Сильные землетрясения в российской части Фенноскандинавского щита за последние 13 тысяч лет

Введение

Российская часть Фенноскандинавского (Балтийского) щита никогда не отражалась на картах сейсмического районирования (1937, 1948, 1968, 1978, 1997, 2012, 2016 годов) в качестве опасной территории. В каталоге сильных землетрясений на территории СССР [12], изданном в 1977 году, для этого региона указано лишь одно заметное сейсмическое событие – имевшее магнитуду около 6,5 и произошедшее в 1626 году.

Однако геолого-геоморфологические исследования ряда зарубежных ученых, начатые в конце 1990-х годов, и чуть более поздние палеосейсмогеологические работы российских исследователей с полной определенностью показали, что разные части Фенноскандии (Фенноскандинавский щит, норвежские каледониды, прилегающие с востока части Восточно-Европейской платформы) испытывали в поздне- и послеледниковое время сильные и даже разрушительные землетрясения (например, рис. 1–5). То есть выяснилось, что слабая сейсмичность Фенноскандии в последние одно-два столетия совершенно не отражает потенциальную сейсмическую опасность этой недооцененной сейсмогенерирующей провинции [6, 10].

Это и побудило авторов к углубленному изучению данного региона в сейсмологическом аспекте.

Рис. 1. Сейсмогенный раскол сопки-вараки на две половины во время древнего землетрясения [4]

Рис. 2. Сейсмогенный сброс на водоразделе озер Бабинская Имандра – Вадозеро на юго-западе Кольского региона [5]

Рис. 3. Сейсмогенные расколы и трещины зияния в гнейсо-гранитах, нарушающие ледниковую полировку скал в районе поселка Шонгуй на севере Кольского полуострова [5]

Рис. 4. Сейсмогенный разломный уступ высотой около 60 м (пересекает весь снимок на заднем плане), находящийся недалеко от деревни Палтега Медвежьегорского района Республики Карелия [14]

Рис. 5. Сейсмодислокации в гранитоидах Мурманского побережья Баренцева моря (фото А.Д. Лукашова) [2]

Цели и методики исследований

В процессе работы над материалами по российской части Фенноскандинавского щита авторы преследовали следующие цели:

• собрать и обработать результаты геологических, геоморфологических, геофизических и иных исследований разных авторов по проявлениям активных разломов и деформаций в поздне- и послеледниковое время;
• использовать все возможные способы учета и параметризации данных, получаемых разными методами для периода за последние 12–13 тыс. лет;
• выделить сейсмолинеаменты (то есть линейные зоны с признаками активных разломов и эпицентральных областей землетрясений), в том числе с магнитудой не менее 6;
• проанализировать пространственно-временные закономерности сейсмических процессов в масштабе столетий и тысячелетий с целью определения максимальных магнитуд потенциальных землетрясений и интервалов их возможного повторения по зонам ВОЗ (возникновения очагов землетрясений);
• подготовить и проанализировать усовершенствованную базу данных для обновления каталога землетрясений прошлого.

Последний пункт имел особое значение, поскольку каталог – это фундамент для определения долговременных характеристик сейсмичности (оценок максимальных магнитуд и интенсивности сейсмических воздействий, потенциальных очагов землетрясений и др.).

Отметим, что информация по землетрясениям раннеинструментального периода собиралась и обрабатывалась с учетом инструментальных записей и макросейсмических данных.

В дополнение к существовавшим для рассматриваемой территории каталогам было составлено три подкаталога (в соответствии со спецификой исходных сведений и способом обработки) – «исторический», «археосейсмический» и «палеосейсмический».

Подкаталог «исторических» землетрясений, в отличие от каталогов компилятивных, составлялся первым автором как исследовательский: заново собирались и критически анализировались первичные макросейсмические сведения в соответствии с современными требованиями к работе с историческими источниками, а на этой основе полностью пересматривались параметры сейсмических событий. Благодаря этому удалось ликвидировать неточности, ошибки и путаницу в известных литературных источниках, а также обнаружить сведения о землетрясениях прошлого в целом ряде редких, забытых или неизвестных публикаций на разных языках. Одним из важных результатов явилось исключение из каталога сотрясений, которые имели провальное, морозобойное или другое нетектоническое происхождение.

Подкаталоги по «доисторическим» событиям («археосейсмическим» и «палеосейсмическим») составлялись по археосейсмическим и геолого-геоморфологическим данным. С 1997 года авторами (с участием А.П. Сергеева и А.М. Мийдела) систематически велись исследования палеосейсмогеологической направленности с полевыми работами – в основном в пределах Ленинградской области, южной части Республики Карелия (а также по южному побережью Финского залива в пределах Республики Эстония). Помимо геологических сведений массово привлекались материалы по вторичным нарушениям рельефа и грунтов. Определение основных параметров землетрясений осуществлялось на основе принятых сейсмотектонических соотношений и разработанной методики параметризации нарушений в скальных породах [9, 13].

Составленные подкаталоги включили расширенную информацию о сильных землетрясениях в регионе (с магнитудой не менее 5,5–5,8) за последние 12–13 тыс. лет.

В результате для российской части Фенноскандинавского щита к 15 землетрясениям, произошедшим за «историческое» время (с XVII века по 1974 г.), да и то только для северной части региона, которые вошли в упомянутый выше базовый каталог [12] для готовившейся карты общего сейсмического районирования ОСР-2012, к 2011 году было добавлено еще 21 сильное сейсмическое событие [9], а к 2015 году их число возросло до 173 [10]. Причем львиная доля землетрясений была добавлена не за счет регистрации новых событий после 1974 года, а благодаря выявлению более ранних, в том числе древних землетрясений (рис. 6).

На рисунке 7 представлена карта основных сейсмолинеаментов восточной части Фенноскандинавского щита с выявленными землетрясениями, имеющими магнитуды не менее 6.

Рис. 6. Эпицентры землетрясений прошлого на исследуемой территории: 1 – отраженные на карте ОСР-97 в соответствии с базовым каталогом [12]; 2 – согласно каталогу авторов, составленному в 2011 году [9]; 3 – согласно расширенному каталогу авторов, составленному в 2015 году [10]

Рис. 7. Карта основных сейсмолинеаментов восточной части Балтийского щита с выявленными землетрясениями прошлого, имевшими магнитуды не менее 6. Участки, рассмотренные в статье в качестве примеров, обведены черными рамками (наверху – зона Мурманского сейсмолинеамента, внизу – Восточно-, Северо-, Западно-Ладожские и Вуоксинский сейсмолинеаменты) (по [10])

Примеры результатов исследований для зоны Мурманского сейсмолинеамента

В разных частях Мурманского побережья сейсмодеформации обнаруживались еще до войны А.Ф. Миддендорфом, И.К. Кузнецовым, В.П. Зенковичем, Н.П. Лупановой. В последние десятилетия их идентифицировали многие исследователи – И.Г. Авенариус, С.Б. Николаева, А.В. Спиридонов, Д.С. Зыков, А.С. Балуев, А.Л. Стром, Н.Н. Верзилин, А.В. Мараханов, Ф.А. Романенко, А.А. Лукашов и др. (см. рис. 7). В Институте физики Земли РАН сейсмонарушения в результате землетрясений интенсивностью не менее 8–9 баллов теперь параметризуются в терминах сейсмических явлений и каталогизируются в виде стандартной строки.

Для Мурманской зоны удалось примерно в одинаковой мере собрать и обработать материалы по инструментальному, «историческому» и «доисторическому» периодам [7]. Результаты исследований наглядно продемонстрировали принципиальную важность использования палеосейсмологического метода оценки долговременной сейсмической опасности и недостаточность применения в этих целях (применительно к Фенноскандинавскому щиту) только данных инструментальных наблюдений и слабо проработанного каталога событий «исторического» периода (табл. 1).

Таблица 1

Сравнение максимальных магнитуд M_max для зоны Мурманского сейсмолинеамента за разные отрезки времени (по [10])

По интенсивности проявлений «исторических», «доисторических» и палеоземлетрясений, а также по структурно-кинематическим характеристикам Мурманскую сейсмоактивную зону можно разделить на 3 сектора, в каждом из которых была оценена повторяемость событий по разным магнитудам (табл. 2).

