Изучение последствий сильных землетрясений в прибрежных зонах Болгарии и Таманского полуострова Западного Кавказа (по историческим, археологическим и палеосейсмогеологическим данным) с целью новой оценки сейсмической опасности в этих регионах.

(Грант РФФИ 18-55-18014 Болг_а)

 

В последние годы во всём мире растет интерес к исследованиям, направленным на выявление активных разломов, их сегментации, определении сейсмического потенциала и повторяемости сильных землетрясений – данным необходимым для сейсмического прогноза. Очень часто очаги сильных и умеренных землетрясений, способных генерировать интенсивные сейсмические колебания и опасные геологические явления, приурочены к зонам так называемых «слепых» разломов, разрывная плоскость которых не достигла поверхности. Данные разломы с трудом могут быть изучены методами палеосейсмогеологии. В таких случаях огромную помощь могут оказать методы сейсмического профилирования и археосейсмологии, которые можно использовать для оценки сейсмической сотрясаемости конкретного участка местности при конкретном сильном землетрясении, произошедшем сотни или даже тысячи лет назад. Подобные методы широко используются в мировой сейсмотектонике и археосейсмологии, и участники проекта используют в своей работе именно такой подход.

В рамках данного проекта, использовался единый комплекс методов, разработанных российскими и болгарскими участниками для изучения проявлений древней сейсмичности в причерноморских частях Болгарии и Таманского полуострова на Северо-Западном Кавказе позволяет составить ясное представление о длительной сейсмической истории данных двух сегментов Альпийского пояса. Имеющийся у обеих исследовательских групп опыт проведения полевых исследований в обоих регионах дает возможность получить сходные и сопоставимые палеосейсмологические и археосейсмологические результаты для северного Причерноморья в целом.

Сейсмотектоника и долговременный сейсмический режим Болгарии изучены относительно неплохо. Отчасти, этому поспособствовала сейсмическая активизация XIX – начала XX вв. с несколькими сильными землетрясениями и большая выразительность геоморфологических проявлений активных разломов. Лучше всего изучены активные структуры альпийской складчатой системы Балканид (хребет Стара Планина) и Родопского выступа кристаллического фундамента, где ярко проявлены активные сбросы и сбросо-сдвиги. С одним из них (разлом Крупник) четко увязывается сильное землетрясение 4.04.1904 с Mw=7, вызвавшее образование сбросового уступа высотой 2 м и длиной около 20 км. На этом фоне менее всего изучена Мизийская плита – молодая платформа, которая сформировалась в нынешнем виде на новейшем этапе развития. Плита расположена в центральной части Карпато-Балканской орогенной системы, между горными сооружениями Карпат и Балкан. В настоящее время в сейсмическом отношении плита – слабоактивный регион, в котором происходят редкие, слабые землетрясения. В то же время, проведенные здесь исследования позволили выявить признаки позднеголоценовой сейсмотектонической активности в зоне Интрамизийского разлома, пересекающего Мизийскую плиту в северо-западном направлении. Аналогичная ситуация обнаруживается и на Таманском п-ове, где, несмотря на современное сейсмическое затишье, выявлены следы сильных землетрясений относительно недалекого прошлого, последнее из которых произошло в середине XVIII в. В таких регионах при оценке сейсмической опасности все большее значение приобретают методы архео- и палеосейсмологии. Благодаря многочисленности и разнообразию разновозрастных архитектурных памятников древности в таких регионах как Болгария или Тамань, особенное значение приобретают методы археосейсмологии.

Участниками проекта были собраны и проинтерпретированы новые данные о проявлениях древних сейсмических событий, повлиявших на археологические памятники на Северном болгарском побережье Черного моря. Почти все сейсмические воздействия на исследуемые археологические объекты, сооружения (раскопанные или поверхностные) или горные породы выражаются в виде упавших камней или кирпичей, трещин или различных деформаций. Калибровочная кривая, полученная по данным карты макросейсмических проявлений землетрясения с М=7. 2, произошедшего 31 марта 1901 года, использована для преобразования наблюдаемых сейсмических эффектов в значения интенсивности воздействий на исследуемые объекты. Вариации расстояний и соответствующих интенсивностей дают возможность восстановить силу сейсмического воздействия и направления его распространения. Всего было исследовано восемь исторических и археологических памятников на Северном болгарском побережье Черного моря.

В ходе работ по проекту на территории северо-восточной Болгарии была исследована структура системы разломов с целью оценки их современной активности. Проведенный комплекс геолого-геофизических исследований, дал представление об их глубинном строении. Были получены результаты полевого исследования юго-восточной, болгарской части этих разломных систем с применением комплекса геолого-геоморфологического, палеосейсмогеологического и археосейсмического методов. На основании этих результатов была проведена структурная сегментация зоны Интрамизийского разлома и выявлены особенности его пересечения с дизъюнктивами другой структурной ориентировки. Также были получены данные, определяющие степень геологической и сейсмической активности оперяющих его тектонических нарушений. Выявлены следы древних землетрясений, оставивших поверхностные сейсморазрывы (Кардамский меридиональный разлом) и приведшие к разрушению античной крепости в археологическом заповеднике Яйлата, а также других археологических объектов и определены возраст и магнитуда этих палеоземлетрясений. Были проведены палео- и археосейсмологические исследования на энеолитическом археологическом памятнике Дуранкулак в Северо-Восточной Болгарии, на котором было выявлено значительное количество разновозрастных деформаций сейсмогенного происхождения, связанных с двумя сейсмическими событиями, ответственными за эти разрушения.   Очаг первого очевидно связан с Интрамизийским активным разломом, ответственным за возникновение сильного землетрясения 1444 г. Очаг второго сейсмического события находился неподалеку – в прибрежной части Черного моря; вероятно за его возникновение ответственна Шабла-Калиакренская сейсмогенерирующая зона. Кроме того, проведенны археосейсмические исследования в епископальной базилике г. Варны, которые выявили ряд сейсмических деформаций в ее стенах: многочисленные выдвижения, наклоны и повороты частей стен вокруг вертикальной оси, а также сквозные трещины, пробивающие несколько каменных блоков подряд. Выявляется кластер из (по меньшей мере) трех сейсмических событий, произошедших во временной интервал в сто лет: начало 5-го – начало 6-го веков н.э. Сейсмические очаги располагались вдоль сейсмоактивных разломов, локализованных к северу и югу от Варны. Местная интенсивность сейсмических колебаний при изученных землетрясениях достигала 9 баллов по шкале МСК-64. Интенсивность сейсмических колебаний была усилена неблагоприятными грунтовыми условиями в месте строительства базилики.

