Исследования Российско-Азербайджанского сектора Большого Кавказа

В соответствии с поставленными целями, при помощи методов и подходов, соответствующих современному мировому уровню исследований, авторами отчета было проведено сейсмологическое, сейсмотектоническое и геолого-геофизическое изучение ряда сильных землетрясений, произошедших на центральном и восточном сегментах южного склона Большого Кавказа, зафиксированных в конце 20-ого и начале 21-ого веков. За время проекта был проведен комплексный анализ сейсмологических проявлений, на основе которого произведено обобщение и интерпретация сейсмолого-геодинамической ситуации приграничного региона России и Азербайджана в начале 21-го века.

Для успешной реализации проекта авторами был применен широкий комплекс методов, охватывающего все основные современные направления, используемые при разработке геодинамических моделей и в оценке сейсмической опасности. В геолого-геоморфологическом направлении, помимо обычно применяемых для решения геодинамических задач методов (историко-структурный анализ, структурно-формационный анализ, сопоставление проявлений сейсмичности с геолого-геофизическими данными о глубинном строении земной коры и др.), основное место занимают методы палеосейсмологии и неотектоники (структурной геоморфологии). Палеосейсмологические исследования, использовавшиеся в рамках работ по проекту, позволлили получить данные о силе и возрасте сильных доисторических землетрясений. Методы неотектоники нацелены на оценку величины, пространственных параметров и возраста конкретных молодых (позднеплейстоцен-голоценовых) тектонических деформаций.

Программа сейсмотектонического изучения структуры очаговых зон сильных землетрясений Северной Евразии, проводимая в ИФЗ РАН на протяжении нескольких десятилетий, позволила установить, что очаги сильных землетрясений представляют собой устойчивые структуры в геологической среде на протяжении всего современного этапа тектонического развития того или иного региона. Это положение имеет фундаментальное значение в долговременном прогнозе сейсмических катастроф, так как выявление очагов сильных землетрясений будущего возможно по следам древних землетрясений. В пользу этого свидетельствует повсеместное обнаружение в очагах современных землетрясений следов прошлых сейсмических активизаций. Восстановление долговременного сейсмического режима очагов делает прогноз пространственно-временным.

За время проекта авторами отчета было проведено комплексное полевое изучение сейсмотектонических, геолого-геофизических, геодинамических и сейсмологических данных в различных областях. Так, были получены оригинальные результаты в слабосейсмичном районе сочленения Скифской плиты и Восточно-Европейской платформы в области Сальского землетрясения 22 мая 2001 г., М=4.7 . Очаг землетрясения по сейсмологическим и макросейсмическим данным ассоциирован с глубинным тектоническим строением региона, оцененным с помощью метода микросейсмического зондирования (ММЗ). Разрез ММЗ через область Сальского землетрясения был составлен по близмеридиональному профилю длиной около 65 км вкрест простирания зоны Манычского прогиба. Установлено, что гипоцентр Сальского землетрясения 2001 г. приурочен к зоне разлома, входящего в систему Манычских разломов, который выражается на разрезе в виде узкой субвертикальной полосы с пониженными скоростями сейсмических волн, трассирующейся от поверхности Земли до глубины более 40 км. Непосредственно в области землетрясения ниже глубины 10 км выделенная разломная зона имеет локальное расширение в месте перехода через плоскость контакта осадочного чехла с протерозойским фундаментом. Оценка положения гипоцентра и решение фокального механизма (пологий надвиг северного борта под углом 25-33 град.) хорошо коррелирует в этом месте с глубиной и наклоном поверхности протерозойского фундамента, элементы которого также прослеживаются на разрезе ММЗ.

По разработанному в последние годы методу выявления сейсмогенерирующих зон глубинных разломов по проявлениям слабой сейсмичности был установлен ряд поперечных разломов, простирающихся в диагональном направлении (ЮЗ-СВ). Они, как и другие, продольные относительно простирания горно-складчатого сооружения Большого Кавказа разломы, не проявляют на всем протяжении одинаковую сейсмическую активность. Сейсмоактивными являются лишь их отдельные сегменты небольшой длины. Поперечные разломы являются глубинными и пересекают земную кору на всю ее мощность. Получены оригинальные результаты комплексного полевого изучения сейсмотектонических, геолого-геофизических, геодинамических и сейсмологических данных в области Курчалойского землетрясения 2008 г. с М=5.6, на северном склоне Большого Кавказа, в восточной части Чеченской республики. Его очаг был приурочен к глубинному разлому северо-восточного простирания, ограничивающему горный выступ «Дагестанского клина» с северо-запада.

