Сейсмическая активизация эрозии в горных долинах



Скачать 131.91 Kb.
Дата07.11.2016
Размер131.91 Kb.
Сейсмическая активизация эрозии в горных долинах

Важенин Б.П.
СВКНИИ ДВО РАН, г. Магадан, vazhenin@neisri.ru

Seismicity Effects for Intensified Stream Erosion Processes in Mountain Valleys



Vazhenin B. P.
NESRI VEB RAS, Magadan, vazhenin@neisri.ru

При палеосейсмогеологических исследованиях в юго-восточной половине сейсмического пояса Черского выявлены особенности реакции эрозионных процессов на сильные сейсмические воздействия, выражающиеся в резкой активизации размыва на одних участках горных долин, в аккумуляции на других и в генерировании специфических форм рельефа: завальных плотин; подпрудных бассейнов седиментации; аккумулятивных шлейфов из продуктов их размыва; сейсмически стимулированных уровней речных террас.

According to the results of paleoseismogeologic studies conducted over the southeastern part of Chersky seismic belt, peculiar stream erosion processes there have been due to strong seismic effects and express themselves as drastically intensified washout and depositional processes in different mountain valley areas, and development of peculiar landforms as blockage dams, barrier sedimentation areas, washout depositional trains, and seismicity-caused river terrace levels.

Введение. Информация для написания данной работы получена при палеосейсмогеологических исследованиях в юго-восточной половине сейсмического пояса Черского на Северо-Востоке России на площади свыше 700 тыс. км2, выполнявшихся с применением «тотальной» палеосейсмогеологической методики [1], отличающейся высокой производительностью благодаря широкому использованию материалов дистанционных съемок и увеличению от этапа к этапу масштаба дешифрируемых космо-, аэро- и наземных снимков с параллельным сокращением обследуемых площадей. Индикаторами при этом послужили крупные (объемами свыше 1 млн м3) гравитационные сейсмодислокации (обвалы оползни, осыпи), концентрирующиеся в древних плейстосейстовых областях – как и в современных – в виде плотных роев на фоне полного отсутствия таких образований на обширных смежных участках со сходным геолого-геоморфологическим строением. Выбор крупных обвалов в качестве индикаторов при поисках палеоплейстосейстовых областей обусловлен их наилучшими – среди других морфологических типов сейсмодислокаций, демаскирующими свойствами, выражающимися: в цветовом контрасте обвальных тел с фоном из-за их сложения крупными глыбами, на которых затруднено образование почвенно-растительного покрова; специфической формой [1, 2] поверхности и расположением в виде тромбов на осях горных литосборов [1, 3, 4]; а также достаточно крупными размерами (более первых сотен метров по горизонтали и десятков метров по вертикали) для их уверенного обнаружения в стереомодели на спектрозональных космоснимках с разрешением в первые десятки метров.

Всего при этом выявлено 70 комплексных роев палеосейсмодислокаций, включающих гравитационные, тектонические и гравитационно-тектонические дислокации и интерпретируемых в качестве эпицентральных областей древних, преимущественно голоценовых разрушительных землетрясений с магнитудой ≥ 6,5. Определена максимальная магнитуда голоценовых землетрясений региона – 7,4-7,6. Вычислена повторяемость разрушительных землетрясений. Составлена схема зон голоценовых разрушительных землетрясений Северо-Востока России.



Сейсмичность как фактор активизации эрозии. Помимо этого обнаружена довольно ярко выраженная специфика в формировании рельефа и рыхлых отложений в пределах изученных дистанционно и полевыми методами многочисленных комплексных роев палеосейсмодислокаций. Суммарная площадь исследованных дистанционными (около 70 штук) и в том числе полевыми (свыше 20 штук) методами таких преимущественно голоценовых роев составляет не более 1,5% от всей изученной площади. Тем не менее, их значение в общем формировании рельефа и рыхлых отложений значительно выше этой полуколичественной оценки в 1,5%, поскольку развитие горного рельефа территории происходило не только в голоцене, но и, надо полагать, ранее тоже. А более древние следы сейсмоморфолитогенеза уничтожены позднеплейстоценовыми горно-долинными оледенениями. К тому же сами сохранившиеся голоценовые рои не являются изолированными от фона морфолитосистемами, а тесно связаны со смежными ближними и даже весьма удаленными участками обменом веществом и энергией. Вдобавок ко всему они хотя бы раз за историю формирования современного рельефа становились наиболее динамичными звеньями региональных морфолитосистем.

