ГЕОМОРФОЛОГИЯ
< 4 октябрь-декабрь 2008
Научные сообщения
УДК 551.432:550.349.4(235.222)
© 2008 г. А.Р. АГАТОВА, Р.К. НЕПОП
НОВЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ПАЛЕОСЕЙСМИЧНОСТИ И СЕЙСМОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РЕЛЬЕФА ГОРНЫХ РАЙОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ СЕЙСМОГРАВИТАЦИОННЫХ ДИСЛОКАЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ)1
Введение
Палеосейсмогеологический метод разработан и активно применяется для решения таких задач, как оценка сейсмической опасности, установление периодичности сильных землетрясений, сейсмотектоническое районирование [1-3]. В основе этого метода лежит анализ сейсмодислокаций - поверхностных деформаций, сопровождающих сильнейшие землетрясения. Под сейсмодислокациями понимается комплекс выраженных в рельефе остаточных (тектонических и гравитационных) деформаций, образование которых невозможно объяснить никакими другими причинами кроме сейсмических. Масштаб и характер как древних, так и современных нарушений поверхности дают информацию о силе породивших их землетрясений. В соответствии с классификацией, предложенной В.П. Солоненко [2], сейсмодислокации подразделяются на сейсмотектонические (тектонические разрывы разных генетических типов, возникающие в очагах землетрясений и выходящие на земную поверхность), сейсмогравитаци-онные (сейсмообвалы, сейсмооползни и прочие смещения горных масс под влиянием силы тяжести в условиях достаточно высокой расчлененности рельефа) и гравитационно-сейсмотектонические (преимущественно движения по разломам, многократно усиленные гравитацией).
До настоящего времени основное внимание уделялось анализу сейсмотектонических дислокаций, в результате которого были установлены эмпирические соотношения, связывающие различные физические параметры разрывных нарушений с магни-тудами вызвавших их землетрясений. Однако в исследовании сейсмотектонических проявлений существует ряд объективных трудностей [3]: 1) точное определение генезиса и параметров разрывных палеосейсмодислокаций вследствие их значительного возраста и расчлененного рельефа; 2) разделение по возрасту групп разрывов, вызванных различными палеосейсмособытиями; 3) определение генезиса современных сейсмодислокаций, вызванных главным толчком, его афтершоками или предсейсми-ческими подвижками, что является принципиальным при установлении эмпирических зависимостей и последующей оценке магнитуд палеоземлетрясений.
В исследовании крупнейших сейсмогравитационных дислокаций зачастую не возникает подобных трудностей, в первую очередь, благодаря их лучшей сохранности в рельефе. В то же время для установления зависимостей физических параметров обваль-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 06-05-64920).
но-оползневых сейсмодеформаций от магнитуды землетрясений необходимы либо статистические данные по крупным землетрясениям и вызванным ими обвалам и оползням за продолжительный период времени для конкретного района, либо детальный анализ всех обвально-оползневых дислокаций, возникающих в результате одного крупного сейсмособытия. Для большинства горных территорий статистические данные обоих видов до настоящего времени отсутствовали.
Лишь относительно недавно при участии NASA появились технические возможности регистрации полного набора сейсмогравитационных деформаций (от самых мелких до максимальных по размерам), вызванных отдельным землетрясением [4]. Статистический анализ полного набора сейсмогравитационных деформаций позволил определить функцию статистического распределения [5], что, в свою очередь, открыло путь к расчету закономерностей, связывающих между собой различные физические величины, характеризующие последствия этого сейсмособытия.
К настоящему времени среди всех склоновых процессов, инициируемых сейсмическими толчками, наиболее изучены сейсмооползни [5-9]. В каждой из горных стран, в частности на Алтае, наиболее интересным объектом для предлагаемого подхода является максимальный по размерам оползень, вызванный отдельным сейсмособытием. Во-первых, именно крупнейшие из оползней дольше сохраняются в рельефе, что дает возможность охарактеризовать с их помощью продолжительный период сейсмической активности. Во-вторых, каждое отдельное землетрясение вызывает множество мелких оползней и лишь один максимальный по объему. При этом зачастую следующий по размерам сейсмооползень существенно (в разы и более) отличается от максимального. В таких случаях максимальный оползень характеризует собой отдельное сейсмособытие, что позволяет избежать обязательного датирования крупнейших сейсмооползней с целью их разделения по возрасту. И, наконец, в-третьих, именно крупные оползни наиболее хорошо диагностируются методом дистанционного зондирования, что немаловажно в связи с труднодоступностью некоторых высокогорных районов.
В данной статье рассмотрены соотношения, связывающие параметры отдельных крупных сейсмооползней с магнитудой вызвавшего их события; приведены формулы для расчета объема оползневого материала, перемещенного в результате главного толчка и его афтершоков; предложен способ расчета сейсмогравитационной денудации горного рельефа. Предлагаемый анализ сейсмогравитационных дислокаций - новое самостоятельное направление в рамках традиционного палеосейсмогеологическо-го метода (рис. 1). Он может существенно дополнить данные анализа сейсмотектонических нарушений и является альтернативным в случае плохой сохранности или отсутствия разрывных дислокаций.