Таблица 2

Приблизительные периоды повторяемости (тыс. лет) сильных землетрясений с разными магнитудами в зоне Мурманского сейсмолинеамента (по [10])

Важные особенности, выявленные разными методами и разными исследователями почти вдоль всего Мурманского побережья, заключаются в том, что на суше и на прилежащем шельфе вблизи берега сеть линеаментов (по разломам) гуще и выразительнее, а также там гораздо чаще встречаются молодые расщеления и скальные обвалы. Часть из этих нарушений (как в скальных породах, так и в рыхлых отложениях) была отнесена к палеосейсмодеформациям – следам мощных позднеплейстоценово-голоценовых землетрясений.

Примеры результатов исследований для зоны Ладожского грабена

Для более крупных и лучше изученных сейсмолинеаментов удалось выполнить экспертные оценки максимальных магнитуд (М_max) и периодов повторяемости (T) сотрясений с разными магнитудами (M), в том числе для зоны Ладожского грабена, которая наиболее близка к Санкт-Петербургу и многим особо ответственным инженерным объектам. Она была подразделена на несколько сейсмогенерирующих зон. В таблице 3 для них показаны приблизительные оценки М_max и Т.

Таблица 3

Экспертные оценки повторяемости (тыс. лет) сильных землетрясений в зоне Ладожского грабена (по [10])

Следует подчеркнуть, что без использования палеосейсмологического подхода подобные оценки было бы невозможно получить даже в виде допущений. Конечно, они носят ориентировочный характер и вряд ли без серьезных дополнительных исследований могут быть использованы для суждений о текущем сейсмической режиме [1, 3, 7–9, 15]. Но все же они дают возможность оценивать значения максимальных магнитуд и периоды повторяемости сильных землетрясений в соответствующих зонах, что необходимо для проектирования строительных объектов, особенно повышенной ответственности.

Принципиальным является то, что вместо прежних оценок максимальных магнитуд в интервале 5,0–5,5, сделанных по короткому ряду наблюдений для Ладожско-Ботнической зоны в целом, теперь получены значения M_max в диапазоне 6,5–7,0 для периодов длительностью в тысячелетия.

Некоторые общие результаты

Помимо приведенных выше примеров подобные экспертные оценки были выполнены и для большинства других выделенных сейсмолинеаментов в российской части Фенноскандинавского щита (табл. 4).

Таблица 4

Параметризация сейсмолинеаментов в российской части Фенноскандинавского щита для использования при сейсмическом районировании (по [10])

Важно, что вместо использованного ранее при сейсмическом районировании максимального периода около 400 лет при анализе были охвачены последние 12–13 тыс. лет. При этом удалось выделить в основном землетрясения с магнитудами не менее 6 и интенсивностью не менее 8 баллов, то есть такие события, которые за последние 400 лет ранее почти не фиксировались.

Хотя такие сильные землетрясения за последние 12–13 тыс. лет обнаруживались по всей рассматриваемой территории, все же в основном они сосредоточивались в зонах с геолого-геоморфологическими признаками активных разломов, образуя сейсмолинеаменты. Таких вытянутых сейсмогенерирующих зон с очагами землетрясений, имевших магнитуды не менее 6, в российской части Фенноскандинавского щита было выделено 12. Наиболее крупными и обеспеченными исходными данными являются Мурманский, Кандалакшские, Онежские и Ладожские сейсмолинеаменты. Важно, что в каждом из них (а для самых крупных и в каждом секторе) и/или в их группах, установлено по нескольку мощных землетрясений прошлого, которые происходили в позднеледниковый период и в голоцене, включая поздний голоцен (вплоть до последних 0,5 тыс. лет).

Ряд других признаков и зарубежные данные указывают на то, что движущие силы сейсмогенеза на рассматриваемой территории – это не только (а в голоцене – и не столько) гляциоизостатическое выравнивание земной коры, но и общерегиональная геодинамика, то есть тектогенез в «чистом» виде.