Одним из ведущих процессов морфолитогенеза в горах является эрозионный. Особенно активно он протекает в верхних звеньях гидросети. В горах же большей частью локализуются и очаги землетрясений и, соответственно, рои палеосейсмодислокаций, как следы их наиболее сильной разрушительной составляющей, выраженные в деформациях рельефа и горных пород. Формированию сейсмодислокаций в горах способствует еще и повышенный обвальный потенциал, определяемый большой высотой и крутизной горных склонов.

Сочетание в горах высокого обвального потенциала с высокой сейсмичностью неизбежно ведет к резкому – революционному – преобразованию горного рельефа, сопровождающемуся формированием специфичных рыхлых отложений. В плейстосейстовых областях сильнейших современных землетрясений – таких как: Амткелское 1891 г., Хаитское 1949 г., Гоби-Алтайское 1957 г., Аляскинское 1958 г., Аляскинское 1964 г., Перуанское 1970 г., Дагестанское 1970 г., Артыкское 1971 г., Сан-Фернандо 1971 г., Спитакское 1988 г., Рачинское 1991 г., Алтайское 2003 г., землетрясений Монголо-Байкальского сейсмического пояса и др. – обнаруживаются обычно комплексные рои многочисленных сейсмодислокаций разных морфологических типов: тектонических, гравитационных и гравитационно-тектонических [5-15]. Такая же комплексность большинства роев сейсмодислокаций соблюдается, как уже отмечалось, и для древних разрушительных землетрясений.

Наиболее впечатляющими сейсмогенными деформациями рельефа и горных пород в плейстосейстовых областях как современных, так и древних разрушительных землетрясений являются крупные скальные обвалы объемами свыше 1 млн м3, а порой – до первых км3. При землетрясении 1911 г. на Памире образовался огромный обвал-оползень – Усойский завал объемом 2,2 км3 с горизонтальными размерами 3,7×4 км. Он перегородил долину р. Бартанг (Мургаб) плотиной высотой в самой нижней части по гребню около 550 м и вздыбился на противоположный левый ее борт, где его высота превышает 730 м. В блокированных завалом долинах Бартанга и его левого притока образовалось два озера – огромное Сарезское и поменьше – Шадау. Первое из них имеет длину 75 км и глубину около 500 м. Вода из образовавшихся подпрудных бассейнов фильтруется сквозь завал на расстояние более 1,6 км и выходит у подножия правого фланга завала в виде высокодебитных родников числом около полутора десятков.

В результате Аляскинского землетрясения 1964 г. рой сейсмодислокаций распростерся на несколько сотен километров вдоль побережья Тихого океана. Многочисленные крупные обвалы объемами в десятки млн м3, обрушились на ледники гор Чугач, Святого Ильи и п-ова Кенай. Один из них объемом 23 млн м3 – Шерман-Глейшер образовался в результате сейсмогенного срыва карлинга в верховьях бокового притока ледника Шерман в горах Чугач [7, 9, 14, 16]. Спустя почти 50 лет эти обвалы трансформировались в поверхностные морены, а некоторые, как Шерман-Глейшер уже достигли области абляции и превращаются в конечные морены.

Весьма внушительна Чульская сейсмоструктура1 в Туманском хр. в Северном Приохотье. Здесь огромный обвал объемом около 300 млн м3, распластался в виде плаща размером 2,22,3 км и мощностью до 50-100 м, завалив долины р. Чул, двух ее притоков и водоразделы между ними. Фронтальная часть обвальной массы, запрудившая р. Чул, преодолела расстояние в 2,5 км от стенки срыва, пролетев последний километр по воздуху, подброшенная вверх выступом водораздела. В крупноглыбовой завальной плотине за не менее чем 2 тыс. лет рекой Чул пропилен каньон глубиной до 60 м и длиной 1,5 км с ревущим на дне потоком. Обвал сложен глыбами вулканомиктовых песчаников размерами порой до 30 м, заметными даже на среднемасштабных космоснимках. В состав сейсмоструктуры входят ступенчатые сбросовые уступы суммарной амплитудой около 500 м, а также расщелины длиной до 1 км, рассекающие водоразделы на глубину до 100 м. Вода руч. Озерный (приток Чула), запруженная обвалом, скапливается в небольших озерках, из которых проваливается под завал с образованием воронок и фильтруется сквозь завал на расстояние свыше 2,5 км. Над каналом подземного стока сформировалась хорошо заметная в рельефе суффозионная ложбина. Почти на всем ее протяжении слышно журчание текущей на глубине воды. На поверхности обвала найдены засохшие стволы кедрового стланика, в которых насчитывается до 1000 годичных колец. По ним вместе с радиоуглеродной датировкой поверхностных слоев древесины определен возраст обвала как не менее чем 2000 лет.

