Оценка сейсмической опасности Северо-Западного и Центрального Кавказа в детальном масштабе на базе нового методического подхода

(Грант РФФИ 18-00-00247 КОМФИ в рамках комплексного проекта 18-00-00344 (K), рук. Е.А. Рогожин).

В ходе реализации проекта нами получен большой объем данных, позволивших по-новому подойти к оценке сейсмической опасности Северо-Западного и Центрального Кавказа — наиболее уязвимой в сейсмическом отношении части территории России.

Для решения этой актуальной и интересной задачи обоснована методология детального сейсмического районирования (ДСР) рассматриваемого региона, построен набор карт ДСР, применяемых при оценке сейсмической опасности для строительных объектов разного уровня ответственности. В методическом отношении эти карты важны тем, что при их составлении учтены результаты изучения следов древних землетрясений (палеосейсмодислокаций), а с научно-практической точки зрения принципиально повышение точности оценки сейсмической опасности по сравнению с результатами работ предшественников.

С целью уточнения и дополнения существующих представлений о локализации эпицентров современных и древних землетрясений, их глубинах и магнитудах составлен новый сводный сейсмологический каталог, который использован для выделения зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ), связанных с активными разломами. В ряде случаев разными методами (включающими радиоуглеродное датирование палеопочв, археологические и дендрохронологические исследования) определено время формирования структур (рвов, уступов, оползней), возникших в результате сильных землетрясений. Наиболее значимы датировки дислокаций на полуострове Абрау в районе посёлка Большой Утриш, поскольку этот участок традиционно рассматривается как один из ключевых объектов в исследованиях сейсмической опасности Западного Кавказа. Участниками проекта установлено, что последнее катастрофическое землетрясение в зоне Утришского разлома произошло в XII-XIII веках, магнитуда составляла 6,9.

На основе комплексного применения геоморфологических методов выявлены находящие отражение в рельефе новейшие (сформировавшиеся приблизительно за последние 10 млн. лет) дислокации, установлена их продольная и поперечная зональность, унаследованная преимущественно от древних этапов геологического развития. Оконтурены области новейших поднятий и впадин, выделены зоны трещиноватости, ограничивающие разновысотные блоки, оценены амплитуды вертикальных новейших движений, установлена их высокая степень взаимосвязи с сейсмичностью. Эта информация отражена на составленных нами картах неотектоники. Путем компьютерной обработки измеренных в полевых условиях элементов залегания трещин реконструированы ориентировки сжимающих и растягивающих новейших напряжений, показана согласованность этих направлений с данными автоматизированного анализа цифровых моделей рельефа. Кроме того, установлены численные корреляции между рядом характеризующих современную сейсмичность параметров (плотностями эпицентров землетрясений и активных разломов, скоростями современных вертикальных движений) и характеристиками рельефа — значениями высотных отметок, крутизны склонов, вертикальной расчлененности, плотности линеаментов. Показано, что максимальное число эпицентров землетрясений приурочено к областям, отличающихся широким развитием линейно вытянутых форм рельефа. Полученные данные позволили на количественном уровне показать высокую степень взаимосвязи сейсмичности и рельефа, оценить влияние сейсмотектонических процессов на облик последнего.

Для понимания основных особенностей новейшего структурообразования разработана серия трехмерных компьютерных геодинамических моделей. Наиболее информативными параметрами, рассчитанными в результате моделирования, являются относительные амплитуды перемещений по заданной сетке активных разломов и области возможного формирования новых разрывов малой протяженности. Расположение этих участков хорошо согласуется с характером распределения эпицентров землетрясений по площади, а также коррелирует со скоростями современных вертикальных движений, высотами рельефа и плотностью линеаментов.

Одна из основных задач проведенных исследований заключалась в выделении главных сейсмогенерирующих структур Северо-Западного и Центрального Кавказа. Она решена благодаря использованию комплексного подхода, предполагавшего анализ и обобщение геолого-геоморфологической информации, полученной участниками проекта и другими исследователями независимыми геологическими и геоморфологическими методами. В качестве основных признаков сейсмогенерирующих структур рассмотрены приуроченность к ним эпицентров современных землетрясений и дислокаций, образовавшихся в результате сейсмических событий геологического прошлого, а также отражение этих разломов, блоков, флексурных зон в рельефе.

Составленные нами схемы активных разрывных, блоковых и складчатых структур (рис. 1) служили основой для построения сейсмотектонических моделей изучаемого региона, а результаты сейсмологических исследований востребованы для оценки максимально возможной магнитуды землетрясений (сейсмического потенциала). Эта оценка выполнена тремя взаимодополняющими методами — традиционным, формализованным и палеосейсмогеологическим. При использовании традиционного метода основные сейсмогенерирующие структуры приняты в качестве осевых элементов зон ВОЗ, а ширина каждой зоны соответствует размерам очага максимального ожидаемого землетрясения. Формализованный подход предполагает кластерный анализ комплекса геолого-геофизических и сеймологических данных. Полевые палеосейсмологические наблюдения подтвердили достоверность оценки сейсмического потенциала традиционным и формализованным методами и позволили сделать вывод о том, что на территории Северо-Западного и Центрального Кавказа возможны сильные землетрясения с магнитудами 7-7,2.

Рассмотрение разработанных участниками на вероятностной основе карт ДСР показало, что Северо-Западный и Центральный сегменты Большого Кавказа являются сейсмоопасной областью, где уровень сейсмических воздействий достигает 8,5 баллов (рис. 2). Эта оценка сейсмической опасности территории значительно ниже по сравнению с данными, приведенными на картах общего сейсмического районирования 1997 года. Полученный результат имеет большое научное и прикладное значение, поскольку в настоящее время происходит активное хозяйственное освоение Кавказа, в том числе строительство и эксплуатация трубопроводных систем высокого давления.

Рис. 1. Сейсмотектоническая схема Центрального и Северо-Западного Кавказа: M_s – магнитуды эпицентров землетрясений, произошедших за последние 200 лет, 1-3 – активные разломы: 1 – сбросы, 2 – взбросы, 3 – сдвиги; 4 – флексурно-разрывные зоны; 5 – разломы, выделенные по косвенным признакам дистанционными методами; 6 – траншеи, в которых изучены следы древних землетрясений (палеосейсмодислокации); 7 – сейсмогенные оползни и обвалы; 8 – контуры очагов древних землетрясений

Рис. 2. Карта ДСР-В Северо-Западного Кавказа, составленная с учетом анализа следов древних землетрясений, с 5%-ной вероятностью превышения в течение 50 лет