Коллизионная тектоника и сейсмичность в Альпийско-Гималайском поясе: сравнительное изучение Большого Кавказа (Россия) и Гималаев (Индия)

(18-55-45010 ИНД_а, рук. Е.А. Рогожин)

В последние годы для решения проблем оценки сейсмической опасности успешно применяется комплексный геолого-геофизический, сейсмотектонический и сейсмологический подход. В рамках данного проекта такой подход впервые был применен авторами для подвижных систем Альпийско-Гималайского пояса.

Решение для ряда важнейших фундаментальных и прикладных проблем исполнителями проекта было представлено на примере двух регионов: горного сооружения Большого Кавказа России и Гималаев в Индии.  Эти горно-складчатые системы различаются стилем современной геодинамики, но относятся к одному и тому же типу тектонической классификации – альпийским складчатым областям коллизионной природы. Обе подвижные системы весьма сейсмоопасны, они генерируют сильные и сильнейшие землетрясения. Большой Кавказ в последние годы ХХ века и начале XXI-го породил такие сильные землетрясения, как Рачинское 1991 г., Барисахское 1992 г., два Бакинских 2000 г., Онийское 2009 г. и ряд других. В Гималаях в тот же период произошли сильные землетрясения Уттаркаши, 1991 г., Чамоли, 1999 г., Бихар-Непальское 1988 г., Сикким-Гималайское 2011 г. и, наконец, Непальское 2015 г.

Изучение особенностей глубинного и приповерхностного складчато-блокового строения этих систем комплексом геолого-геофизических и геодезических методов позволило понять различия в их коллизионном процессе горо- и структурообразования. Так, Гималаи Гархвала имеют взбросо-надвиговую структуру и постепенное уменьшение скоростей горизонтальных движений в сторону Тибета, а Большой Кавказ - блоково-складчатую структуру с приподнятым блоком Главного хребта и неравномерным сокращением горизонтальных движений в северном направлении. Детальные сведения о глубинном и поверхностном строении сейсмогенерирующих зон, а также особенностях современной геодинамики могут пролить свет на коренные причины сейсмогенеза и современного орогенеза на разных сегментах Альпийско-Гималайского подвижного пояса.

В Индии одним из самых сейсмоактивных является Район Гархвал. На его территории в прошлом не раз происходили разрушительные землетрясения. Высока сейсмическая активность Гархвала и в настоящее время. Выполненное комплексное полевое геолого-геофизическое профилирование с применением методов магнитотеллурических и магнито-вариационных зондирований позволило составить обоснованную геодинамическую модель пояса Низких Гималаев Гархвала. Отмечено последовательное уменьшение современных скоростей поперечного сжатия по мере приближения к максимальным топографическим высотам геолого-геофизического профиля, заданного вкрест Гималаев Гархвала по данным GPS наблюдений. Разработанная складчато-блоковая модель хорошо увязывается с геодинамическими и сейсмологическими данными. Она применима и для других складчатых подвижных систем - Большого Кавказа, Предкавказья. При этом структурные особенности региона позволяют выявить основные сейсмогенерирующие структуры и оценить опасность их активизации в недалеком будущем.

Район отличается высокой плотностью населения. Защита населения и снижение материального ущерба от возможных сильных сейсмических событий – актуальная задача при выборе путей развития рассматриваемого региона. Решение ее требует, прежде всего, применение при строительстве различных антисейсмических мероприятий, выбор которых определяется характеристиками сейсмических воздействий. Оценка сейсмической опасности и сейсмических воздействий населенных пунктов района Гархвал являлась одной из целей работы, для достижения которой были использованы новые данные, полученные на предыдущих этапах исследования рассматриваемого района Западных Гималаев:

1) результаты проведенных геолого-геофизических, структурно-геологических исследований позволили выявить основные сейсмогенерирующие структуры и их характеристики;

2) проведен анализ данных по сильным движениям грунта, полученных на исследуемой территории в эпицентральных областях землетрясений Дхарамсала (26.04.1986, MW = 5.5), Уттаркаши (20.10.1991, MW = 6.8) и Чамоли (28.03.1999, MW = 6.5); исследованы закономерности затухания ускорений района Гархвал.

В ходе работ по проекту были оценены максимально возможные магнитуды, глубины и механизмы очагов землетрясений, и с учетом новых геолого-геофизических результатов была предложена региональная модель зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ). На основании проведенных сейсмологических и сейсмотектонических исследований оценены значения параметров колебаний грунта при максимально возможных землетрясениях – пиковые ускорения, спектры и продолжительности колебаний, а также величина сейсмического эффекта в баллах шкалы сейсмической интенсивности для некоторых городов района Гархвал.