Одной из самых грандиозных в регионе является древняя структура сейсмического происхождения в хр. Улахан-Чистай в горах Черского в Якутии, включающая огромный обвал Улахан-Чистай-3002, рухнувший с высоты 1100 м и перегородивший долину руч. Юрюн-Тас в виде плотины высотой 360 м, а также ступенчатые сбросовые уступы суммарной амплитудой 150 м, рассекающие водораздельный гребень. Объем 300 млн м3 имеет куб с ребром 670 м. Видимые горизонтальные размеры обвала 1,12,3 км. В запруженной завалом долине ручья за 4 тыс. лет накопилась песчано-гравийно-галечная толща мощностью 140 м. Вода ручья фильтруется через, сложенную крупными глыбами мраморов и мраморизованных известняков, завальную плотину, как сквозь решето, проходя под ней путь до 1,6 км. Выше завала ручей как бы ходит по кругу в поисках мест прорыва воды сквозь завал и свои собственные отложения. Здесь имеются только небольшие эфемерные подпрудные озерки.

Вследствие нередких сейсмогенных обрушений горных пород со склонов на ледники в обширных долгоживущих ледосборах – в их области абляции аккумулируются аномально крупные конечно-моренные дуги, как это наблюдается, например, у подножья хр. Улахан-Чистай в месте выхода позднеплейстоценового палеоледника Тирехтях (длиной около 70 км) в Момскую впадину [1]. Здесь сформировались и сохранились хорошо выраженными в рельефе, пожалуй, крупнейшие на Северо-Востоке России (за исключением Камчатки) конечно-моренные дуги объемами в 2,6 и 5,4 км3. Конечные морены соседних равных и более крупных древних ледосборов в несколько раз меньше тирехтяхских по объему. Причина этой аномалии видится в том, что древний ледосбор Тирехтях совпадает с современным литосбором, сейсмически возбужденным в голоцене. В пределах этого литосбора в роях палеосейсмодислокаций Тирехтях и Елау залегает полтора десятка только крупных обвалов общим объемом свыше 430 млн м3. Этот объем лишь на один порядок меньше объема отмеченных позднеплейстоценовых конечных морен, но приблизительно такая же разница присуща длительности голоцена и позднего плейстоцена. Это может служить основанием для предположения о том, что в течение позднего плейстоцена палеолитосбор Тирехтях испытал, по меньшей мере, несколько раз сейсмическую активизацию. При таких построениях необходим учет, вероятно, немалой доли в объеме конечных морен обломочного материала, сформированного до- и межледниковыми сейсмическими активизациями литосбора, а также «асейсмогенного» обломочного материала. Некоторое уточнение в оценке сейсмогенной составляющей объема конечных морен можно получить, сравнивая сейсмически деформированный в голоцене литосбор Тирехтях с соседними одноранговыми литосборами, например, р. Буордах, где нет крупных голоценовых дислокаций, и, вероятно, не было крупных сейсмических событий и в позднем плейстоцене.

Среди тектонических сейсмодислокаций особый интерес в аспекте рельефообразования представляют сейсмотектонические расщелины – V-образные в поперечном сечении, глубокие (до 100 м и более), длиной до 1 км и более, резкие (с крутыми бортами) – отрицательные формы рельефа. Они рассекают зачастую пологие и сглаженные водоразделы и склоны в низко- и среднегорьях, сложенных устойчивыми к эрозии коренными горными породами. В составе почти всех роев палеосейсмодислокаций сейсмического пояса Черского выявлено свыше 120 расщелин разных размеров. В некоторых роях, например, в Бахапчинском и Чульском их количество достигает 2-3 десятков, а вне роев они почти не встречаются.

На Северо-Востоке России нередки случаи, когда реки пересекают высокие поперечные хребты не в самых низких, и, казалось бы, не самых слабых местах, а сквозь доминирующие в рельефе гранитные интрузивы. Это: Колыма, прорезающая хр. Больших Порогов; Бахапча, прорывающаяся сквозь высокий Бахапчинский массив; Рассоха, рассекающая единственный в хр. Арга-Тас гранитный шток диаметром 6 км. Эти аномалии можно объяснить формированием расщелин именно по гранитным массивам благодаря их выходу на поверхность, сопровождаемому за счет снижения давления в гипергенных условиях землетрясениями, растрескиванием и раскрытием трещин. Эти случаи иллюстрируют начальные стадии формирования горных долин, когда тектонические расщелины перерастают в крупные эрозионные формы при совпадении их (расщелин) с активными водосборами.

