Систематизация активных разломов для оценки сейсмической опасности

Зачем это нужно. Согласно современным представлениям геолого-геофизическая среда характеризуется разломно-блоковым строением, а землетрясения не рассеяны хаотично, а приурочены к относительно узким зонам активных разломов. Несмотря на установленные общие закономерности ее строения, неоднородности геосреды пока практически невозможно учесть при оценке сейсмической опасности. Необходимы математические уравнения, описывающие законы затухания сейсмических волн при пересечении зон разломов под разными углами. Определенные трудности при установлении связи конкретных землетрясений с разломами связаны также с недостатком данных о 3D геометрии сейсмогенерирующих структур и их графическим представлением, а также с отсутствием их полноценных электронных баз данных. Перечисленные проблемы пока не позволяют усовершенствовать моделирование сейсмического эффекта, а значит сделать прогноз сейсмической опасности более реальным для некоторого объекта, под которым понимается отдельное сооружение, комплекс сооружений, населенный пункт и т.п. Вместе с тем для решения этих вопросов нужна четкая систематизация активных разломов, лежащих в основе не только сейсмического прогноза, но и в основе прогноза других опасных геодинамических процессов. Систематизация активных разломов также необходима, чтобы снять некоторые противоречия, связанные с определением термина “активный разлом” и “вписыванием” его в разломно-блоковую среду, дискретность которой практически никем не оспаривается. Следует отметить, что ряд рассматриваемых выше проблем за рубежом, а именно в Италии, США, Японии и Новой Зеландии, успешно решается.

Что лежит в основе систематизации.Для систематизации неоген-четвертичных разломов нами были проанализированы основные представления об активности дизъюнкивных структур, зонах возникновения очагов землетрясений и ассоциирующихся сейсмогенных источниках, а также разработки, касающиеся оценок сейсмической и геодинамической опасностей в России и за рубежом. Важно отметить, что несмотря схожую идеологию (фундаментом которой все же является активный разлом), лежащую в основе прогноза сейсмической опасности, некоторые базовые понятия в разных странах настолько упрощены, что между собой не совсем четко согласуются. Так, например, в Италии, основной моделью для оценки сейсмической опасности служит база данных различных сейсмогенных источников (иными словами, очагов в виде сейсмогенных разрывов или скоплений очагов в виде линейных зон ВОЗ – зон возникновения очагов землетрясений), которая обеспечивает информацию для их 3D представления на любой географической основе [Valensise, Pantosti (eds), 2001; Basili et al., 2008; DISS Working Group, 2009]. Итальянские ученые и проектировщики почти отказались от использования «активного» разлома в сейсмопрогностических построениях, считая их бесполезными при детерминистическом и вероятностном анализах. Напротив, в США база данных по четвертичным разломам является основным источником информации для построения государственных карт сейсмической опасности [U.S. Geological Survey…, 2006 http//earthquakes.usgs.gov/regional/qfaults/]. В Японии база данных активных разломов содержит только сейсмогенные разрывы (http://riodb02.ibase.aist.go.jp/activefault/index_e.html), а сейсмогенными источниками там принято называть домены, на которые разделена вся островная страна [Matsuda, 1992; Koravos, Tsapanos, 2006]. В России, как известно, в основе исследований по оценке сейсмической опасности и сейсмическому районированию, лежит методология, в которой главным и первоначальным звеном являются зоны ВОЗ (иногда называемые источниками), состоящие из трех главных структурных сейсмогенерирующих элементов: линеаментов, доменов и потенциальных очагов [Уломов, Шумилина, 1999; Уломов, 2009].
Таким образом, несмотря на очевидное понятие связи разломов и землетрясений, в ведущих странах мира нет единого мировоззренческого фундамента для оценки сейсмической опасности, хотя абсолютно понимается, что опасность исходит от активного разлома.

Рисунок. Блок-схема, отражающая систематизацию активных в неоген-четвертичное время разломов

Некоторые пояснения и основные постулаты. Наша систематизация активных разломов – попытка прийти к единому пониманию ученых разных стран активного разлома и его роли в прогнозе сейсмической опасности и других катастрофических явлений природного и техногенного характера. Некоторое краткое пояснение данной разработки может быть сведено к следующему. Геолого-геофизическая среда имеет разломно-блоковое строение, определяемое взаимодействием активных разнонаправленных разрывных нарушений, которые разделяются на две группы сейсмогенерирующих и несейсмогенерирующих разломов. В зонах сейсмогенерирующих разломов накапливаемые тектонические напряжения реализуются через сильные землетрясения. В зонах несейсмогенерирующих разломов происходят криповые смещения или короткопериодические, пульсационные и знакопеременные подвижки, относимые к локальным суперинтенсивным деформациям земной поверхности со среднегодовой скоростью (2/7)*10^(-5)/год [Кузьмин, Жуков, 2004]. Изучение и выявление последних важно для прогнозирования опасных смещений, которые могут привести к аварийным ситуациям на промышленных объектах, расположенных в асейсмичных и слабосейсмичных регионах.

