Фундаментальные исследования

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

30.08.2020

(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).

В рамках работы по проекту опубликованы статьи:

  • M.C. Raghucharan, Surendra Nadh Somala, O. Erteleva, Eugeny Rogozhin. Site-specific Probabilistic Seismic Hazard and Risk for central Indo-Gangetic Plains, India
  • Е. А. Рогожин, Е. Ю. Соколова, S. N. Somala, Н. В. Андреева, M.C. Raghucharan. Глубинное строение и складчато-блоковая структура Гималаев Гарxвала (Индия): результаты комплексного геолого-геофизического изучения // Геотектоника, 2020, № 1, с. 87–96. DOI: 10.31857/S0016853X20010117
  • A. Rogozhina, E. Yu. Sokolovaa, S. N. Somalab, N. V. Andreevaa, and M. C. Raghucharanb. Deep Structure and Folded-Block Structure of the Garhwal Himalayas (India): Results of Integrated Geological and Geophysical Study // Geotectonics, 2020, Vol. 54, No. 1, pp. 75–82. DOI: 10.1134/S0016852120010112
  • Е.А. Рогожин, С.Н. Сомала, О.О. Эртелева, Ф.Ф. Аптикаев, С. Чанда. Сейсмическая опасность района Гархвал, Гималаи // Геофизические процессы и биосфера. 2020. T. 19, № 2. С. 5–15. https://doi.org/10.21455/GPB2020.4-1
  • O. Erteleva, F. F. Aptikaev, S. N. Somala, J. R. Kayal & M. C. Raghucharan. Acceleration Attenuation Regularities in the Western Himalayas // Seismic Instruments, 2020, Vol. 56, No. 1, pp. 72–81. DOI: 10.3103/S0747923920010065
  • О.О. Эртелева, Ф.Ф. Аптикаев, С.Н. Сомала, Дж.Р. Кайал, М.Ч. Рагхучаран.  Закономерности затхания ускорений в Западных Гималаях // Вопросы инженерной сейсмологии. 2019. Т. 46, № 2. С. 74–86. https://doi.org/10.21455/VIS2019.2-7
  • M.C.Raghucharan, Surendra Nadh Somala, Svetlana Rodina. Seismic attenuation model using artificial neur al networks // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 126 (2019) 105828 0267-7261. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2019.105828
  • E.A. Rogozhin, V.K. Milyukov, A.P. Mironov, A.V. Gorbatikov, A.N. Ovsyuchenko, S.N. Somala. Characteristics of Modern Horizontal Movements in Central Sector of Greater Caucasus According to GPS Observations // Advances in Engineering Research, volume 182.

Публикации со ссылками на проект РФФИ, но не в соавторстве с зарубежным партнером:

  • Tatevossian R. E., Rogozhin E. A., Sysolin A. I., Kalinina A. V., Ammosov S. M.. Scarps Generated by Erosion and Sedimentation. // Seismic Instruments, 2019, Vol. 55, No. 2, pp. 172–184. DOI: 10.3103/S0747923919020117
  • Татевосян Р.Э., Рогожин Е.А., Сысолин А.И., Калинина А.В., Аммосов С.М. Уступы, вызванные процессами эрозии и осадконакопления. // Вопросы инженерной сейсмологии, 2018, 45 - 2, 5-20
  • А. Г. Шемпелев, В. Б. Заалишвили, Х. О. Чотчаев, С. П. Шамановская, Е. А. Рогожин. Тектоническая раздробленность и геодинамический режим вулканов Эльбрус и Казбек (Центральный Кавказ, Россия): результаты глубинных геофизических исследований // Геотектоника, 2020, № 5, с. 55–69. DOI: 10.31857/S0016853X20050082

Выступления на конференциях:

  • EGU General Assembly 2018. Устный доклад.
  • XXI Научно-практическая Щукинская конференция с международным участием. г. Москва, 1 - 4 октября 2018 г. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • Международный научно-технический форум "Армия-2019". Устный доклад.
  • XVII Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» ВНИИ ГО ЧС МЧС России. 2019 г. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • 30 years after the Spitak earthquake: experience and perspectives. International Conference 03-07 December 2018 Yerevan, Armenia. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • Геохронология четвертичного периода: инструментальные методы датирования новейших отложений: Всероссийская научная конференция (с международным участием), посвященная 90-летию со дня рождения Л.Д. Сулержицкого. – М., 2019. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • LI (51-го) Тектоническое совещание "Проблемы тектоники континентов и океанов" М.: 2019. Два устных доклада. Рогожин Е.А.
  • XXIII международная научно-практическая конференция «Предупреждение чрезвычайных ситуаций: опыт, реалии, перспективы». 6 июня 2019 г. г. Москва. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • РИФТОГЕНЕЗ, ОРОГЕНЕЗ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ» IV Всероссийский симпозиум с участием иностранных ученых, посвященный 90-летию со дня рождения академика Н.А. Логачева. 14-15 октября 2019 г. Иркутск. Устный доклад, Родина С.Н.
  • VII Международная конференция "ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГОРНЫХ РЕГИОНАХ: МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ, ТЕХНОЛОГИИ" Республика Северная Осетия–Алания, г. Владикавказ, 30 сентября-2 октября 2019 года. Устный доклад, Родина С.Н.
  • ГОРШКОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ», ПОСВЯЩЕННАЯ 110-Й ГОДОВЩИНЕ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Г.П. ГОРШКОВА (1909-1984). Москва. 26-28 сентября 2019 года. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • International Conference “Seismicity and seismotectonics of the Northern Europe”, 2019 July 3-10.2019. Trondheim, Norway. Норвежский университет науки и технологий, Trondheim, Norway. Устный доклад. Рогожин Е.А.
  • First Eurasian Conference "Innovations in minimization of natural and technological risks" Wednesday, 22 May 2019 - Friday, 24 May 2019. Баку. Стендовый доклад. Рогожин Е.А.
  • Труды XXIII МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ: ОПЫТ, РЕАЛИИ, ПЕРСПЕКТИВЫ». 6 июня 2019 г. г. Москва. Устный доклад Е.А. Рогожин
  • XI Всероссийское совещание по изучению четвертичного периода. Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. 21-25 сентября 2020 г. Краснодар. Заявлен устный доклад. Рогожин Е.А.
  • LII (52-ое) ТЕКТОНИЧЕСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕКТОНИКИ И ГЕОДИНАМИКИ. 28 ЯНВАРЯ – 1 ФЕВРАЛЯ 2020 Г. УСТНЫЙ ДОКЛАД. ОВСЮЧЕНКО А.Н.
  • Устный доклад на XXII Всероссийской с международным участием Научно-практической
  • Щукинской конференции 22-25 сентября 2020 г. в Воронежском государственном университете. Е.А. Рогожин