Удивительная сейсмоструктура изучена в среднем течении р. Хурэндя (прит. рр. Малтан и Бахапча). Этот довольно крупный водоток (IV порядка) без видимых причин «бросил» свою хорошо разработанную долину шириной около 0,5 км по днищу и «ушел» в гору по Г-образной в плане и V-образной в поперечном сечении расщелине в коренном левом борту. Длина ее около 0,8 км; глубина – до 50-70 м; ширина по бровкам обрывистых склонов – около 100-200 м, по днищу, практически полностью занятому руслом реки, – 15-20 м. Похожих структур с резкими внутридолинными русловыми перестройками выявлено еще только две при практически полном стереоскопическом обследовании по спектрозональным космоснимкам территории Северо-Востока России. Одна из них – менее внушительная, но практически полностью морфологически подобная – обнаружена в соседней долине р. Дюгадяк и, по-видимому, связана с первой тектонически и генетически. Другая – на р. Амгуэма – расположена на Чукотке. Расщелина имеет типичный сейсмотектонический облик. Возраст ее определяется как позднеплейстоценовый-голоценовый по разрыву ею позднеплейстоценовой морены, выстилающей маломощным чехлом пологие склоны и низкие водоразделы, а также по отсутствию следов ледниковой денудации и аккумуляции в самой расщелине. Она отсекает от ограниченного крутыми обвально-осыпными склонами блока коренных пород размером 1×1,5 км в левом борту долины р. Хурэндя – близ устья руч. Нуке – фрагмент поперечником около 0,5 км. Формирование расщелины и перехват ею речного стока непротиворечиво объясняются сейсмогенными подвижками (или подвижкой) блока к востоку в сторону долины р. Хурэндя, сопровождаемыми расколом его на две неравновеликие части, срывом обвалов-оползней объемами до 1 млн м3 с пологих склонов и запрудой днища долины за счет селевых выносов из долин двух правых притоков р. Хурэндя. В долине реки выше и ниже расщелины сформировалось несколько уровней террас вследствие врезания ее в отложения подпрудного бассейна седиментации и аккумулятивного шлейфа, возникшего при размыве русла в новообразованной расщелине. На других участках долины р. Хурэндя таких хорошо выраженных в рельефе террас нет.

Выводы. Таким образом, при сейсмической активизации горных литосборных бассейнов – в них, как показывает опыт обследования плейстосейстовых областей сильных современных и древних землетрясений, формируются рои сейсмодислокаций разных морфологических типов. В процесс литосбора залпово вовлекается огромное количество обломочного материала. Он отлагается на осях литосбора в виде обвальных, осыпных, оползневых, селевых, лавинных тромбов. Возникают новые зоны дробления и подновляются старые в коренных склонах и водоразделах, становящихся уязвимыми для размыва даже маломощными временными водотоками. Нередко образуются и сейсмотектонические расщелины, порой радикально меняющие направление стока даже сравнительно крупных рек, например таких, как Хурэндя и Амгуэма.

Деформация тальвегов сбросовыми и взбросовыми уступами активизирует и замедляет эрозию на разных участках осей литосбора. Несмотря на появление многочисленных тромбов на осях литосбора, и даже благодаря этому, транспортировка обломочного материала в пределах сейсмически возбужденного литосборного бассейна резко активизируется и становится заметно дифференцированной по активным и пассивным участкам осей. Водный сток сквозь обвальные, существенно глыбовые, с малым количеством заполнителя, тромбы на осях литосбора осуществляется, пожалуй, исключительно, посредством фильтрации, без перелива через запруду.

За счет отложения блокированного тромбами потока наносов на выше расположенных участках осей литосбора формируются подпрудные бассейны седиментации с мощностью стратифицированных отложений иногда до 140 м (как у обвала Улахан-Чистай-300). Сравнительно быстро происходит суффозионно-эрозионный размыв обвальных запруд с возникновением сначала суффозионной ложбины над каналом стока, а затем и суффозионно-эрозионного каньона, подобного Чульскому.

В звеньях гидросети ниже сейсмогенных тромбов из продуктов их размыва образуются распластанные аккумулятивные шлейфы. При врезании в них водотоков возможно формирование сейсмогенно стимулированных террасовых уровней. Террасы образуются и в отложениях подпрудных бассейнов седиментации в случаях дальнейшего роста каньона и выхода его вследствие попятной эрозии за пределы тромба. Такие локальные уровни террас наблюдаются ниже и выше Чульского каньона и Хурэндинской расщелины.