Также в рамках проекта был изучен Центральный сектор Большого Кавказа: проведен комплексный анализ инструментальных данных методами обменных волн землетрясений (МОВЗ), микросейсмического зондирования (ММЗ), магнитотеллурического зондирования (МТЗ), гравимагнитометрической съемки в комплексе с полученными данными обработки космических снимков по параметру удельной длины линеаментов тектонической раздробленности для разных глубин срезов литосферы для установления индикаторов геодинамической обстановки взаимодействия Скифской плиты и коллажа южных плит, определения типа и кинематики мегантиклинория Большого Кавказа и природы возникновения вулканов Северного Кавказа. Проведены лабораторные определения радиоуглеродного датирования вулканических комплексов. Отсутствие признаков соответствия Главного надвига зоне Беньофа, и, напротив, его подобие листрическим разломам и мелкофокусность вулканических очагов более соответствуют геодинамической обстановке коллизии, чем субдукции. Глубинное строение центральной части Большого Кавказа наподобие структуры Гималаев Гхарвала характеризуются пологонадвиговой кинематикой взаимодействия с консолидированной корой южных микроплит ‒ террейнов, обрамляющих с севера Аравийскую плиту.

Проявление слабой сейсмичности в последние годы, когда в этом районе была создана современная сеть сейсмического мониторинга СОФ ГС РАН, указывает на миграцию в пространстве слабых очагов, особенно вдоль Кармадонской, западной Владикавказской и Сунженской зон, окружая с юга, запада и востока наиболее опасную Владикавказскую зону ВОЗ.

Выполнение совместного анализа индийских и российских сейсмологических и геолого-геофизических данных о строении земной коры в западной части Гималаев (Гархвал) и Большого Кавказа дало значительные новые результаты. Таким образом, российскими и индийскими исполнителями выполнены оценки сейсмических воздействий для инженерных расчетов сейсмостойкости сооружений в терминах сейсмических ускорений на территории обширного региона Гархвал Индии. Кроме того, Совместный анализ возможных экологических последствий возникновения сильных землетрясений в выявленных потенциальных сейсмических очагах с учетом размещения инфраструктуры транспортировки и переработки нефти на СЗ Кавказе и высотной плотины Тери в Гималаях (крупный гидроузел на реке Бхагиратхи на севере Индии) позволил применить последние разработки российской группы (СП 286.1325800.2016 «Объекты строительные повышенной ответственности. Правила детального сейсмического районирования»; СП 408.1325800.2018 «Детальное сейсмическое районирование и сейсмомикрорайонирование для территориального планирования») к строительным объектам высокой ответственности на территории Индии. По результатам палеосейсмологических исследований и датировки палеопочв проведено выполнение в обеих горно-складчатых системах в позднем плейстоцене и голоцене восстановление параметров долгосрочного сейсмического режима.

Разработанные методы и подходы позволят проводить оценку сейсмической опасности в детальном масштабе для строительных объектов повышенной ответственности на территории Гималаев Индии и российской части Северного Кавказа и Предкавказья.

Рис. 1. Структурно-геоморфологический и геофизический профили, совмещенные с продольными и поперечными проекциями горизонтальных скоростей смещений пунктов и станций Осетинской геодезической сети относительно неподвижной Евразии на профиль с азимутом 15.88° 1 – основные разломы; 2 – позднеплиоцен-эоплейстоценовый геоморфологический уровень; 3 – проекция контуров поля сгущения гипоцентров афтершоков Рачинского и Джавского землетрясений на геолого-геофизический профиль; 4 – скорости современных смещений. Аббревиатуры – пункты и станции Осетинской геодезической сети.

Рис. 2. Центральный фрагмент геоэлектрического разреза по линии Рурки‒Ганготри в соответствии с приведенной цветовой шкалой удельного электрического сопротивления в lg Ом⸱м) (Соколова и др, 2016), совмещенный с геологическим разрезом для зон Малых Гималаев и Cивалика. На разрез сопротивлений из полосы 70 км вокруг профиля спроецированы гипоцентры землетрясений mb>3 (по данным http://geohazards.cr.usgs.gov/) (серые звездочки), локальная сейсмичность (Great EQs, 1987; Khattri K.N., 1992; Wason H.R, 1999) (черные звездочки), наиболее крупное местное землетрясение последних десятилетий – Уттаркаши, mb = 6.8, 1991 г. (большая звезда).

Над частями разреза помещены соответствующие оценки скоростей (мм/г.) современных горизонтальных движений, полученных методом GPS измерений (Yadav R., Tiwari V.M., 2018).

Показаны зоны разломов: Главного Центрального Надвига (ГЦН), Южно-Алморского Надвига (ЮАН), Главного Граничного (ГГН), Фронтального Надвига Гималаев (ГФН). Приведен возраст основных стратиграфических комплексов и положение моласс формации Сивалик (Si).