ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2011, № 2, с. 141-156
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 550.341.2 (470)
СЕЙСМИЧНОСТЬ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ РУССКОЙ ПЛИТЫ И ЕЕ ГЛЯЦИОИЗОСТАТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА
© 2011 г. С.А. Несмеянов*, А.И. Лутиков**, О.А. Воейкова*, Г.Ю. Донцова**
*Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., д. 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия; E-mail: direct@geoenv.ru **Учреждение Российской академии наук Геофизическая служба РАН, пр. Ленина, 189, Обнинск, Калужская область, 249035 Россия
Поступила в редакцию 5.10.2009 г.
Сопоставление сейсмологических материалов с трассой фронта последнего материкового оледенения показало, что все выявленные собственно тектонические землетрясения располагаются исключительно на территории распространения довольно мощного покрова этого оледенения. Мощность данного ледника на расстоянии примерно 50-100 км от его фронта могла достигать 1 км, а амплитуда гляциоизостатических прогибаний и последующих воздыманий — до 0.3 км. Эти движения, реализовывавшиеся за 20 тыс. лет, по суммарной амплитуде соизмеримы с амплитудами вертикальных неотектонических движений, которые осуществлялись на протяжении 3537 млн. лет и были в среднем на три порядка величин интенсивнее неотектонических. При таких амплитудах и скоростях вертикальных гляциоизостатических движений вполне вероятно недавнее (в том числе голоценовое) "оживление" погребенных разрывных зон с блоковыми движениями кристаллического фундамента амплитудой в десятки метров. Данное обстоятельство объясняет локализацию современной сейсмичности, опасной для строительства, в пределах области распространения последнего ледникового щита.
Последовательное снижение скоростей гляциоизостатических движений после отступания последнего оледенения, очевидно, сопровождалось снижением общего уровня сейсмической активности. На этом фоне для исторического периода отмечены пульсации сейсмической активности, последняя фаза активизации которой приходится на конец XX - начало XXI в. Общий тренд снижения сейсмотектонической активности в голоцене не позволяет использовать параметры раннеголоце-новых и более древних сейсмодислокаций для характеристики современной сейсмичности.
Ключевые слова: гляциоизостатические движения, ледниковый покров, сейсмичность, тектонические землетрясения, нетектонические землетрясения, магнитуда, каталог землетрясений, исторические землетрясения.
Изучение местной сейсмичности в пределах древней Восточно-Европейской платформы, особенно ее Русской плиты, представляет не только теоретический интерес, но имеет важнейшее практическое значение для строительного проектирования.
Общеизвестно, что сейсмичность Фенноскан-динавского щита часто связывается с его гля-циоизостатическим воздыманием. Не исключено поэтому, что такова же природа местной сейсмичности на части Русской плиты. Однако важно определить, в какой именно части плиты сейсмичность может иметь гляциоизостатическую природу. С другой стороны, характер и уровень
местной сейсмичности в пределах разных частей Русской плиты требует специального изучения. При этом на первый план выступают, по крайней мере, две проблемы: 1) сепарация собственно тектонических землетрясений, в том числе и связанных с гляциоизостазией, имеющихся в современных каталогах, и 2) анализ исторических землетрясений и палеосейсмодислокаций, позволяющий дополнить каталоги с инструментально зафиксированными землетрясениями.
В качестве опорного объекта рассмотрена краевая северо-западная часть Русской плиты, охватывающая Калининградскую область и прилегающие к ней территории Литвы и Польши. Здесь
мощность платформенного чехла достигает 1.52 км, и активные разломы не выходят на земную поверхность. Сейсмичность на этой территории неглубокая и связана с верхними горизонтами кристаллического фундамента. Поэтому в качестве рабочей гипотезы принята связь тектонических землетрясений с гляциоизостатическим обновлением разрывов в верхах этого фундамента.
НЕКОТОРЫЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Гляциоизостатические движения изучены в настоящее время достаточно обстоятельно. Однако из-за расхождения в количественных оценках конкретные расчеты делаются с существенной долей неопределенности [1, 13, 20 и др.]. Не вдаваясь в детали, можно принять следующие положения.
1. Гляциоизостатические движения зависят от мощности льда и существенно различны в центральной и краевой частях ледникового щита.
2. Гляциоизостатические движения проявляются на весьма значительном расстоянии за пределами ледникового щита. Считается, что горизонтальный переток масс на глубине приводил к появлению по периферии ледникового щита пояса опусканий, а за ним широкого вала компенсационных поднятий. Эти гляциоизостатические формы рельефа перемещались перед наступающим и вслед за отступающим ледником.
3. Из-за блоковости литосферы средний размер участка, который реагирует на гляционагруз-ки, имеет поперечник порядка 100-200 км (т.е. п х 102 км). При этом считается, что мощность ледника на расстоянии 50-100 км от его края достигает 1 км [9]. По Е.В. Артюшкову [1, с. 30], гляциоизо-статические поднятия мозаичны и существенно неоднородны на малых (около 100 км) расстояниях. Поднятие происходит как за счет плавно изменяющихся в пространстве деформаций земной коры, так и за счет смещений отдельных блоков. Активизация разрывов приводит к резким скачкам смещения коры в протяженных линейных зонах. Часто общее развитие поднятия в основном определяется именно блоковыми движениями.
4. У ледникового покрова поперечником в п х 102 км восстановление изостатического равновесия занимает время порядка п х 103 лет, а при протяженности более п х 103 км - около п х 104 лет.
5. Время запаздывания компенсационных поднятий обычно составляет 1-1.5 тыс. лет [1]. Это соответствует времени перемещения края ледника на расстояние порядка 150-250 км. За такой
срок на месте края поздневалдайского ледника при его отступании окажется зона опускания, а на месте зоны опускания - приосевая часть компенсационного поднятия.
6. Гляциоизостатические движения неравномерны. Существует несколько схем их изменения. Обычно считается, что сначала (первые 1.5-2 тыс. лет) их скорость в центре ледника высока (десятки см/год), а затем (последующие 5-6 тыс. лет) снижается до первых см/год. Соответственно распределяются и амплитуды поэтапных вертикальных перемещений земной поверхности. Очевидно, на краю ледника скорости будут на 1-2 порядка величин ниже.
7. Принимая, что среднее опускание земной поверхности под ледником составляет 2/7 Млед, можно допустить, что Млед. = Н + 2/7 Млед., т.е. Млед = 1.4 Н. (Млед - мощность льда, Н - высота поверхности ледника над уровнем моря).
8. Поскольку вертикальные движения в литосфере обусловлены латеральным перемещением вещества, существует определенная инерция компенсационных перемещений. Поэтому движения продолжаются и после полного исчезновения ледника. Учитывая, что в центральной части Фен-носкандии существуют отрицательные изостати-ческие аномалии интенсивностью около 40 мгл (миллигал), будущее ее воздымание оценивается в 150-300 м [1, с. 21, 71]. По периферии ледниковых щитов допускаются также значительные горизонтальные напряжения в земной коре.
9. Поскольку компенсационные тектонические движения, связанные с последним крупным оледенением, продолжаются до настоящего времени, в пределах первоначального распространения этого щита возможны тектонические движения и сейсмические толчки, обусловленные гляциоизо-стазией.
МАТЕРИАЛЫ ПО ГЛЯЦИОИЗОСТАЗИИ РАССМАТРИВАЕМОГО РАЙОНА
По характеру гляциоизостатических воздействий принципиально важно разделить две территории: а) общую площадь четвертичных ледниковых щитов Русской равнины и б) территорию последнего поздневалдайского оледенения.
