ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 6, с. 116-138
УДК 550.311
КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ В СОЧИ-КРАСНОПОЛЯНСКОМ РАЙОНЕ
© 2013 г. А. Н. Овсюченко1, А. В. Хилько2, С. В. Шварев1, К. А. Костенко2, А. В. Мараханов1, Е. А. Рогожин1, С. С. Новиков1, А. С. Ларьков1
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2ОАО "ФУНДАМЕНТПРОЕКТ", г. Москва Поступила в редакцию 02.08.2011 г.
Комплексные исследования, включавшие геолого-геоморфологические и геофизические работы, позволили существенно уточнить местоположение основных сейсмогенерирующих структур Сочинского региона. Исследования проводились в 2007—2009 гг. между Адлером и Красной Поляной и были нацелены на выявление и детальное изучение всех активных разломов этого района. В результате выяснилось, что в целях оценки сейсмической опасности основной интерес представляют Монастырский и Краснополянский разломы. В зонах этих разломов были выявлены и изучены выразительные деформации молодых отложений и форм рельефа, а также тяготеющие к ним сейсмо-гравитационные образования.
Б01: 10.7868/80002333713060112
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы Сочи—Краснополянский район, в связи с предпринятым здесь масштабным строительством, оказался предметом пристального внимания со многих сторон, в том числе и с позиций оценки возможного негативного воздействия многочисленных опасных природных процессов. В этом отношении, одним из наиболее актуальных направлений является оценка сейсмической опасности. Согласно действующей Карте общего сейсмического районирования Российской Федерации (ОСР-97) территория города Сочи расположена в зоне потенциальных восьми-девятибалльных сейсмических воздействий, с прогнозной максимальной магнитудой местных и удаленных землетрясений М = 6.5—7.0 [Уломов, 1999]. Более детальная оценка сейсмической опасности подразумевает уточнение результатов ОСР. Такие исследования применительно к рассматриваемому району, в частности, проводятся в Институте Геоэкологии РАН [Несмеянов и др., 2009]. Они основаны на сопоставлении неотектонических дислокаций с глубинным строением и сейсмологическими материалами, что позволяет в общих чертах наметить главные сейсмогенерирующие структуры.
Одними из важнейших составляющих в детальных исследованиях сейсмической опасности являются: определение точного местоположения сейсмогенерирующих структур, их сейсмического потенциала, долговременного сейсмического режима, пространственных характеристик, а также места в геологическом строении региона. Ста-
тья посвящена новым результатам, полученным в этом направлении, связанным с изучением активных разломов. При этом был использован комплексный подход сочетающий несколько геолого-геофизических методов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Под активными понимаются тектонические разломы, демонстрирующие смещения на протяжении позднего плейстоцена—голоцена, т.е. последних 100—130 тыс. лет [Трифонов и др., 1993]. Это определение подразумевает установление активности разломов по деформациям отложений и форм рельефа соответствующего возраста. В качестве основных методов при этом используются: структурно-геоморфологический анализ материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ); маршрутное прослеживание деформаций и их детальное изучение в траншеях и других горных выработках (тренчинг) с параллельным применением различных геофизических методов. Детальное изучение активных разломов в траншеях подразумевает дробное выделение слоев вскрытого разреза молодых отложений и прослеживание их границ в пространстве, что позволяет выявить разрывные смещения, определить их морфологические параметры, величину и, после датирования маркирующих слоев, скорость деформации и повторяемость одноактных смещений. Эти параметры используются для восстановления магни-туды палеоземлетрясения на основе глобальных статистических обобщений соотношения разме-
ров очаговых зон землетрясений с магнитудой и кинематикой подвижек по сейсмогенным разломам [Wells, Coppersmith, 1994; и др.].
В процессе полевых исследований ставилась задача выявления всех известных разновидностей палеосейсмодислокаций. Среди них выделяется два основных типа: первичные (или сейсмотектонические, отражающие выход очага землетрясения на поверхность) и вторичные, представляющих собой следствие сейсмических сотрясений [Солоненко, 1973]. К вторичным нарушениям в первую очередь относятся оползни, обвалы, каменные лавины, катастрофические сели и структуры разжижения грунта — нептунические дайки и грифоны.
