научная статья по теме СЕЙСМОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ СЕЛЕВОГО ПРОЦЕССА В НИЗКОГОРЬЕ (НА ПРИМЕРЕ О. САХАЛИН) Геология

Текст научной статьи на тему «СЕЙСМОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ СЕЛЕВОГО ПРОЦЕССА В НИЗКОГОРЬЕ (НА ПРИМЕРЕ О. САХАЛИН)»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 1, с. 75-81

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

УДК 551311.8:627.141.1:624.131.544

СЕЙСМОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ СЕЛЕВОГО ПРОЦЕССА В НИЗКОГОРЬЕ (НА ПРИМЕРЕ О. САХАЛИН)

© 2007 г. Н. А. Казаков

Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН, лаборатория лавинных и селевых процессов Поступила в редакцию 12.09.2005 г.

Рассматриваются условия формирования сейсмогенных селевых потоков и механизм взаимодействия между селевыми и сейсмическими процессами.

ВВЕДЕНИЕ

При оценке вторичных эффектов землетрясений, расчете селевых рисков для населения, объектов и сооружений и разработке мероприятий по их защите в сейсмичных районах необходимо учитывать вероятность формирования сейсмогенных селей.

Особую значимость проблема определения степени воздействия сейсмических процессов на динамику селевых процессов приобретает на территориях низкогорья в густозаселенных районах с мус-сонным климатом, где селевые процессы имеют ряд специфических особенностей, способных значительно усугубить последствия землетрясения.

Так, вследствие большой глубины расчленения рельефа на Южном Сахалине (до 400-700 м при абсолютных отметках водоразделов 500800 м) селевые русла имеют большие уклоны (более 25°) и малую длину (100-3000 м), что обусловливает высокие скорости селевых потоков и малое время добегания первой селевой волны до зоны аккумуляции селевых отложений. В результате селевые потоки в низкогорье Южного Сахалина отличаются большей внезапностью, чем в других горных регионах России и Средней Азии, где объемы селевых потоков и площади селевых бассейнов на порядок превосходят размеры селевых потоков и селевых бассейнов Сахалина. При этом объемы селевых потоков могут превышать 300000 м3.

Так, в 2003-2005 гг. на юго-восточном Сахалине на горах Макарова, Клокова и в хр. Жданко нами обнаружены отложения грязекаменных потоков возрастом от 20 до 250 лет, объемы которых достигали 350-400000 м3 (рисунок).

Кроме того, совершенно не исследованным остается вопрос о возможности формирования селевых потоков при слабых землетрясениях.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Описываемая в литературе вероятность образования сейсмогенных селей связывается с землетрясениями высокой балльности [1, 13, 16, 17, 21]. Представления о механизме образования сейсмогенных селей базируются, как правило, на представлениях о подобии механизма формирования сейсмогенных селей и сейсмогенных оползней [16, 21].

Такое сопоставление не вполне корректно, поскольку оползень далеко не всегда трансформируется в селевой поток, а для перехода в результате землетрясения в движение потенциального селевого массива накопления, сложенного крупнообломочным материалом и залегающего при уклонах менее 30°, требуется достаточно редкое совпадение целого ряда факторов.

Несмотря на то, что в настоящей работе не рассматриваются условия формирования сейсмогенных оползней, следует отметить, что и для активизации оползней при динамическом воздействии [2] требуется сочетание ряда условий (состав и степень увлажненности пород), и землетрясения не часто становятся причиной формирования оползней.

Мы полагаем, что при оценке влияния сейсмических процессов на селевые комплексы следует учитывать влияние сейсмичности на весь комплекс экзогенных процессов, формирующих природные селевые комплексы и регулирующих динамику селевых процессов.

В низкогорье селевые процессы имеют свои особенности, среди которых можно отметить следующие (на примере о. Сахалин):

• условия селеобразования в первую очередь определяются геологическими (состав пород, слагающих горные массивы, в которых формируются селевые бассейны), литологическими (состав пород, слагающих потенциальные селевые массивы) и геоморфологическими (морфометри-

Южный Сахалин, хребет Жданко. Селевые бассейны.

ческие характеристики селевых очагов и селевых бассейнов) факторами селеобразования (доминирующие факторы); гидрометеорологические факторы играют подчиненную роль (подчиненные факторы; сейсмические и другие факторы являются дополнительными факторами, способными привести к активизации селевого процесса лишь при определенных условиях, обусловленных сочетанием доминирующих и подчиненных факторов;

• поскольку в наиболее крупных селевых бассейнах преобладают потенциальные селевые массивы накопления, частота формирования катастрофических селевых потоков зависит от скорости накопления продуктов выветривания в селевых очагах (т.е. от состава пород в очагах твердого питания селей); прямая зависимость между выпадением обильных осадков и формированием селевых потоков большого объема на Сахалине не отмечается [6, 8, 9].

