). Для оценки интенсивности сотрясений по параметрам вторичных нарушений использована шкала ESI-2007 (Environmental Seismic Intensity), соответствующая традиционным шкалам типа MSK-64 и EMS-98 [12], тестированная нами на нескольких современных аналогах, в том числе и в эпицентральной зоне Тувинских землетрясений 2011‒2012 гг. [5]. По средним размерам сейсмовибрационных трещин (длина 25‒40 м при ширине до 30 см), величине отброшенных со склонов глыб (до 2.5 × 3 м на 25‒30 м), объему обвалов (20‒30 тыс. м³) получена интенсивность 8 баллов, которой соответствуют и параметры сейсмотектонических нарушений. По этим данным получены контуры эпицентральной зоны.

Рис. 3.

Фото вторичных и первичных эффектов Хубсугульского землетрясения: а – обвал; б – отброшенная глыба с ударной вмятиной; в, г – сейсмотектонические разрывы сдвиговой кинематики.

В месте сгущения вторичных нарушений был обнаружен выход очага землетрясения на поверхность – сейсмотектонический разрыв, представленный правосторонним сбросо-сдвигом со смещением до 20 см в вертикальной и столько же в горизонтальной плоскости (рис. 3, в, г). Разрыв смещает все формы рельефа на своем пути, кустарниково-моховой покров, камни, корни и стволы деревьев, по которым замерены амплитуды смещения. Разрыв имеет ССЗ- простирание (340°‒350°) и прослежен на расстояние около 250 м. Небольшая длина прослеженного разрыва, по всей видимости, обусловлена его слабой выразительностью и небольшим смещением.

Тектоническая природа разрыва подчеркивается приуроченностью к тектоническому уступу, сформированному предыдущими подвижками. Вкрест простирания уступа высотой около 1 м, обновленного при землетрясении 2021 г., была пройдена траншея, в которой выявлен сброс с падением под углом 50°‒70° в восточном направлении (рис. 4). На бровке уступа разрыв смещает современную земную поверхность и почву на 15‒20 см. В основании уступа вскрыты разрывы предыдущих землетрясений, которые последовательно захватывали в опускание все новые участки со стороны хребта. Таким образом, динамика разрывообразования во времени и пространстве свидетельствует об экспансии впадины в западном направлении с последовательным захватом и деструкцией прилегающего горного поднятия.

Рис. 4.

Сейсморазрыв Хубсугульского землетрясения, положение и документация траншеи. а – аэрофотоснимок с положением закартированного участка сейсморазрыва и траншеи. б – фотопанорама северной стенки и интерпретация разреза траншеи. 1 – трещиноватость в коренных породах; 2 – границы слоев; 3 – разрывы. Цифры в кружках: 1 – дёрн; 2 – торф; 3 – рыхлые, пылеватые суглинки с щебнем и дресвой (склоновые отложения), 3 а – то же, с глыбами (коллювий), 3 б – то же, плотные, комковатые, оглеенные; 4 – серо-зеленые супеси с редким щебнем и дресвой (тонкодисперсная кора выветривания); 5 – щебень, глыбы с супесчаным заполнителем (обломочная кора выветривания); 6 – ультраосновные, сильнотрещиноватые коренные породы, 6а – то же, выветрелые до глины. в – реконструкция последовательности подвижек. 1 – разрывы; 2 – положение опущенных фрагментов древней земной поверхности (цифрами указаны амплитуды смещений, см). Римскими цифрами пронумерована последовательность сейсмотектонических смещений.

Обновленный тектонический уступ входит в эшелонированную систему тектонических уступов, закартированных в подножии хребта на западном ограничении Хубсугульской впадины (см. рис. 2). Уступы имеют позднеголоценовый возраст, нарушают поверхности морен и речных террас в речных долинах, а между ними выражены цепочкой треугольных тектонических фасет.

По инструментальным данным эпицентр землетрясения зарегистрирован в 18‒19 км к юго-востоку от обнаруженного нами выхода очага на поверхность. Очагу соответствует область максимальной концентрации афтершоков [2]. Выход очага на поверхность соответствует линии с резкой сменой интерференционной картины по данным спутниковой радарной интерферометрии. Модель разрыва по этим данным представлена плоскостью с СЗ-простиранием (340°‒350°) и углом падения 45°‒54° в восточном направлении, т.е. в сторону гипоцентра, достигая глубины 18‒24 км [7–10]. Максимальная величина смещения (1.2 м) по результатам моделирования предполагается на глубине 7 км, а на поверхности зафиксировано опускание до 20 см [8, 10].

Данные моделирования и сейсмологических наблюдений хорошо согласуются с результатами полевых исследований. Выделенная нами область максимальных сотрясений соответствует области максимальной концентрации афтершоков по сейсмологическим данным и представляет собой проекцию верхней части очага на поверхность. Очаг погружается в юго-восточном направлении, т.е. в сторону инструментального эпицентра и осевой части Хубсугульской впадины, под углом 50°‒70° (см. рис. 2). Он имеет закономерную морфоструктурную позицию и приурочен к активному борту асимметричной Хубсугульской рифтовой впадины, который испытывает смещение в сторону прилегающего горного массива с последовательным захватом в опускание новых участков при каждом новом землетрясении.