На аккумулятивных шлейфах, образовавшихся из продуктов размыва тромбов в перигляциальных условиях обычно залегают крупные и многочисленные речные наледи. Есть основания полагать, что и крупнейшая в мире наледь Улахан-Тарын (длиной боле 25 км) и еще несколько менее крупных (по 10-15 км длиной) наледей Момской впадины обязаны своим происхождением расположению на таких аккумулятивных шлейфах, сформировавшихся ниже по течению от многочисленных тромбов голоценового роя палеосейсмодислокаций Тирехтях и его вероятных позднеплейстоценовых предшественников, поставлявших в гидросеть огромное количество обломочного материала, отчасти переработанного ледниками. Это подтверждается еще и тем, что по мере удаления от бассейна р. Тирехтях – в других частях обширной Момской впадины количество наледей уменьшается, и они становятся мельче.
Литература

  1. Важенин Б.П. Принципы, методы и результаты палеосейсмогеологических исследований на Северо-Востоке России. – Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2000. 205 с.

  2. Важенин Б.П. Бинарная морфологическая классификация горных обвалов // Рельеф и экзогенные процессы гор. Мат. Всероссийской научной конференции, с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения доктора географических наук, профессора Л.Н. Ивановского (Иркутск 25-28 октября 2011 г.). Иркутск: Изд-во Института географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2011. Т.1. С. 21-24.

  3. Важенин Б.П. Литосборный бассейн и некоторые другие, взаимосвязанные с ним понятия и их свойства // Основные направления развития геоморфологической теории: Тез. докл. к XVII пленуму Геоморфологической комиссии АН СССР. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1982. С. 32-34.

  4. Важенин Б.П. Литосборный бассейн как геоморфологическое явление // Теоретические проблемы современной геоморфологии. Теория и практика изучения геоморфологических систем: мат. XXXI Пленума Геоморфологической Комиссии РАН (5-9 октября 2011 г.). Отпечатано в типографии «Техноград», Астрахань, 2011. С. 110-114.

  5. Войт Б. Механика регрессивного блокового скольжения на примере развития оползня Тернагейн-Хайтс, Анкоридж, Аляска // Науки о Земле / Сила тяжести и тектоника. Т. 66. М.: Мир, 1976. С. 116-140.

  6. Чигарев Н.В., Шивков Ф.С. Геоморфологический обзор поверхностных нарушений // Дагестанское землетрясение 14 мая 1970 г. М.: Наука, 1981. С. 69-77.

  7. Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А., Скотт Р.Ф. Геологические стихии. М.: Мир, 1978. 440 с.

  8. Попова Е.В., Левкович Р.А. Поверхностные нарушения грунтов в эпицентральной зоне // Дагестанское землетрясение 14 мая 1970 г. М.: Наука, 1981. С. 77-92.

  9. Walker B. Earthquake. Alexandria, Virginia: Time-Life Books. 1982. 176 p.

  10. Никонов А.А. Активные разломы и палеосейсмодислокации в эпицентральной области Спитакского землетрясения 7/ХП 1988 г. в Северной Армении // Современная геодинамика, активные разломы и сейсмическое районирование. М.: ГИН АН СССР, 1990. С. 21-23.

  11. Рогожин А.Е., Рыбаков Л.Н., Богачкин Б.М. Сейсмодеформации земной поверхности при Спитакском землетрясении 1988 г. // Геоморфология. 1990. № 3. С. 8-19.

  12. Рогожин Е.А., Богачкин Б.М. Природа сейсмической активизации Кавказа // Природа. 1993. № 4. С. 32-41.

  13. Николаев В.В., Семенов Р.М. Обвальные фации – индикатор сильных землетрясений // Генезис рельефа: Тез. докл. Иркут. геоморфол. семинара. Иркутск: ИЗК СО РАН, 1995. С. 69-71.

  14. Апродов В.А. Зоны землетрясений. (Природа мира). – М.: Мысль, 2000. 461 с.

  15. Барышников Г.Я., Имаев В.С. Следы геоморфологических преобразований рельефа в эпицентре землетрясения на Алтае и их интерпретация // Проблемы современной сейсмогеологии и геодинамики Центральной и Восточной Азии: Материалы совещания. Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2007. В 2-х томах. Т. 1. С. 29-32.

  16. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б. Ледники. М.: Мысль, 1989. 447 с.

1 Курсивом выделены географические объекты, исследованные автором не только дистанционно, но и в «поле».


2 Здесь и далее число в названии гравитационного тела означает его объем в млн м3.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница