= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465
ЦУНАМИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
© 2014 г. Е. А. Куликов, И. П. Кузин, О. И. Яковенко
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: kulikove@ocean.ru Поступила в редакцию 15.10.2012 г., после доработки 06.03.2013 г.
В работе приводится краткая характеристика геотектоники региона Каспийского моря и сейсмичности центральной части бассейна. На основе анализа сейсмичности выделены наиболее вероятные зоны генерации цунами. Выполнен краткий обзор исторических сведений о цунами в районе Каспийского моря. Для оценки цунамиопасности был использован метод численного гидродинамического моделирования, с учетом реальной топографии дна Каспийского моря. Расчеты волнового поля возможных цунами, возникающих в центральной части Каспия, позволили оценить максимальные высоты волн вдоль морского побережья стран СНГ (России, Азербайджана, Казахстана и Туркменистана). Выполненные численные эксперименты по моделированию распространения цунами с учетом повторяемости сильных землетрясений в регионе показали, что экстремальные высоты волн могут достигать на отдельных участках побережья ~10 м для событий, соответствующих протяженным (до ~200 км) очагам землетрясений с магнитудой MS ~ 8 с периодом повторяемости T « 1600 лет. Для менее протяженных (до ~50 км) очагов землетрясений с магнитудой MS ~ 7 (период повторяемости 200 лет) высоты волн составляют до 3 м.
Б01: 10.7868/8003015741403006Х
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие инфраструктуры нефте-и газодобычи в акватории Каспийского моря является одной из потенциальных угроз экологии региона. Другой возможный источник опасности — возникновение аварийной ситуации на атомной энергетической установке (АЭУ), расположенной на восточном побережье в районе Актау. Вероятные нефтяные загрязнения, выбросы радиоактивных материалов и пр. представляют угрозу не только природным ресурсам Каспия, но также здоровью и жизни прибрежного населения. В свою очередь высокая сейсмическая активность является одним из наиболее опасных факторов, приводящих к техногенным катастрофам. Яркий пример — авария на атомной электростанции "Фукусима", возникшая в результате сильнейшего землетрясения и цунами вблизи о-ва Хонсю 11 марта 2011 г.
Следует отметить, что сейсмичность каспийского региона исследована достаточно подробно (см., например, [26]), при этом проявление цунами в Каспийском море и степень риска для побережья остаются недостаточно изученными. Исторические данные о возникновении цунами малочисленны в силу локального проявления волн, редкой повторяемости событий и практически полного отсутствия инструментальных измерений. В настоящее время есть сведения о 14-ти ис-
торических цунами или случаях аномальных колебаний уровня моря [10].
Известно, что волны цунами возникают в результате сейсмотектонических подвижек дна (остаточных смещений) в зоне сейсмического очага. Быстрое вытеснение значительных объемов воды в источнике приводит к возникновению поверхностных гравитационных волн цунами, распространяющихся далеко от области генерации. Данные наблюдений свидетельствуют, что остаточные смещения дна образуются в результате сильных мелкофокусных землетрясений с магнитудой более 6. Каталоги землетрясений указывают, что для Каспийского моря преобладающая глубина очагов землетрясения Н составляет 15—20 км, в то время как тихоокеанские цунамигенные землетрясения возникают на глубинах 30—50 км.
Кроме сейсмотектонических источников цунами возможна генерация волн и в результате подводных оползней, вызванных землетрясением, а в отдельных случаях — самопроизвольно. В статье [32] рассмотрена возможность генерации оползневых цунами в средней части Каспия. Следует отметить, что вопрос о возникновении подводных оползней требует отдельного исследования.
По историческим сведениям землетрясения с магнитудой М= 6.8 на акватории Каспийского моря вплоть до XX в. не отмечались. В течение периода 1901—1985 гг. произошло несколько землетрясений с М= 6.2-6.6 (1911, 1935, 1961 и 1963 гг.).
Все эти землетрясения — мантийные с глубинами очагов 46-90 км [15]. И только в 1986 и 1989 гг. возникли два сильных коровых землетрясения с М= 6.2-6.3 на глубинах 25-30 км в восточной части Апшеронского порога [4, 5]. В 2000 г. на западном фланге порога произошло также коровое землетрясение (глубина очага — около 20 км) с М= 6.4. Предполагаемая интенсивность сотрясений в эпицентрах упомянутых землетрясений, согласно последним работам, должна быть не менее 8 баллов.
В данной работе на основе анализа сейсмичности и численного гидродинамического районирования выполнена оценка цунамиопасности в центральной части Каспия.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОТЕКТОНИКИ РЕГИОНА КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Структура Каспийской впадины сформирована различными элементами, возраст которых уменьшается в южном направлении. Самая северная часть депрессии Каспийского моря относится к Русской платформе, которая с юга ограничена Скифско-Туранской плитой. Центральная и южная части депрессии входят в состав Альпийской складчатой системы. Все эти структурные регионы разделены глубинными разломами [12] (рис. 1).
Особенности тектоники Каспийской депрессии обусловлены взаимодействием двух геотектонических факторов. Первый фактор — это проявление реликтового процесса субдукции Альпийских структур в центральной части депрессии (зона Апшеронского порога) под эпигерцинскую Скиф-ско-Туранскую плиту, что выражается в виде мантийных землетрясений с магнитудами М= 4.5—6.5, возникающих на глубинах 50—90 км вдоль линии контакта альпийских и эпигерцинских структур [31].
