Диссертация: Вторичные косейсмические деформации в геологической среде - тектонофизический анализ (на примере юга Сибири)

Актуальность темы.
В настоящее время в мировой практике изучаются не только первичные разрывы, образовавшиеся во время землетрясения, но и вторичные косейсмические деформации, к которым относят сейсмогравитационные трещины, обвалы и оползни, а также иници-ированные сейсмическими процессами структуры разжижения и флюидизации в рых-лых водонасыщенных четвертичных отложениях, за которыми закрепился термин А. Сейлахера «сейсмиты» [Seilacher, 1969]. В пределах территории юга Сибири рыхлыми осадками перекрыты значительные площади, причем отложения часто водонасыщены и подвержены косейсмическому разжижению.
Возможность неуплотненного осадка под действием вибрации разжижаться и обра-зовывать подобные сейсмитам структуры была доказана экспериментально П. Куененом еще в 1958 г. [Kuenen, 1958]. С тех пор немало зарубежных ученых занималось данной проблемой, о чем свидетельствуют многочисленные публикации [Sims, 1975; Hempton, Dewey, 1983; Vittori et al., 1991; Rodriguez-Pascua et al., 2001; Obermeier et al., 2005; Brustur, Jipa, 2007; и мн. др.]. С конца 90-х гг. XX века подобные работы стали появ-ляться и в отечественных изданиях [Бауман, Корженков, 1998; Корженков и др., 1999; Корженков, 2006; Поволоцкая и др., 2004, 2006; Корженков и др., 2007; Деев и др., 2005;2009, 2012; Николаева, 2009; и др.]. Стоит отметить, что для многих районов нашей страны, в том числе и для юга Сибири, выявление сейсмитов затрудняется нали-чием подобных по форме структур криогенного происхождения. Таким образом, необ-ходимы анализ накопленного материала по данной тематике и разработка приемов и ме-тодов исследования сейсмогенных деформационных структур с апробацией в специфи-ческих региональных условиях.
Сейсмическая летопись территории исследований, в целом, характеризуется как неполная. Первые известные сведения о землетрясениях датируются XVII в. Предше-ствующие палеосейсмогеологические работы, в основном, были направлены на изуче-ние сейсмогенных разрывов, образующихся в результате сильных подземных толчков. Согласно известным статистическим соотношениям, например П. Галли [Galli, 2000], магнитудный порог образования структур разжижения сравнительно ниже, что значи-тельно расширяет возможности наполнения хроники землетрясений.
Комплекс работ, включающий современные тектонофизические подходы, основан-ные на применении меры и числа, в сочетании с методами структурной геологии и па-леосейсмогеологии, видится весьма перспективным с точки зрения оценки распростра-нения и локализации вторичных косейсмических эффектов в геологической среде.
Цель исследований.
Целью диссертационной работы является установление закономерностей проявле-ния и распределения вторичных эффектов от землетрясений в геологической среде, а также их связи с сейсмогенерирующими разломами в пределах юга Сибири и прилега-ющих территорий.
Задачи и методы исследований.
1. Изучить формы проявления, условия и особенности образования сейсмогенных деформаций в позднекайнозойских отложениях на выделенных эталонных участках Прибайкалья с использованием комплекса геолого-структурных и тектонофизических 3
методов.
2. Усовершенствовать структуру базы данных по вторичным косейсмическим эф-фектам с применением реляционной модели введения и отображения их параметров.
3. Осуществить наполнение базы данных опубликованным материалом макросей-смических обследований последствий инструментально зарегистрированных землетря-сений, а также информацией собранной во время полевых работ для территории в рам-ках координат 42°–62° с.ш. и 80°–124° в.д.
4. Установить статистические зависимости, связывающие параметры землетрясе-ний и вторичных косейсмических эффектов в геологической среде для территорий юга Сибири (РФ) и Монголии.
5. Выявить связь разрывной тектоники и структур разжижения от землетрясений в сейсмоактивных зонах.
Для решения поставленных в работе задач использовался комплекс геолого-структурных и тектонофизических методов применительно к сейсмогеологическим траншейным исследованиям. Статистический анализ данных выполнен путем построе-ния граничных кривых и установления предельных эмпирических соотношений при по-мощи современных статистических программных пакетов.
Фактический материал и личный вклад автора.