На Таманском полуострове также были проведены аналогичные по методическому подходу геолого-геофизические и геоморфологические исследования по изучению глубинного строения основных сейсмоактивных разломов (составлены профили с использованием метода микросейсмического зондирования - ММЗ по линиям Вышестеблиевкая-Кучугуры, коса Тузла, а также два разреза через активизировавшийся грязевой вулкан Гора Карабетова).

Проведенное археосейсмическое обследование археологического памятника Гермонасса-Тмутаракань позволило выявить ряд характерных сейсмических деформаций в строительных конструкциях. Особенности этих деформаций и их расположение на разных уровнях археологического разреза позволяют прийти к заключению о минимум пяти сильных сейсмических событиях, оставивших свои следы в археологическом памятнике: три - в греческое время, в античный период и два – в стенах строений средневекового (хазарского) периода.  Археосейсмическими исследованиями в стенах древней крепости Горгиппии на Таманском полуострове был выявлен ряд сейсмически наведенных повреждений и разрушений. Некоторые из этих деформации могли образоваться во время сильных исторических землетрясений в III и I веках до н.э., а также в I и III веках н.э., которые сопровождались локальными разрушениями и пожарами. Суммируя все материалы по историческим землетрясениям Таманского полуострова, можно заключить, что сейсмический потенциал региона определяется возможностью возникновения коровых землетрясений с М ≥ 7.0 со средней частотой – одно землетрясение в несколько сотен лет. Сейсмические сотрясения от таких природных событий составляют в очаговой зоне I0 = IX баллов и более.

Кроме того, за время проекта были проведены комплексные геолого-геофизические исследования в крупнейших флексурно-разрывных и разломно-складчатых зонах на Северо-Западном Кавказе (Анапской, Ахтырской, Молдаванской, Карабетовской, Фанагорийской и Приазовской антиклинальных гряд, разломов Пшеха-Адлерского, Керченского пролива, Керчь-Тузлинского). В качестве основного геофизического метода применялся метод микросейсмического зондирования (ММЗ). Исследования с помощью ММЗ позволили выявить особенности глубинного строения земной коры в зоне исследований и связать их с конкретными тектоническими структурами на поверхности. Привязка осуществлялась путем согласования результатов ММЗ, параметров разреза осадочного чехла и коровых границ раздела по данным бурения и выполненных ранее работ методом МОВЗ. Таким образом было выяснено, что Анапская флексура и продольные тектонические зоны имеют под собой четкие глубинные корни. Транскавказская Анапская флексурно-разрывная зона отделяет периклиналь Северо-Западного Кавказа от области Таманского полуострова, а продольные флексуры и разрывные структуры - мегантиклинорий от опущенных Западно-Кубанского, Азовского, блоков северного склона складчатой системы и Керченско-Таманского прогиба южного обрамления Северо-Западного Кавказа. Разломы в зоне исследования разделяются на глубинные, проникающие в низы коры и даже в верхи мантии, и приповерхностные, не выходящие в недрах за пределы толщи осадочного чехла. Определена сейсмогенерирующая роль данных тектонических нарушений в исследуемом сейсмоактивном регионе.

На основании проведенного изучения системы имеющихся сейсмостратиграфических профилей на шельфе юго-западной части Черного моря удалось сделать следующие выводы:

- на всех временных разрезах интерпретированных профилей зафиксированы специфические седиментационные единицы, сформировавшиеся при каждом изменении морского уровня в четвертичном периоде;

- в течение четвертичного периода осуществлялась латеральная проградация шельфа в восточном направлении.

Подобные комплексные и детальные исследования в регионе авторами отчета проведены впервые. В связи с крайней ограниченностью литературных источников и инструментальных сейсмологических данных о землетрясениях, архео- и палеосейсмологические исследования приобрели важнейшее значение.

Полученные результаты полностью соответствуют мировому уровню научных исследований в данной области.

 

Сейсмогенерирующие зоны северо-восточной Болгарии по разным данным с эпицентрами землетрясений по данным каталогов: [Grünthal, Wahlström, 2012; Stucchi et al, 2012].

1-3 – активные разломы Черноморского шельфа по данным [Dimitrov et all 2005] (Mmax: 1 – 6.0.-6.5; 2 – 6.6-7.0; 3 – 7.05-7.15); 4 – границы сейсмогенерирующих зон по данным [Boncev et al, 1982] с указанием Mmax (SK – Шабла-Калиакренская; GO – Горнооряховская; D – Дуловская); 5 – активные разломы по данным обобщения карт активной тектоники, выполненного: [Solakov et al, 2009; Basili et al, 2013]; 6 – потенциально и предположительно активные разломы по данным [Matova et al, 1996; Kotzev et al, 2006; Solakov et al, 2009].