Проведенное полевое геолого-геоморфологическое изучение активных разломов земной коры Избербаш-Дербентской складчатой зоны в районе г. Дербент позволило получить интересные данные. Складчатая зона отличается высокой сейсмической активностью на инструментальном этапе наблюдений. Кроме того, для данного района имеются и отрывочные, слабо обоснованные сведения о сильных исторических землетрясениях в VII-X вв. В районе г. Дербент был выявлен активный Дербентский разлом, вытянутый вдоль подножия Джалганского хребта, где представлен выразительным литолого-тектоническим уступом высотой до 100 м.Установлены молодые смещения в зоне разлома, о чем свидетельствуют резкие изгибы долин временных водотоков вдоль подножия уступа на отрезках северо-западной ориентировки. Последняя подвижка по разрыву СЗ ориентировки привела к смещению северной оборонительной стены древнего Дербента. В результате этой подвижки была разорвана и смещена в горизонтальном направлении стена, сложенная характерной кладкой эпохи Сасанидов. Магнитуду события можно оценить величиной 6.8-6.9. По полученным результатам новейших исследований активных разломов Южного Дагестана в районе г. Дербент с использованием методов палео- и археосейсмологии была выявлена зона сейсмогенерирующего разлома – Дербентский сегмент региональной тектонической границы между горным сооружением Большого Кавказа и Предкавказским прогибом. Последняя сейсмотектоническая подвижка в результате сильного землетрясения по разлому привела к смещению раннесредневековой городской стены Дербента. Магнитуда этого события составила М ≈ 7 и, следовательно, сейсмическая интенсивность колебаний Io = IX баллов. Возраст сейсмического события, вероятнее всего, – Х в.

Результаты, полученные при сборе и анализе молодых отложений на низких террасах Каспия в районе Дербента не свидетельствуют о существенных изменениях уровня моря в позднем голоцене (последние 3000-4000 лет). Поэтому связь между сейсмическими активизациями и изменениями уровня моря за тот же период времени не выявлена.

Полученные результаты изучения очагов современных и исторических землетрясений позволили разработать новую геодинамическую модель восточного сектора Большого Кавказа. В отличие от общепринятой субдукционной модели, которая определяется пододвиганием Южно-Каспийской и Закавказской литосферных плит под восточный сектор Большого Кавказа и Апшеронско-Челекенский порог. Получены доказательства геодинамического развития региона по типу сложной разрывно-блоковой структуры. Этот результат соответствует мировому уровню исследований в области сейсмотектоники и современной геодинамики.

Важным преимуществом проекта является суммирование достижений ученых двух стран для разработки общей геодинамической модели восточного сегмента Большого Кавказа и юго-западной части Каспийского моря. Благодаря чему можно провести оценку сейсмической опасности с целью снижения экологического риска для всего Большого Кавказа в детальном масштабе. Со специалистами Республиканского Центра Сейсмологической Службы при НАН Азербайджана сотрудники ИФЗ РАН, включая руководителя данного Проекта, проводят совместные исследования в Кавказском регионе уже на протяжении нескольких десятилетий.

В ходе данного сотрудничества были изучены складчато-разломная структура юго-восточной части Большого Кавказа, распределение во времени и на площади фоновой сейсмичности, особенности вариаций параметра TAU (аналога отношения Vp/Vs), который использовался для построения глубинных моделей земной коры и прогнозирования сильных землетрясений. Все основные методические приемы для проведения исследований по предлагаемому Проекту согласованы и традиционно используются представителями обеих национальных групп. В последние годы для территории северо-восточного Азербайджана собран большой объем принципиально важных для понимания современной геодинамики региона данных. Это результаты GPS наблюдений, сейсмологические данные об очень слабых землетрясениях, материалы изучения глубинного строения, в особенности в акватории Каспийского моря. В то же время, на территории Азербайджана практически не проводятся палеосейсмологические траншейные и археосейсмологические работы. Использование методик, разработанных российскими исполнителями, открывает новые возможности для реконструкции долговременного сейсмического режима для всего Большого Кавказа в целом.

Для российской части Большого Кавказа при участии сотрудников ИФЗ РАН также собраны геодезические данные GPS, созданы новые каталоги землетрясений. Кроме того, практически для всех ее сегментов, кроме Дагестанского, проведены палеосейсмологические исследования. Построены карты детального сейсмического районирования.

Метод использования палеосейсмологических и археосейсмологических данных для реконструкции и анализа долговременного сейсмического режима территории исследований является принципиально новым и был разработан авторами отчета. Таким образом использование методов археосейсмологии и исторической сейсмологии является весьма актуальным. На Восточном Кавказе такие исследования проведены впервые.

Рис. 1. Вверху – план сохранившихся участков средневековой крепостной стены г. Дербент с положением Дербентского активного разлома и местом детального изучения смещённой стены (квадрат). Внизу – общая карта района г. Дербент с положением прослеженных Дербентского (Д) и Приморского (П) активных разломов.