В основу диссертационной работы положены данные, собранные во время прове-дения полевых работ в составе структурно-геологического отряда ИЗК СО РАН с 2009 г. по 2013 г. на территории Прибайкалья, обработанные и проинтерпретированные при непосредственном участии автора. Это, прежде всего, материалы документации зачи-сток и канав, в которых была получена обширная информация о количественных харак-теристиках сейсмогенных структур. Для установления статистических зависимостей между параметрами инструментальных землетрясений (магнитудой по поверхностным волнам MS, эпицентральной интенсивностью I0 по шкале MSK-64, с учетом типа по-движки в очаге) и вызванных ими вторичных косейсмических эффектов (разжижения и флюидизации в грунтах, гидрогеологических аномалий, воронок-провалов, трещин, сей-смогравитационных движений материала, волнообразных колебаний дневной поверх-ности, нарушений в техногенных сооружениях) самостоятельно отобраны, систематизи-рованы и проанализированы данные, опубликованные в литературе и интерактивных ресурсах, а также хранящиеся в архивных источниках.
Защищаемые положения.
1. На юге Сибири и сопредельной территории более половины вторичных косей-смических эффектов в геологической среде расположены в пределах 20 км от разлома, инициирующего землетрясение. При сравнении случаев разжижения грунта и осталь-ных, изученных в совокупности, вторичных эффектов, первые выявляются на расстоя-нии, в среднем в 10 раз ближнем к сейсмогенерирующему разлому.
2. Образование эффектов разжижения на юге Сибири и сопредельной территории происходит при землетрясениях с магнитудой MS ≥ 5.2 и глубиной гипоцентра от 10 до 40 км. Формирующиеся при косейсмическом разжижении кластические дайки про-странственно тесно связаны с разрывной тектоникой и являются надежными индикато-рами для определения эпицентральных зон доинструментальных землетрясений.
3. При приближении к источнику сейсмических колебаний частота встречаемости и размеры проявления вторичных деформационных структур увеличиваются неравномерно, а местоположение макросейсмического эпицентра доинструментального земле-трясения обоснованно определяется на основании анализа совокупности количествен-ных параметров сейсмогенных деформаций с учетом геометрии ассоциируемого разло-ма.
Научная новизна.
В настоящей диссертационной работе предложены региональные зависимости между параметрами землетрясений и пространственным распределением вызванных ими эффектов в геологической среде. Они основываются на собранном и обобщенном автором обширном материале по последствиям от инструментальных землетрясений, произошедших на территориях южной Сибири (РФ), Монголии и северо-востока Казах-стана. Данный материал составляет также наполнение новой реляционной базы данных по вторичным косейсмическим эффектам в геологической среде, которая может быть реализована в интерактивной среде.
Впервые выявлены региональные закономерности в локализации структур косей-смического разжижения грунта относительно всех других сейсмодеформаций и иниции-рующего разлома с учетом преобладающего типа подвижки вдоль него. В отличие от существующих подобных соотношений для разных районов мира, в работе показано влияние на пространственное распределение эффектов разжижения от сейсмоисточника местных гидрогеологических факторов.
Новыми данными являются детально изученные геолого-структурными и тектоно-физическими методами вторичные сейсмогенные дислокации в осадочных отложениях эпицентральных областей Цаганского 12.01.1862 г. и Мондинского 4.04.1950 г. земле-трясений. Дана численная характеристика структур разжижения, а также введены новые параметры для оценки интенсивности проявления хрупко-пластических типов сейсми-тов.
В диссертационном исследовании обосновано положение эпицентра Цаганского сейсмособытия в точке с наибольшим количеством совпадений максимальных значений параметров всех косейсмических дислокаций. На основании этого предложен новый подход, позволяющий определять макросейсмический эпицентр доинструментального землетрясения.
Практическая значимость.
Предложенные в работе статистические соотношения и подход для реконструкции эпицентра землетрясения могут служить важными инструментами при палеосейсмогео-логических исследованиях для оценки параметров сейсмособытий прошлого. Соотно-шения также будут полезны при инженерно-геологических изысканиях (например, при проектировании сооружений разного рода на определенных расстояниях (Re) от извест-ных сейсмогенных источников).
Содержащаяся в базе данных по косейсмическим эффектам информация позволяет оценивать пункты, потенциально восприимчивые к разнообразным нарушениям в геоло-гической среде при будущих землетрясениях. Сама база данных является удобным ап-паратом для различных сейсмотектонических построений.
Практическим следствием комплекса работ, проведенных в эпицентральной области Цаганского землетрясения 12.01.1862 г., служит параметрическая характеристика модели его сейсмогенного источника. В дальнейшем подобные исследования могут быть полезны при обосновании выделения зон возможных очагов землетрясений (зон ВОЗ).