ПУТИ РЕШЕНИЯ

В рассуждениях о возможном механизме активизации селевых процессов при флуктуациях сейсмического фона, мы исходим из того, что селевой комплекс может быть описан как триггерная геосистема [4-6, 8], в которой переход системы из неравновесной фазы в динамическую под воздей-

ствием внешних факторов обуславливается процессами, происходящими внутри самой системы.

С этой точки зрения, ведущую роль в селевом процессе играют физические процессы, происходящие в литологической компоненте комплекса (потенциальном селевом массиве), что позволяет выделить доминирующие группы факторов селеобразования: геологические, литологические и геоморфологические. Как метеорологические, так и сейсмические факторы селеобразования в большинстве случаев лишь включают триггер-ный механизм селевого процесса.

Решение. Механизм активизации селевых процессов (сдвигового и транспортно-сдвигового) при флуктуациях сейсмического фона может быть описан в рамках представлений о потенциальном селевом массиве как о диссипативной системе [10, 12], в которой происходит непрерывный процесс самоорганизации упорядоченных структур [4-6, 8, 23].

Обязательные условия включения триггерно-го механизма селеобразования: достижение потенциальным селевым массивом стадии самоорганизации пространственно-неоднородной структуры, а также степень его увлажнения.

Важным условием представляется возникновение упорядоченной структуры потенциального селевого массива, в которой выделяется система элементарных ячеек, представленных квазивер-

тикальными кластерами элементов минерального скелета (частиц крупно обломочного материала) и поровым пространством. Такую систему правомочно рассматривать как упорядоченную.

При этом потенциальный селевой массив правомерно рассматривать как систему, реагирующую на внешнее воздействие как единое целое [4-6].

Упорядоченностью системы обеспечивается ее устойчивость по отношению к внешнему воздействию и, соответственно, устойчивость потенциального селевого массива в селевом очаге.

Вместе с тем, такая система должна обладать своей частотой автоколебаний и при воздействии на резонансных частотах может разрушаться -даже при относительно слабом внешнем воздействии [3].

Второй важнейший фактор, определяющий устойчивость потенциального селевого массива к внешним воздействиям - увлажненность пород. Влияние увлажненности пород потенциального селевого массива на его устойчивость двойственно: повышение степени увлажненности рыхлооб-ломочных пород, с одной стороны, приводит к уменьшению степени устойчивости массива на склоне, но с другой стороны, ведет к увеличению связности пород в массиве за счет увеличения сил сцепления между частицами вследствие возникновения водяной пленки на поверхности минеральных агрегатов [18].

Разрушение системы должно происходить при разрушении связей между ее элементами: обломками горных пород, формирующих потенциальный селевой массив.

При этом должно происходить высвобождение энергии связи между минеральными частицами потенциального селевого массива вследствие их разрушения и высвобождения связанной воды.

Мы полагаем, что разрушение связей между элементами системы возможно из-за возникновения резонансного усиления автоколебаний потенциального селевого массива при флуктуациях сейсмического фона территории [8].

Для определения условий, при которых возможно возникновение резонансных колебаний [15] в системе осцилляторов потенциальный селевой массив - подстилающая поверхность, необходимо определить вероятный спектр частот автоколебаний для потенциального селевого массива, испытывающего продольные и поперечные колебания с максимальными амплитудами.

По предварительным оценкам, в характерном для юго-восточного побережья о. Сахалина селевом бассейне, выполненном в толще алевролитов с уклонами днища 25°-35°, спектры частот автоколебаний потенциального селевого массива могут принимать значения в диапазоне 0.05-2.0 Гц.

Приведенные значения характерны для потенциального селевого массива толщиной 50-100 см и площадью 2.5-3.5 тыс. м2.

На одной из стадий этого процесса может происходить самоорганизация временной периодической структуры потенциального селевого массива, возникающей в результате нелинейных автоколебаний пласта.

Эта структура может быть представлена системой стоячих поперечных волн, узлы и пучности которых могут занимать в селевом очаге определенное положение, и системой продольных волн, распространяющихся в потенциальном селевом массиве как волна сжатия и приводящих к неравномерному распределению плотности вдоль массива. При этом дилатансия на участках перегибов тальвега селевого очага может приводить к разрушению связности потенциального селевого массива и способствовать его вовлечению в селевой процесс.

Частотный спектр автоколебаний потенциального селевого массива может лежать в интервале от 0.02 Гц до первых Гц и зависит как от размеров пласта в пределах селевого очага, так и от стадии самоорганизации пространственно-неоднородной структуры потенциального селевого массива (т.е. от ее типа) [4-6].

Резонансное усиление амплитуды автоколебаний потенциального селевого массива способно привести к его разрушению в зонах концентрации изгибных напряжений и, как следствие, к возникновению оползня-потока, трансформирующегося затем в селевой поток.

При землетрясении формируются два основных типа сейсмических волн - продольные и поперечные [20, 22]. Механизмы их

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.

Показать целиком