Вулканология и сейсмология, 2020, № 3, стр. 74-80

ВВЕДЕНИЕ

Основное количество землетрясений приурочено к разломам, в том числе маркирующим границы литосферных блоков различного ранга [Сапрыгин, 2013; Шерман, 2016; Шерман, Злогодухова, 2011]. Локализация эпицентров близ разрывных нарушений и корреляция между интенсивностью землетрясений, протяженностью и мощностью зон динамического влияния последних установлены достаточно достоверно [Никонов, 2006; Шерман, Злогодухова, 2011]. Таким образом, очаги сильных землетрясений должны представлять собой устойчивые, на протяжении значимых по продолжительности отрезков времени, структуры. Их положение обусловлено определенным сочетанием геолого-геофизических условий.

Традиционно при оценке сейсмичности территорий основной акцент делается на анализ сведений о современных и недавних землетрясениях. Однако достоверные данные о сейсмических событиях исчерпываются временным интервалом в несколько десятилетий. Разломы, являющиеся основным структурным фактором контроля землетрясений, формируют блоковую тектонику региона и контролируют взаимодействие блоков, что в конечном итоге в значительной мере обусловливает их сейсмическую активность. Активные неотектонические разломы играют решающую роль в пространственном размещении землетрясений [Калинина и др., 2013]. Изучение разломной структуры с оценкой тектонической активности разрывов позволяет дать интегральную оценку сейсмичности территории и может быть полезным для цели прогноза землетрясений. Информация о напряженном состоянии земной коры будет способствовать развитию геодинамических концепций эволюции различных структурных элементов подвижных поясов. В прикладном аспекте это даст возможность усовершенствовать методику определения рисков, связанных с тектоническими движениями земной коры. В Кулу-Тенькинском районе располагаются два крупных горнодобывающих предприятия (Наталкинский и Павликовский ГМК), поэтому достоверная оценка сейсмической опасности здесь представляется крайне важной. Имеющиеся сведения о сейсмотектонике района нельзя считать исчерпывающими. Поэтому нами предлагается использовать для выделения активных неотектонических разломов материалы дистанционного зондирования (ДЗ).

ГЕОЛОГО-СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Кулу-Тенькинский район приурочен к границе Куларо-Нерского турбидитового террейна Яно-Колымского орогенного пояса с Вилигинским террейном задугового бассейна, входящим в состав Охотско-Корякского орогенного пояса [Геодинамика …, 2006]. В геологическом строении района принимают участие терригенные и вулканогенно-терригенные толщи перми, триаса и юры. Главными дизьюнктивными структурами являются Иньяли-Дебинский, Чай-Юрьинский, Тенькинский, Верхнекулинский и Челомджинский глубинные разломы северо-западного простирания (рис. 1). Они являются долгоживущими (начиная с палеозоя) [Имаева и др., 2017]. По морфологии и кинематике это сбросы, взбросы или их серии, с крутым падением плоскостей смещения на северо-восток; местами разрывы выполаживаются, переходя в надвиги. Протяженность разломов превышает 100 км, амплитуда горизонтального смещения составляет 5–15 км, вертикального – 0.5–1 км. Ширина зон разломов достигает 20 км, а ширина отдельных швов – 200–600 м. Глубинные разломы северо-восточной и субширотной ориентировки (Майско-Ульбейский, Хейджано-Мылгинский, Детринский, Омчанский, Хурэнский) связаны с формированием Охотско-Чукотского вулканогенного пояса. Это преимущественно сбросы и сдвиги; максимальный размах вертикальных движений по ним определяется глубиной контролируемых вулканоструктур – 1.5–2 км. По всей видимости, глубинные разломы различного простирания связаны с активными границами плит: северо-восточного – Евразийской и Тихоокеанской, северо-западного – Евразийской и Северо-Американской [Тимофеев и др., 2012].

Рис. 1.

Карта активных разломов Кулу-Тенькинского района по результатам дешифрирования МДЗ. 1–3 – террейны (1 – Вилигинский задугового бассейна, 2 – Куларо-Нерский пассивной континентальной окраины, 3 – Иньяли-Дебинский краевого морского бассейна); 4 – Охотско-Чукотский вулканогенный пояс; 5–6 ‒ региональные глубинные разломы: 5 – домезозойского заложения, 6 – мезозойского заложения; 7 – эпицентры землетрясений с К от 5 (а) до 14 и более (б); 8–11 – активные разломы: 8 – показанные на геологических картах и выраженные на цифровой модели SRTM уступами, 9 – выраженные на цифровой модели SRTM уступами, 10 – выраженные на космоснимках сбросовыми фасетами, 11 – выраженные Z-образными изгибами русел водотоков; 12 – Z-образные изгибы русел водотоков.

