Галерея:

Формализованная оценка степени активности разломов

О разломах и их активности сказано и написано много и, тем не менее, эта тема не становится менее актуальной, так как тесно связана с проблемами сейсмобезопасности территорий. Интенсивно развивающееся в последние годы строительство трубопроводов и протяженных мостов, а также наши многолетние исследования активных тектонических нарушений и в целом разломно-блокового строения земной коры для плиоцен-четвертичного времени привели к мысли о необходимости создания простого формализованного подхода к оценке степени активности разломов.

Предыстория вопроса. То, что активные разломы надо классифицировать по степени активности обсуждалось и ранее. Так, А.В. Чипизубов [1991] предложил выделять активные разломы пяти классов, заложив в основу своей классификации возраст активизации. При этом многие прямые и косвенные признаки активности дизъюнктивов не нашли отражения в его работе. С.И. Шерман и В.А. Савитский [2004; 2005] ввели количественный и энергетический индексы сейсмичности, которые позволяют классифицировать разломы по двум показателям современной сейсмической активности. Несмотря на очевидные достоинства метода, предложенную методику сложно применять на платформенных практически ассейсмичных территориях, в пределах которых также существуют опасные разломы и могут развиваться деформации, способные приводить к аварийным ситуациям с тяжелыми экологическими и социально-экономическими последствиями [Кузьмин, Жуков, 2004]. Кроме того, она не учитывает возможность криповых смещений и использует в основе только инструментальные записи о сейсмичности, что для прогноза сильных землетрясений явно недостаточно. В работах [Рогожин, Овсюченко, 2001; Овсюченко, 2006] излагается схожий по сути с приведенным ниже подход, основанный на экспертных оценках активности разломов и использованный при строительстве нефтепровода на Северо-Западном Кавказе, но он ограничивается набором только геолого-геоморфологических параметров. Попытки найти аналогичные разработки в зарубежной литературе не увенчались успехом.
По нашему мнению целесообразно учитывать все имеющиеся сведения о разломах, поэтому мы и предложили новый формализованный подход к количественной оценке степени активности разломов на основе комплекса данных для выделения среди них потенциально опасных.

Методика и обоснование баллов для оценки степени активности разломов. Методика оценки степени активности разломов, их отдельных сегментов или систем основана на базе данных, которая состоит из двух главных разделов и заполняется в табличной форме в любой подходящей компьютерной программе (например, Microsoft Office Excel). Первый раздел включает общие сведения о разрывных нарушениях и их важнейших параметрах (табл. 1), второй – девять групп прямых и косвенных признаков, характеризующих активность разлома (табл. 2). Все группы признаков, за исключением метеорологической [Морозова, 2005], традиционно используются в практике исследований активной тектоники [Трифонов и др., 1993; Лунина, Гладков, 2004; 2007; 2008; Семинский и др., 2005; Рогожин и др., 2005; Рогожин, Овсюченко, 2001; Овсюченко, 2006; Геодинамическая экспертиза.., http://www.tehnoprogress.ru/geodinamic.html и др.], поэтому не требуют детального обоснования их важности для оценки степени активности разрывных нарушений.

Таблица 1. Структура первого раздела базы данных для формализованной оценки степени активности разлома

Таблица 2. Структура второго раздела базы данных для формализованной оценки степени активности разлома

За каждый признак, установленный в зоне разлома, статистически равной 10 % от его длины [Ружич, 1977; Шерман и др., 1985; Шерман, Савитский, 2005], в зависимости от значимости насчитываются баллы, выведенные эмпирическим путем при изучении эталонной площади, представляющей собой Баргузинскую впадину и ее горное обрамление (рис. 1). Данный объект являлся достаточно подходящим для подобной разработки, так как территория Прибаргузинья – сейсмически активная часть БРЗ, но согласно сейсмологическому каталогу Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН [http://seismo.crust.irk.ru], за инструментальный период там отсутствовали землетрясения с магнитудой более 5.5. Значимость признака и соответственно балл за него определялся индивидуально в сопоставлении с другими характеристиками разломов и изменялся от 1 до 7 (табл. 2). При этом бал за косвенный признак активности не мог быть выше 3. Далее обоснуем принятые нами баллы на основе существующих в природе связей и закономерностей.