Рассматриваемый район целиком расположен в пределах площади четвертичных оледенений. При этом, по крайней мере, четыре ледниковых щита (Донского, Окского, Вологодского или Калужского и Московского оледенений) имели в нем многокилометровые мощности [1, 2, 4, 5, 19, 21 и др.]. На этой территории происходила "рас-
Таблица 1. Каталог тектонических землетрясений юго-восточной Балтики за исторический период (1300-1950 гг.)
№ Дата, год, Время Координаты к, км М Примечания
п/п мес., день час, мин. Ф° с.ш. Х° в.д.
1 1302 (1303) авг. 15 10 30 ±2 ч 55.0±0.5 20.0±1.0 (15) 10-20 (4.5) ±0.5 VI-VII ±0.5 Три толчка, оценены по силе максимального
2 1302 (1303) авг. 15 10 30 ±2 ч 55.0±0.5 20.0±1.0 (15) 10-20 (4.3) ±0.5 (У-У) ±0.5 (Афтершок?) вероятна миграция эпицентра
3 1302 (1303) авг. 15 10 30 ±2 ч 55.0±0.5 20.0±1.0 (15) 10-20 (3.8) ±0.5 (У-У1) ±1 (Афтершок?) вероятна миграция эпицентра
4 1302 (1303) дек. 1±30дн. 14 00 ±6 ч 55.3±0.3 21.0±0.5 (10) 5-20 (5.0) ±0.5 (VII) ±0.5 По волнам в Куршском заливе
5 (1328) 55.1±0.3 23.5±0.5 (10) 6-18 (5.0) ±0.5 (У^УП) ±0.5 Возможно оползень
6* 1437 18 мая 23 00 ±2 ч 57.6±0.5 19.5±0.5 (10) 3-15 (4.0) ±0.5 УП-УШ ±0.5 По признакам моретрясения
7 1572 янв 6 08 ± 1 ч 53.0±0.5 18.5±0.5 (8) 5-12 (4.0) ±0.5 (У) ±1
8 1616 июнь 30 6 30 ±1 ч 56.4±0.3 24.9±0.3 (6) 5-8 (4) ±0.5 У^УП ±0.5
9 1779 (март 4) 13 ±6 ч 54.0±0.5 16.3±0.5 (5) 2-10 (3.5) ±0.7 (У-У) ±0.5 По факту и величине цунами
10* 1785 окт. 31 02 ±3 ч 57.5±0.5 21.5±0.5 (8) 5-16 (3.5) ±0.5 (У-У) ±0.5
11 1799 авг. 7 5 30 ±2 ч 54.6±0.3 18.75±0.3 (10) 6-15 (4.3) ±0.5 (У^УП) ±0.5
12 1832 июль 15 03 00 ±1 ч 55.0±1.0 19.0±1.0 (5) 2-10 (3.0) ±0.7 (У) ±1 По факту и величине цунами
13 1845 июль 9 15 30 ±1 ч 56.5±1 20.0±1 (5) 2-10 (2.5) ±0.5 (ГУ-У) ±0.5 Волна цунами 1-1.5 м
14* 1857 май 18 10 ±30 мин 57.74 ±0.3 22.25±0.3 (10) 7-15 (4.0) ±0.5 У! ±0.5
15 1893±1 (авг.-сент.) 18 00 ±6 ч 56.6±1 20.0±1 (5) 2-10 (2.8) ±0.5 (У) ±0.5 Сотрясения в гавани Либавы
16 1896 20 сент. 14 00 ±30 мин 56.6±0.1 23.7±0.1 (3) 0-5 ¡У ±0.5 Обвальное или тектоническое землетрясение
17 1912 дек. 1 54.8±0.2 17.2±0.2 (5) 3-12 (2) ±0.5 ¡У (±0.5)
18 1912 авг. 4 11 45 ±15 мин 57.4±0.2 23.5±0.5 (5) 2-10 (2.5) ±0.7 аУ-У) ±1 Волны цун
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.