Сотрясаемость района работ в соответствии с картами ОСР-97-А (10%) – 7 баллов, в соответствии с ОСР-97-В (5%) – 8 баллов и ОСР-97-С (1%) – 9 баллов [Уломов, Шумилина, 1999]. За период инструментальных наблюдений (1924–2018 гг.) в районе пос. Омчак, на удалении 2–150 км, произошли 1172 местных землетрясений с энергетическими классами К = 5.3–14.3 (данные Геофизической службы РАН, www.ceme.gsras.ru). Самое сильное зафиксированное землетрясение с энергетическим классом К = 14.3 произошло 2 августа 2010 г. на границе с Якутией (Саха), в верховьях реки Кулу. По своему местоположению оно названо Верхнекулинским.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Повторяющиеся сейсмические события приурочены к определенным крупным активным разломам [Никонов, 2006; Шерман, 2016]. То есть, очаги сейсмичности, проявленные активными на всем протяжении позднего плейстоцена‒голоцена разломами, должны сохранять свое положение на протяжении следующих десятков и сотен лет. Выявление и изучение современных разломов является объектом сейсмотектонических исследований (далее СТИ). В настоящее время эти исследования, наряду с собственно сейсмологическими, выделены в отдельный вид работ в составе инженерно-геологических изысканий [Овсюченко, Рогожин, 2013]. Их целью является оценка опасности сейсмических явлений для проектируемых объектов строительства. Наиболее опасными из сейсмических явлений являются сейсмотектонические разрывы и медленные смещения по разломам. Потому основные задачи СТИ сводятся к выявлению активных разломов и построению сейсмотектонической модели и зон возможных очагов землетрясений на основе сейсмогеологических данных. Под активными (неотектоническими) подразумеваются разломы, смещающие либо деформирующие отложения позднеплейстоцен-голоценового (100–30 тыс. лет) возраста [Трифонов и др., 1993].

Материалы космических съемок поверхности Земли (фотографических, телевизионных, тепловых, лазерных, радиолокационных), традиционно объединяемые термином “дистанционное зондирование” длительное время успешно применяются для целей выделения активных разломов, которые находят отражение в современном рельефе, и детального сейсмического районирования. Это эффективный и производительный метод, позволяющий получить значительный объем информации без проведения полевых работ [Верещака и др., 1990]. Материалы ДЗ отражают участки повышенной трещиноватости, зоны разломов различных рангов и глубин заложения с соответствующими сейсмодислокациями, которые являются, либо могут являться местами возникновения сильных землетрясений [Овсюченко, 2010]. Использование признаков морфотектоники в результате анализа ДЗ делает возможным выделение по комплексу дешифрировочных признаков линеаментов, непосредственно являющихся активными разломами либо их отрезками, или структурных элементов рельефа, отражающих существование таких структур [Лунина, 2010].

Задачами проведенного нами анализа материалов ДЗ явились характеристика структурно-тектонической обстановки района, картирование активных тектонических нарушений и исследование их связи с сейсмичностью. Использовались материалы ДЗ двух видов. Первый – трехмерные цифровые модели рельефа SRTM, размещенные в открытом доступе на интернет-портале GeoMapApp (www.geomapapp.org). Второй вид использованных материалов ДЗ – космические снимки LANDSAT, находящиеся на интернет-портале Геологической службы США (www.glovis.usgs.gov). Снимки полихроматические, разрешением 450 м, в формате GeoTIFF. Растровые изображения импортировались в программы GTM Pro и AutoCAD, где они привязывались к координатной сетке.

При дешифрировании материалов ДЗ для выделения активных (неотектонических) разломом использовались критерии, разработанные С.Д. Шведовым [2009], с учетом классификации разломов, как факторов динамики рельефа [Верещака и др., 1990]: 1) уступы, отрезки долин прямолинейной формы, 2) сбросовые фасеты – склоны треугольной формы, 3) деформации (уступы) в голоценовых отложениях, 4) Z-образные изгибы русел водотоков III–IV порядков. Проявление разломов, выделенных ранее геолого-геофизическими методами, в деформациях молодых отложений и форм рельефа, позволяет предварительно наметить места реализации современных тектонических напряжений [Рогожин и др., 2013]. В соответствии с этим положением на первом этапе работы с “Геологической карты …” [1999] были перенесены показанные там разломы. Затем на трехмерных моделях рельефа SRTM трассировались отрезки данных разломов, выраженных в рельефе. Далее на изображениях SRTM дешифрировались прочие выраженные в рельефе линеаменты, прежде всего те, которые проявлены в аллювиальных отложениях долин. На космоснимках LANDSAT по Z-образным изгибам русел водотоков и сопровождающим их линеаментам дешифрировались новейшие сдвиги, а по линеаментам, сопровождаемым фасетами, – сбросы. Также по космоснимкам LANDSAT по возможности корректировалось плановое положение выделенных трехмерных моделях рельефа SRTM линеаментов. На полученную в результате карту активных неотектонических разломов были вынесены эпицентры землетрясений с К ≥ 5 [Алешина и др., 2015] и главные структурные швы – долгоживущие региональные разломы, выделенные по геолого-геофизическим данным.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Осевые части (швы) региональных глубинных разломов в рассматриваемом районе слабо проявлены новейшими дислокациями, однако контроль ими сейсмических очагов сомнений не вызывает. На удалении не более 25 км от глубинных разломов располагаются 88% землетрясений с K > 12 (см. рис. 1, рис. 2). Район наибольшего сгущения сети активных разломов охватывает верховья рек Омчак‒Кулу‒Интриган. Пространственно он совпадает с зонами концентрации эпицентров землетрясений, включая наиболее сильные из них (К ≥ 10). В тектоническом отношении район сгущения сети активных разломов соответствует участку сопряжения зон влияния Тенькинского, Верхне-Кулинского, Майско-Ульбейского и Челомджинского региональных разломов. В кинематическом отношении среди активных разломов близ эпицентров землетрясений преобладают субвертикальные смещения. Динамическое взаимодействие разломов контрастно проявлено различной ориентировкой новейших сдвигов (рис. 3). С учетом преимущественно северо-восточного простирания большинства новейших сбросов, создается впечатление существования здесь структуры “pull-apart” в начальной стадии формирования [Seminsky, 2012]. Активность в новейшее время проявляли Хатыннахский, Хурэнский и Омчанский глубинные разломы. Чай-Юрьинский и Тенькинский глубинные разломы на большем своем протяжении не проявляли существенной активности в новейшее время. Около 90% активных разломов, выраженных сбросовыми фасетами (имеющими, главным образом, сбросо-взбросовую кинематику), имеют СВ простирание, соответствующее СЗ ориентировке вектора регионального сжатия [Имаева и др., 2017]. Разломы, выраженные Z-образными изгибами русел (преимущественно сдвиговой кинематики), имеют северо-восточную и северо-западную ориентировку примерно в равной пропорции.

Рис. 2.

Активные разломы на трехмерной цифровой модели рельефа SRTM водораздела Кулу–Интриган (а), окрестностей рудника им. Матросова (б). 1 – разломы, показанные на геологических картах и выраженные на цифровой модели SRTM уступами; 2 – выраженные на цифровой модели SRTM уступами; 3 – выраженные Z-образными изгибами русел водотоков; 4 – Z-образные изгибы русел водотоков; 5 – выраженные на космоснимках сбросовыми фасетами; 6 – глубинные разломы; 7 – эпицентры землетрясений с К > 10.

Рис. 3.

Изображение на космоснимках LANDSAT активных разломов (показано пунктиром). а – сбросовой кинематики, выраженного сбросовыми фасетами (водораздел рек Кулу–Харан), б – сдвиговой кинематики, выраженного Z-образным изгибом русла водотока (верховья р. Детрин).

Наиболее сейсмически активные очаги с максимальными концентрациями эпицентров и значениями К соответствуют узлам сочленения активных разломов северо-восточного и северо-западного простирания. На удалении не более 25 км от таких узлов локализованы 63% землетрясений с K > 12. С ними совпадают также участки с наибольшей плотностью новейших разрывов. Наиболее ярким примером является участок в среднем и верхнем течениях р. Кулу. Известно, что очаги наиболее сильных землетрясений (K > 14) приурочены к местам пересечения глубинных разломов [Рогожин, 2000]. С полученными данными согласуются результаты тектонофизических исследований на месторождении Наталка [Кондратьев и др., 2018], которые показали существование двух векторов главных деформаций, соответствующих двум геодинамическим этапам – северо-восточному (ранний) и северо-западному (поздний). Все это отражает сложную геодинамическую обстановку в зоне взаимодействия литосферных плит. Межплитные границы на континентах представляют собой широкие (до сотен километров) тектонические зоны [Тимофеев и др., 2012]. При этом Кулу-Тенькинский район можно рассматривать как территорию взаимодействия зон динамического влияния разломов, разделяющих Евразиатскую, Северо-Американскую и Тихоокеанскую плиты.

Крупные золотодобывающие предприятия ‒ Наталкинский и Павликовский ГМК ‒ располагаются за пределами районов сейсмической активности, на расстоянии более 35 км от ближайшего высокосейсмичного очага. Сопоставление трехмерных моделей рельефа SRTM территорий, занимаемых горнорудными предприятиями и участков сгущения эпицентров землетрясений, в том числе наиболее сильных (К > 12) показывает принципиальное различие плотностей и пространственной ориентировки активных разломов (см. рис. 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты демонстрируют контроль размещения сейсмических очагов и парагенетически связанных с ними активных неотектонических разломов зонами пересечения региональных тектонических нарушений. Ранее исследователи [Гвишиани и др., 1986; Гельфанд и др., 1973; Соловьев и др., 2014] на примере Памира, Тянь-Шаня и Кавказа показали, что сильные землетрясения приурочены к пересечениям зон активных линеаментов, разделяющих однородные блоки земной коры. О.В. Новикова и А.В. Горшков [2018] выделили подобные зоны как самостоятельные локальные тектонически активные структуры – высокосейсмичные пересечения – с поперечником в первые десятки километров. Дальнейшее применение подобного подхода к изучению сейсмичности Северо-Востока Азии представляет несомненный интерес.