ГЕОТЕКТОНИКА, 2010, № 6, с. 79-98
УДК 551.243
ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ
© 2010 г. В. Г. Трифонов, А. И. Кожурин
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 Поступила в редакцию 16.03.2010 г.
Обсуждается теоретическое и практическое значение изучения активных разломов, проблемы их обнаружения и параметризации. Уточняется понятие "активного разлома" как тектонического нарушения с проявлениями подвижек в конце плейстоцена и голоцене, повторения которых можно ожидать в будущем. Главные реперы, по смещениям которых выявляется активный разлом, оценивается его кинематика и интенсивность перемещений — это молодые формы рельефа, а иногда также позднечетвертичные отложения и антропогенные сооружения. Поскольку структурный рисунок и параметры активных разломов относятся к единому геологически короткому интервалу времени, они важны для исследований современной геодинамики, закономерностей и природы новейшего тектогенеза в масштабах как всей Земли и крупных регионов, так и локальных структур. Возможности, которые открывают активные разломы для таких исследований, рассмотрены на примерах правомочности выделения Охотоморской и Берингийской малых плит. Они могут сделать более правдоподобными тектонические и геодинамические реконструкции событий прошлого. С активными разломами связан ряд природных опасностей и, прежде всего, землетрясения. Обсуждаются проблемы геолого-геоморфологической оценки сейсмического потенциала зон активных разломов, т.е. максимальной возможной магнитуды землетрясений Ммах, на основе сегментации активных зон, длины сегментов Ь и эмпирических соотношений Ммах/Ь при сильных современных землетрясениях, а также периода повторяемости сильных землетрясений и величин отдельных сей-смогенных смещений с применением тренчинга и других приемов изучения активных разломов, включая методы археосейсмичности. Ставится вопрос о возможных многовековых вариациях напряженно-деформированного состояния активных зон, которые выражены в масштабе крупных сейсмоактивных регионов колебаниями количества выделенной сейсмической энергии и должны учитываться при оценке сейсмической опасности.
ВВЕДЕНИЕ
В конце 40-х годов ХХ в. в геологической и сейсмологической литературе, соответственно американской и европейской, появились термины-синонимы — "активный разлом" и "живой разлом". Исследователи, которые ввели эти понятия [68, 42], назвали так разломы, доступные для геологических наблюдений и демонстрирующие проявления современных движений, позволяя тем самым предполагать подобную подвижность в ближайшем будущем. Позднее, по аналогии с этими терминами, возникло более широкое понятие "активная тектоника" [38].
На современную активность разломов обращали внимание и прежде. И.В. Мушкетов [15] высказал соображения о связи землетрясений с разломами. Подробно описывались примеры активизации разломов при сильнейших землетрясениях, например, Сан-Францисском 1906 г. в Калифорнии [57] и Кеминском 1911 г. в Тянь-Шане [2]. С середины ХХ в. резко возрос интерес к разломам как источникам сейсмических и деформационных воздействий на сооружения и системы жизнеобеспечения, что сделало активные разломы специальным объектом исследований.
Обсуждая практическое значение выявления и изучения активных разломов, следует различать два аспекта применения получаемых данных. Первый аспект — использование активных разломов, как сейсмогенерирующих зон, для оценки сейсмической опасности территорий и объектов. Для этого, помимо знания геометрии разломов, интенсивности и кинематики перемещения по ним, важны данные об импульсных подвижках, рассматриваемых как причины землетрясений и позволяющих оценить их магнитуды и возраст. Второй аспект — оценка возможных разрушений и повреждений, которые могут оказать движения по разломам, как импульсные, так и медленные, на инженерные сооружения в их зонах.
Помимо этого, изучение активных разломов и связанных с ними структурных новообразований имеет важное значение для понимания закономерностей и природы новейшего и современного тектогенеза. В сочетании с геофизическими и петролого-геохимическими данными о современных процессах на глубинных уровнях геологической среды, активные проявления тектогене-за на земной поверхности позволяют построить трехмерные модели современного развития тек-тоносферы. Это может сделать более правдопо-
добными тектонические и геодинамические реконструкции событий прошлого.
В предлагаемой статье обсуждаются принципиальные вопросы методики изучения и параметризации активных разломов, их использования для оценки сейсмической опасности, а также некоторые аспекты современной геодинамики подвижных поясов, решаемые с привлечением данных об активных разломах.