1 балл присваивается за прямые и косвенные признаки, которые в принципе могут допускать только слабую активность разрывного нарушения в позднеплиоцен-четвертичное время, заведомо не представляющего никакой опасности для жизнедеятельности человека, или даже быть ошибочными. К таковым относятся: проявление разломов на топографических картах, космоснимках и 3-мерных моделях рельефа в виде линеаментов (геоморфологический признак); наличие трещин в средне-, мелко- и тонкозернистых отложениях и в отдельных обломках плиоцен-четвертичного возраста (структурно-геологический признак); наличие любой геофизической аномалии, кроме радоновой (геофизический признак); и скорость смещения по разлому до 1 мм/год, устанавливаемая любыми возможными геологическими и инструментальными методами и подходами (геолого-геодезический). Так, позднемезозойско-раннекайнозойские разломы, не испытывающие в настоящее время активности, могут быть отражены на космоснимках (например район Западного Забайкалья, который наиболее активно за последние 140 млн. лет развивался в нижнем мелу). Геоэлектрическая аномалия может быть вызвана обводненностью или графитизацией пород в зоне разлома и т.п. Наличие отдельных трещин в молодых осадках и скорость смещения по разлому до 1 мм/год свидетельствует об относительно низком уровне тектонических напряжений, реализующихся в зоне разлома.

2 балла присваивается за косвенные признаки, которые, как правило, однозначно свидетельствуют об активности разрывного нарушения, причем в большинстве случаев в современное время, и могут предполагать повышенный сейсмический потенциал разлома. Исключение по точному времени активизации составляют две характеристики, к которым относятся проявление разлома в рельефе на местности в виде расщелин, висячих долин, уступов, т.е. при наземном полевом диагностировании (геоморфологических признак) и наличие восходящих термальных источников (гидрологический признак). Остальные признаки – повышенное содержание радона в воде и/или почве (геофизический признак), неклиматические изменения уровня воды в скважинах или дебета источников, вариации химического состава в источниках (гидрологические признаки) и периодически возникающие линейно-облачные аномалии над разломом (метеорологический) – зачастую используются при сейсмическом мониторинге.

3 балла присваивается за прямые признаки, которые с учетом определения разного времени активизации по разлому (плиоцен-четвертичного или современного) и магнитуды возможного землетрясения, сопоставимы между собой. К таковым относятся: трещины, раскалывающие несколько галек и валунов (обломков) в одном направлении, штрихи и борозды на их плоскостях, следы скольжения и соударения на их поверхностях, которые образуются при быстрых импульсных смещениях (структурно-геологический признак); наличие приуроченной к зоне разлома палеосейсмодислокации длиной (L) до 10 км, которая указывает на вероятность возникновения землетрясения с М <= 6.5 согласно корреляционным зависимостям M(L) [Лунина, 2002] (палео-сейсмогеологический признак); наличие 1-3 землетрясений с М >= 3.3 в зоне разлома; встречаемость землетрясения в зоне разлома с М <= 4.5 (сейсмологические признаки); а также скорость смещения по разлому 2-5 мм/год (геолого-геодезический признак), указывающая на вероятность возникновения землетрясения с М <= 6 каждые 200 лет [Brady, 2002]. Таким образом, сейсмологические признаки точно указывают на современную активность дизъюнктива, остальные – на позднекайнозойскую с вероятной активностью в настоящее время. В связи с этим при балле 3 в одном случае предельно допустимая М=4.5, в другом – М=6.0-6.5. 3 балла считается также за косвенный инженерно-геологический признак, свидетельствующий о наличии крупных оползней и обвалов объемом не менее 15500 м3, приуроченных к зоне разлома. Это единственный из косвенных признаков, за который придается экспертная оценка 3, так как само по себе возникновение подобного явления на урбанизированных территориях может привести к ощутимому ущербу для людей.

5 баллов присваивается только за прямые признаки, которые, по сравнению с предыдущими, указывают на вероятность возникновения более сильного землетрясения в зоне изучаемого разлома. К ним относятся: наличие в плиоцен-четвертичных отложениях сейсмитов (сейсмогенных конволюций), зон трещиноватости, рассланцевания или дробления, кластических даек сейсмогенного происхождения, смещений с амплитудой 5 и более сантиметров (структурно-геологический признак); наличие приуроченной к зоне разлома палеосейсмодислокации протяженностью 11-50 км, которая указывает на вероятность возникновения землетрясения с М = 6.5-7.4 согласно корреляционным зависимостям M(L) [Лунина, 2002] (палеосейсмогеологический признак); наличие 4-5 землетрясений с М >= 3.3 в зоне разлома; встречаемость землетрясения в зоне разлома с М = 4.6-6.5 (сейсмологический признак); скорость смещения по разлому более 5 мм/год (геолого-геодезический). Как и в предыдущем случае, признаки, за которые присваивается 5 баллов, сопоставимы между собой.

7 баллов присваивается за три прямых признака, указывающих на вероятность генерирования разломом катастрофического землетрясения. Это наличие приуроченной к зоне разлома палеосейсмодислокации протяженностью более 50 км, которая могла сформироваться при сейсмическом событии с М > 7.4 согласно корреляционным зависимостям M(L) [Лунина, 2002] (палеосейсмогеологический признак); наличие более 5 землетрясений с М >= 3.3 в зоне разлома; и встречаемость землетрясения с М > 6.5 в зоне разлома (сейсмологические признаки).

После заполнения базы данных степень активности для каждого разрывного нарушения рассчитывается простым суммированием и записывается как общий балл активности разлома по имеющимся данным. В конце каталога (в отдельной колонке для каждого разлома) обязательно приводится источник получения информации.

Наполнение базы данных основывается как на собственных материалах, так и на литературных источниках. Естественно, чем больше необходимой информации будет заложено в каталог, тем достовернее будет оценка степени активности разломов. Следует подчеркнуть, что степень изученности дизъюнктивов здесь не учитывается, поскольку, работая в региональном масштабе, ее просто учесть невозможно, однако у составителя базы данных всегда есть возможность пополнять ее новыми материалами и соответственно уточнять оценки. Напротив, при детальных исследованиях на локальных участках можно получить равноценные сведения по всем или избранным (с учетом геодинамических особенностей района исследований) характеристикам. Таким образом, предложенная методика выгодно отличается от подобных тем, что учитывает большее количество признаков и имеет более гибкую экспертную шкалу баллов.

Апробирование методики оценки степени активности разломов для некоторых районов юга Восточной Сибири:

Рис. 1. Карты плиоцен-четвертичных разломов Баргузинской рифтовой впадины и ее горного обрамления, характеризующихся разной степенью активности.

Рис. 2. Карты плиоцен-четвертичных разломов Тункинской рифтовой впадины и ее горного обрамления, характеризующихся разной степенью активности. Указаны номера разломов, упомянутые в табл. 3.

Рис. 3. Карты плиоцен-четвертичных разломов северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны, характеризующихся разной степенью активности.

Таблица 3. Признаки активности для некоторых разломов Тункинской рифтовой впадины и ее горного обрамления

Примечание: в таблице в качестве примера приводится минимальная информация для каждого разлома, достаточная для демонстрации признаков, по которым проводилась оценка; сведения по геоморфологическим и структурно-геологическим признакам приведены по данным автора, по гидрогеологическим из работы [Пиннекер и др., 1968].