Даже в относительно однородном поле напряжений при одной последовательности сейсмических событий движение может происходить не только по главному, активизированному в данный момент разлому, но и по другим дизъюнктивам, с той лишь разницей, что масштаб этих движений существенно различается либо они являются вторичными. Окружающие в определенном радиусе сейсмический очаг (сейсмогенный разрыв) разломы служат либо проводниками, либо экранами для прохождения сейсмических волн. Иными словами затухание их энергии происходит медленнее вдоль разломов и быстрее при пересечении тектонических структур. Таким образом, если разлом, к которому приурочен очаг, является сейсмогенерирующим, то остальные окружающие его тектонические нарушения в момент конкретного землетрясения будут сейсмораспределяющими.

Сейсмораспределяющие разломы разделены на транзитные и экранирующие. Вдоль первых вторичные косейсмические эффекты (обвалы, оползни, трещины в грунтах, разжижение и т.п.) при землетрясении усиливаются. В случае экранирующего разлома усиление косейсмических эффектов может наблюдаться в пределах ближайшего к эпицентру события крыла дизъюнктива, в то время как в противоположном крыле их интенсивность заметно падает. Вопросы, касающиеся аномалий в сейсмических сотрясениях, проявлении вторичных эффектов и затухании сейсмических колебаний вкрест и вдоль простирания тектонических нарушений, обсуждались в литературе.

С сейсмогенерирующими разломами или их системами ассоциируются зоны ВОЗ, которые в итальянской, а сейчас уже и в европейской терминологии называются сейсмогенными площадями (seismogenic area) [Valensise, Pantosti (eds), 2001; Basili et al., 2008] или, в более поздних работах, композитными сейсмогенными источниками (composite seismogenic source) [DISS Working Group, 2009]. Зоны ВОЗ, соответственно, включают области сосредоточенной сейсмичности, в которых каждый очаг землетрясения ассоциируется с эволюцией системы дизъюнктивов, вдоль которой выделена конкретная зона ВОЗ. Зоны ВОЗ также содержат индивидуальные сейсмогенные источники – очаги сильных землетрясений в виде разрывов, которые могут быть представлены в 2D или 3D виде как проекция очага на поверхность. Минимальная магнитуда землетрясений, генерируемых индивидуальными источниками в Европе, принята 5.5, что очевидно обусловлено пороговым значением, с которого начинается поверхностное разрывообразование. В России нижнее значение магнитуды линейных зон ВОЗ при общем сейсмическом районировании официально принято 6.0, что обосновывается ненадежностью определения очагов с меньшей магнитудой [Уломов, Шумилина, 1999; Уломов, 2009], но при детальном сейсмическом районировании ограничений по магнитуде землетрясений не делается. Индивидуальные сейсмогенные источники в предлагаемой систематизации в зависимости от типа данных, на основании которых они выделяются, делятся на геолого-геофизические и макросейсмические. Первые должны обладать полным набором геометрических, кинематических и сейсмологических параметров, необходимых для оценки сейсмического эффекта для некоторого объекта, и быть представлены в виде проекции очага на поверхность, которая дает представление о трехмерной геометрии сейсмогенного источника. Вторые – в зависимости от полноты сведений изображаются на картах в виде круга или эллипса. Следует заметить, что представления о сейсмогенных источниках базируются на разработках итальянских ученых [Valensise, Pantosti (eds), 2001; Basili et al., 2008] с той лишь разницей, что в Италии к индивидуальным источникам относят только те, наличие которых подтверждено геолого-геофизическими данными, т.е. макросейсмические источники к индивидуальным не относятся.

Практические следствия. Разработанная систематизация активных разломов опирается на достижения ученых ведущих стран мира (России, Италии, США, Японии) в изучении проблем сейсмотектоники и сейсмической безопасности и дает четкое представление о взаимоотношении понятий разломно-блоковая (слоисто-блоковая) среда, активный разлом, зона ВОЗ и сейсмогенный источник (очаг, разрыв). Она позволяет перейти в России на новый уровень представления результатов сейсмотектонических исследований, когда выделяемые сейсмодислокации или очаги должны изображаться не только в виде линий или 2-мерных площадок на карте, но и в 3-мерном виде как проекции разрывов (очагов) на плоскость. Кроме того, основанием для выделения индивидуального сейсмогенного источника могут быть не только традиционно используемые сейсмогеологические данные, но и комплексный анализ макросейсмических, структурно-геологических, сейсмологических и других данных, обосновывающих этот источник, ибо “сейсмогенный источник – есть обычное упрощенное 3-D представление реального мира, который виден в процессе инструментальными сейсмологами и геодезистами; динамические и физические эффекты которого позднее наблюдаются сейсмогеологами и специалистами, изучающими землетрясения по историческим сведениям; физические эффекты которого предсказываются знатоками инженерной сейсмологии;….” [Valensise, Pantosti (eds), 2001, c. 802]. Предложенная систематизация в будущем может помочь перейти на новую ступень развития исследований по оценке сейсмической опасности регионального и локального уровней, когда при построении модели сейсмического эффекта будут использоваться не только данные о зонах ВОЗ, но и учитываться неоднородности геолого-геофизической среды. Кроме того, в данную систематизацию включены разломы ассейсмичных территорий, которые могут представлять реальную опасность для крупных промышленных объектов.