О ПОНЯТИИ "АКТИВНЫЙ РАЗЛОМ"
Поскольку движения по разлому происходят неравномерно и нередко дискретно (эпохи или моменты подвижек чередуются с эпохами покоя), для установления его активности необходимо изучить некий максимально приближенный к настоящему моменту временной интервал, в течение которого проявились бы не только факт активности разлома, но и ее параметры (направление, скорость, режим движений и т.п.). По мнению К. Аллена [39], активными следует называть разломы с признаками голоценовых (последние 10 тыс. лет) подвижек. А.А.Никонов [52] посчитал необходимым удлинить этот интервал времени до 400 тыс. лет, т.е. отнести к нему также весь поздний и средний неоплейстоцен. В.Г. Трифонов [30, 31], основываясь на исследованиях, выполненных в Альпийско-Гималайском поясе и на западе США, пришел к выводу, что следов движений в течение голоцена и позднего неоплейстоцена (последних 100—130 тыс. лет) необходимо и достаточно для определения, активен разлом или нет, и для оценки его параметров и режима развития в подвижных поясах.
Поясним смысл вышеприведенных определений. Подразумевается, что если в течение некоторого времени (10, 100—130 или 400 тыс. лет) произошла хотя бы одна подвижка по разлому, то это дает основание полагать, с той или иной степенью уверенности, что подвижка по разлому возможна и в некотором ближайшем геологическом будущем. По сути, тот или иной принимаемый временной интервал (см. выше) есть ожидаемый максимальный период повторяемости подвижек по разломам; если со времени последней подвижки миновало времени меньше характерного периода повторяемости, то правомерным будет полагать, что подвижка по разлому возможна в недалеком будущем, и считать изучаемый разлом активным. Значительное превышение продолжительности сейсмического "молчания" разлома после последней подвижки характерного периода повторяемости подвижек дает основание отнести разлом к неактивным.
Ожидаемость будущей подвижки является тем, что переводит разлом в разряд активных [68]. Если оснований для такого ожидания нет, то разлом следует считать неактивным. Все другие параметры, такие, как направление, средняя скорость движений, любые другие, свойственны раз-
ломам вообще, не зависят от возраста движений по ним и потому не являются существенными для понимания термина "активный". Разлом может быть активным или нет. В этом смысле классификации активных разломов по степени их активности представляются излишними (в таких классификациях, на самом деле, отражена лишь степень наших знаний о разломе, см., например, [21, 11]).
Периоды повторяемости землетрясений в подвижных областях и зонах континентов, выявленные при изучении конкретных разломов, колеблются в пределах от первых сотен до первых тысяч лет [62], но могут достигать и больших величин. Для одного из разломов Восточно-Камчатской зоны на Камчатке возраст последней подвижки был определен примерно в 9 тыс. лет [7]. Для разлома Умехара в Японии А. Окадой установлен средний период повторяемости подвижек ~14.5 тыс. лет [49] (разумеется, говоря о периоде повторяемости подвижек при землетрясениях, имеют в виду его среднее значение). Периоды повторяемости подвижек порядка сотни или нескольких сотен тыс. лет из практики специальных исследований пока неизвестны. Учитывая неполноту знаний, видимо, рациональным будет не определять точно продолжительность "критического" интервала (максимального возможного периода повторяемости подвижек), а принять, что она может достигать первых десятков тысяч лет.
ВЫЯВЛЕНИЕ, ИЗУЧЕНИЕ И ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ
Период в первые десятки тысяч лет, считая от современности, является временем, в течение которого сформировалось большинство наблюдаемых в настоящее время форм рельефа, называемых часто молодыми. Отсюда следует, что главным признаком активности разлома является смещение вдоль его линии молодых, позднечет-вертичных, поверхностей и иных форм рельефа (его нижнего яруса) и, если присутствуют, молодых отложений (см. раздел "Палеосейсмологиче-ские аспекты") или каких-либо искусственных образований (например, археологических или исторических объектов, см. раздел "Археосейсмо-логические аспекты").
Очевидно, что чем моложе последняя подвижка, тем большее количество поверхностей ей деформировано, и разлом отчетливо виден на местности. С увеличением периода повторяемости подвижек все меньшее число молодых поверхностей оказываются затронутыми последней подвижкой, следы разлома перемещаются в верхние ярусы рельефа, на все более древние поверхности. Вследствие этого, линия разлома на земной поверхности разбивается на все большее количество фрагментов, становится прерывистой, разлом-ный уступ, вследствие его деградации, теряет крутизну. Другими словами, разлом становится пло-
хо выраженным в рельефе, что, при случайности и, обычно, недостаточности естественных обнажений на его трассе, снижает достоверность его выделения и отнесения к активным.
Те или иные аспекты методики изучения активных разломов обсуждались неоднократно в отечественной литературе, хотя авторы таких работ на первых порах не называли эти проявления разломо-образования активными разломами [6, 8, 17, 24, 25, 28, 30-32, 34, 37, 52, 63, 64].
Геолого-геоморфологический метод
Основной метод изучения активных разломов -геолого-геоморфологический. Молодые отложения распространены не везде, а та
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.