Второй фактор — это геотектонический процесс поперечного меридионального прогибания Каспийской депрессии, обусловливающий ее несогласное простирание по отношению к субширотной ориентации структур Альпийско-Гима-лайского складчатого пояса. Видимо, эта особенность геотектонической обстановки на границах Каспийской депрессии и структур Кавказа и Ко-петдага обусловливала возникновение сильнейших землетрясений в Шемахинском тектоническом узле в 1668 и 1902 гг. (М = 7.0—7.5) и Красно-водского землетрясения в 1895 г. (М = 8 ± 0.2) в структурах Балхана-Копетдага [15].
По глубинному строению регион Каспийского моря отчетливо разделяется на северную, центральную и южную части. Зона раздела, часто именуемая Челекен-Апшеронским порогом, от-
мечается узкой полосой высокой сейсмической активности, максимальными градиентами изоста-тических аномалий силы тяжести и аномалий магнитного поля, повышенным тепловым потоком.
Лежащая к северу от Челекен-Апшеронского порога область платформы имеет типично континентальную земную кору, состоящую из тонкого осадочного слоя мощностью 2—3 км, "гранитного" слоя мощностью около 10 км и "базальтового" слоя мощностью 15—20 км, и характеризуется положительными аномалиями силы тяжести. Подошва земной коры (граница Мохо) плавно погружается под структуры Кавказа и Копетдага на глубины 45—50 км [1, 2].
При переходе через Челекен-Апшеронский порог с севера на юг кровля консолидированной коры испытывает резкое погружение с глубин 2—3 км до глубины 20 км и более. К югу от порога, в Южно-Каспийской впадине "гранитный" слой полностью исчезает, и земная кора приобретает типичные признаки коры океанического типа. Она состоит здесь из необычайно мощной осадочной толщи (более 20 км), подстилаемой "базальтовым" слоем мощностью 10—15 км, и характеризуется большими отрицательными аномалиями силы тяжести. В районе Челекен—Ап-шеронского порога осадочная толща разбита многочисленными разломами и смята в интенсивные складки.
В пределах Копетдагского тектонического узла наблюдается сочетание антиклинальных зон и прогибов. В одной из его структур, Келькорском прогибе, произошло сильнейшее в регионе Красно-водское землетрясение 1895 г. (М = 8.2, к = 55 км), к зонам Балханских разломов тяготеют очаги Ка-занджикского землетрясения 1946 г. (М = 7.0) и Большебалханского (Небитдагского) землетрясения 2002 г. (М = 7.2—7.4).
Ввиду отсутствия контрастных зон контакта крупных геотектонических единиц Альпийского пояса в пределах акватории Каспия, его сейсмический потенциал должен быть более низким, чем для пограничных зон у западного и восточного побережий моря. Тем не менее, можно ожидать возникновения достаточно сильных землетрясений в области пересечения Апшеронского порога и Восточно-Каспийской флексуры, например, землетрясений типа 1986 и 1989 гг. (М = 6.2—6.3), и даже более сильных (М~ 7.0). Это соображение основано на большой протяженности стыкующихся зон Апшеронского порога и Восточно-Каспийской флексуры (до 300 км). В свою очередь такие сильные землетрясения способны вызвать цунами на акватории Каспийского моря.
48° 50° 52° 54° в.д.
Рис. 1. Расположение тектонических областей, структур и разломов в Каспийском регионе: 1 — Дагестанский клин; 2 — Дербентский прогиб; 3 — залив Кара-Богаз-Гол; 4 — юго-восточный Кавказ.
Тектонические структуры: — Горганский прогиб; — Келькорский прогиб; (3) — Талышская дуга; (?) — Большой Балхан.
Разломы: 1 — Араксинский глубинный разлом; 2 — Аладагский; 3 — Апшеронский; 4 — Ардебильский; 5 — главный Кавказский надвиг; 6 — Исак-Челекенская зона разломов; 7 — зона разломов Эльбурса.
Таблица 1. Расчетные средние периоды повторяемости землетрясений разных магнитуд в акватории Каспийского моря и окружающих регионах, вычисленные по графикам повторяемости из работы [24]
Магнитуда Средний период повторяемости T, лет
весь регион акватория Каспия
6.0 ± 0.2 2.6 24(~15)
6.5 ± 0.2 7.8 68(~30)
7.0 ± 0.2 24(~15) 195
7.5 ± 0.2 72 (~55) 560
8.0 ± 0.2 216(~330) 1620
8.5 ± 0.2 655 -
Примечание. В скобках указаны наблюденные значения средних периодов повторяемости для тех диапазонов магнитуд, где данные наблюдений заметно отклоняются от прямолинейной зависимости ^ N = 4.135—0.918 Му.
СЕЙСМИЧНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОГО
КАСПИЯ, ПОВТОРЯЕМОСТЬ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ПАРАМЕТРЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ ОЧАГОВ
Регион Каспийского моря и его окружения относится к сейсмически активным зонам. Информация о сильных прибрежных землетрясениях Кавказского региона (М> 5—6) известна с VII в., а по Турк
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.