Рассматриваемый район имеет свою специфику. Для него характерен ярко выраженный гумид-ный климат и соответствующие ему густые леса. При этом основными факторами, определяющими региональные особенности экзоморфогенеза, являются: повышенное количество осадков при значительной амплитуде рельефа и податливости к денудации преимущественно терригенно-карбо-натных отложений. Это способствует очень сильной расчлененности рельефа, и в результате, — высокой интенсивности эрозионных, склоновых и селевых процессов. Все эти факторы, на фоне продолжающегося активного поднятия территории, обусловливают высокую скорость денудации, которая, с одной стороны определяет часто небольшую (в среднем 0.5 м) мощность крайне подвижного склонового чехла и препятствуют долговременному сохранению первичных и сей-смовибрационных нарушений, а с другой способствует широкому развитию обвально-осыпных, оползневых и селевых форм рельефа, напрямую не связанных с землетрясениями. С этими же особенностями связано и крайне ограниченное развитие аккумулятивных речных террас. В то же время, для изучения активных разломов наиболее предпочтительными формами рельефа являются выдержанные поверхности аккумуляции рыхлых позднеплейстоцен—голоценовых отложений, маркирующих собой опорные уровни, используемые для возрастной привязки деформаций [Mc-Calpin, 1996]. Эти условия сильно ограничивают возможности применения тренчинга. В связи с этим при изучении активных разломов, помимо тренчинга, были привлечены дополнительные методы — анализ гравитационных нарушений рельефа и геофизические исследования.
Одновременное катастрофическое развитие оползней, обвалов и т.п. на значительной площади является характерной чертой эпицентральных зон сильных землетрясений. Яркий пример тому являет собой эпицентральная зона Рача—Джав-ского землетрясения с М = 6.9—7.2 и интенсивно-
стью в эпицентре 10 = 8—9 баллов, случившегося в 1991 г. в Грузии и Южной Осетии на южном склоне Кавказа, т.е. в сходных с Сочи-Краснополян-ским районом условиях. При высокой магнитуде и малой глубине очага (6-14 км) землетрясение не сопровождалось явным выходом на поверхность сейсморазрыва, замаскированного в результате вторичных гравитационно-сейсмотектонических процессов [Рогожин и др., 1993]. Это отчасти объясняется пологим погружением плоскости смещения в очаге в северо-северо-восточ-ном направлении под углом 32°, т.е. надвиговым механизмом смещения. При этом оно спровоцировало активизацию катастрофических склоновых процессов на большой территории. Возникли грандиозные оползни, обвалы, каменные и снежные лавины (рис. 1). Для них, как и других сей-смогенных образований, наиболее характерны следующие признаки: 1) формирование в прочных массивах, для которых оползнеобразование не типично, т.е. в отсутствии других реальных факторов, способных вызвать смещение; 2) необычно большой захват склона в глубину; 3) аномально большие горизонтальные смещения оползневых и обвальных тел относительно зон отрыва; 4) наложенный характер поверхностей отрыва; 5) продолжение последних за водоразделы; 6) формирование оползневых ниш, седлающих водораздельные гребни, а также ниш шарнирного типа; 7) тесная пространственная связь с сейсмогенерирующим разломом [Федоренко, 1988]. Иными словами сей-смогенные оползни и обвалы перемещаются на гораздо большее расстояние, имеют иную динамику, размеры, а часто и направление смещения, чем обычные склоновые образования. Описанные признаки были использованы для выявления древних сейсмогравитационных образований в Сочи-Краснополянском районе.
Поскольку обследование зон активных тектонических нарушений должно было носить достаточно детальный характер, в качестве геофизических методов исследования было решено использовать сочетание газово-эманационного (222Ип, Тп(220Кп), С02, СН4) профилирования и непрерывного сейсмического профилирования методом многократных перекрытий (ММП) на поперечных SH волнах.
Газово-эманационная съемка для картирования тектонических нарушений активно и успешно применялась в СССР в 70-80-е годы прошлого века, однако в последние два десятилетия интенсивность подобного рода работ сократилась до критического, для существования данного метода, количества. Результаты классических исследований в области эманационной съемки (работы А.Г. Граммакова, Ю.П. Булашевича, И.М. Хайковича и др.) позволяют при мощности покровных отложе-
Рис. 1. Крупнейшие гравитационные сейсмодислокации Рача-Джавского землетрясения 1991 г. на территории Южной Осетии: (а) — зона отрыва и нижняя часть каменной лавины в нижнем течении р. Хахетисцкали. Фото 2009 г.; (б) — крупный сейсмогенный оползень, перегородивший долину р. Паца при землетрясении 1991 г. Фото 2009 г. Оползень полностью перегородил долину, где в течение около 10 лет существовало постепенно деградировавшее озеро, ныне превратившееся в аллювиальную подпруду.
ний до 8-ми метров связать радоновые аномалии в приповерхностном слое с разрывными нарушениями, объясняя это несколько большим, чем в ненарушенных породах, коэффициентом эманиро-
вания и диффузии газа в породах разлома. Наличие аномалий концентрации метан-углекислых газов связывается с увеличением трещиноватости пород в областях тектонических дислокаций. Ме-
ханизм образования тороновых аномалий не описывается классической теорией, так как за счет малого периода полураспада (54.5 сек), газ при наилучших коэффициентах диффузии не может удалиться от источника образования более чем на 0.1 м. Для объяснения существования тороновых аномалий (при одинаковых концентрациях тория в породах) некоторые исследователи (
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.