Использование параметров сейсмогравитационных дислокаций для оценки сейсмогенных изменений рельефа
Для изучения взаимосвязи магнитуды землетрясений и параметров вызванных ими изменений рельефа чаще всего применяются статистические методы, которые позволяют выявлять корреляционные зависимости различных величин, не углубляясь в функциональные связи между ними.
В связи с появившимися техническими возможностями регистрации полного набора оползней, вызванных различными природными явлениями, было изучено несколько таких наборов и предложена функция плотности вероятности, наилучшим образом описывающая статистическое распределение оползней [5].
Связь магнитуды землетрясения с общим объемом вызванных им оползней VLT исследована в работах [6, 7]. Несмотря на региональное разнообразие геологических и климатических особенностей, параметров самих землетрясений, в этих работах была выведена степенная зависимость VLT от магнитуды землетрясения M. После дополне-
Палеосейсмогеологический метод
Н. А. Флоренсов, В. П. Солоненко, В. С. Хромовских, А. А. Никонов
-оценка сейсмической опасности Цели: -периодичность сильных землетрясений -сейсмотектоническое районирование
Объекты: Сейсмотектонические дислокации тектонические разрывы разных генетических типов, возникающие в очагах землетрясений и выходящие на земную поверхность Сейсмогравитационные дислокации сейсмообвалы, сейсмооползни и прочие смещения горных масс под влиянием силы тяжести Гравитационно-сейсмотектонические дислокации движения по разломам, многократно усиленные гравитацией
Получаемая информация Магнитуда, возраст землетрясения Положение эпицентральных зон, возраст землетрясения, интенсивность сотрясения поверхности Положение эпицентральных зон, интенсивность сотрясения поверхности
Е
Новый подход к оценке палеосейсмичности на основе статистического анализа сейсмогравитационных дислокаций
Наиболее
информативный
объект
Максимальный по размерам оползень
-дольше сохраняется в рельефе -характеризует отдельное сейсмособытие -хорошо диагностируется методами дистанционного зондирования
Определение магнитуды палеоземлетрясений
Расчет скорости сейсмогравитационной денудации
Расчет общего объема материала, смещенного в результате землетрясения
+
Расчет вклада афтершокового процесса в скорость сейсмогравитационной денудации
Рис. 1. Палеосейсмогеологический метод и новый подход в рамках этого метода
ния этих исследований новыми данными были предложены следующие зависимости для общего объема оползней VLT и объема максимального оползня VLmax [8]:
log VLT =1.42 M -11.26 (±0.52), (1)
log VLmax = 1.36M -11.58(±0.49). (2)
Значение в скобках представляет собой стандартное отклонение величины.
Соотношение (2) связывает магнитуду землетрясения с объемом максимального оползня, вызванного этим землетрясением. Данное соотношение было использовано нами в качестве ключевого для оценки магнитуд древних сейсмособытий Юго-Восточного Алтая, на территории которого оползни являются одним из основных проявлений сейсмоиндуцированных склоновых процессов, так как здесь в наиболее сейсмоактивных зонах сочленения хребтов и межгорных впадин широко распространены рыхлые кайнозойские отложения.
Проверка расчетного соотношения (2) для Алтая стала возможной благодаря Чуй-скому землетрясению 2003 года и гигантскому оползню, возникшему в его эпицен-тральной зоне. Площадь этого оползня, измеренная в программе Arc View по контуру, проведенному с помощью GPS-съемки, составила 0.66 км2, вычисленный по эмпирической формуле [10] объем - 0.027 км3, протяженность стенки отрыва - 1.1 км. Разме-
ры средних и мелких оползней, образовавшихся в ходе этого же землетрясения, на 2-3 порядка меньше. Эти данные вместе с данными о магнитуде землетрясения [11] позволили подтвердить применимость расчетного соотношения (2) для сейсмотектонических условий Алтайского региона (рис. 2).
Как видно из графика, точка, соответствующая параметрам данного оползня и магнитуде землетрясения, полностью попадает в интервал стандартного отклонения функции. Очевидно, придется довольно долго ждать, чтобы поставить следующую проверочную точку - Чуйское землетрясение 2003 года является пока единичным в истории Алтая случаем, предоставившим возможность точно сопоставить магнитуду крупного сейсмособы-тия с его последствиями в рельефе (повторяемость крупных землетрясений в юго-восточной части Горного Алтая составляет 1-3 тыс. лет [12, 13]).
Наряду с объемом оползневого тела другим параметром сейсмогравитацион-ных дислокаций, зависящим от магниту-ды землетрясения, является длина стенки отрыва максимального оползня. При этом, согласно [14], именно стенка отрыва имеет зн
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.