В южной части региона (в Южном Приладожье, в окрестностях Финского залива) общий уровень сейсмичности по плотности событий и предельным магнитудам заметно слабее. Здесь события с магнитудами 6,5 и более не выделяются, частота выявленных более слабых землетрясений меньше, но сотрясения интенсивностью 7–8 баллов (и даже несколько выше) случались.

Заключение

На картах общего сейсмического районирования ОСР-2012 и ОСР-2016 в пределах российской части Фенноскандинавского щита показан только один сейсмолинеамент – Кандалакшский, выделенный на основе единственного сильного землетрясения «исторического» периода в акватории Белого моря. Хотя следует отметить, что и это одно событие существенно изменило определение сейсмической опасности на указанных картах в расчете на 0,5; 1,0 тыс. лет и более по сравнению с картой сейсмического районирования 1978 года (СР-78), где вся рассматриваемая территория была показана как почти асейсмичная (с интенсивностью возможных сейсмических событий не более 5).

Однако, если бы карта с 12-ю сейсмолинеаментами, усовершенствованный подкаталог «исторического» периода и заново составленный каталог по «доисторическому» периоду, переданные авторами в сентябре 2014 года в рабочую группу по подготовке нового комплекта карт общего сейсмического районирования, были бы включены в обработку, то карты ОСР-2016 B, C, D изменились бы кардинально. Но, к сожалению, этого не произошло. Остается лишь надеяться, что указанные материалы будут учтены при следующем усовершенствовании карт ОСР, тем более что к тому времени прибавится данных по рассматриваемым вопросам, ибо активные исследования в этом направлении продолжаются.

Список литературы

1. Глубинное строение и сейсмичность Карельского региона и его обрамления / под. ред. Н.В. Шарова. Петрозаводск, 2004. 352 с.
2. Лукашов А.Д. Геоморфология (10 фактов об изучении неровностей земной поверхности) // FAQ. 17.06.2014. URL: https://postnauka.ru/faq/26523.
3. Мараханов А.В., Романенко Ф.А. Новые данные о послеледниковых сейсмодислокациях Северной Карелии (Карельский берег Белого моря) // Материалы Всероссийской конференции «Геодинамика и экология Баренц-региона в XXI веке», г. Архангельск, 15–17 сентября 2014 г. С. 137–140. CD-ROM.
4. Николаева С.Б. Геолого-геоморфологический очерк территории Лапландского заповедника и уникальные геологические объекты природного наследия // Веб-сайт «Лапландский государственный природный биосферный заповедник». Дата последнего обращения: 12.01.2019. URL: http://www.laplandzap.ru/pages/47/.
5. Николаева С.Б., Евзеров В.Я. К геодинамике Кольского региона в позднем плейстоцене и голоцене: обзор и результаты исследований // Вестник ВГУ. Серия: Геология. 2018. № 1. С. 5–14. URL: http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/heologia/2018/01/2018-01-01.pdf.
6. Никонов А.А. Фенноскандия – недооцененная сейсмогенерирующая провинция // Сборник трудов 4-х Геофизических чтений им. В.В. Федынского. М.: Научный мир, 2003. С. 207–214.
7. Никонов А.А., Николаева С.Б. Линеамент Карпинского на границе Фенноскандинавского кристаллического щита и Баренцевой плиты как активная тектоническая и сейсмическая зона // Материалы Международной научной конференции «Комплексные исследования природы Шпицбергена и прилегающего шельфа», г. Мурманск, 6–8 ноября 2014 г. М.: ГЕОС, 2014. Вып. 12. С. 232–237.
8. Никонов А.А., Фроль В.В., Шварев С.В. Землетрясения, новейшие разломы и особенности рельефа Беломорского бассейна // Материалы 20-й Международной научной конференции (школы) по морской геологии «Геология морей и океанов». М., 2013. Т. 5. С. 204–208.
9. Никонов А.А., Шварев С.В. Землетрясения доисторического периода в системе совершенствования оценок сейсмической опасности (Восточно-Европейская платформа и ее обрамление) // Материалы 7-й Общероссийской конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», г. Москва, 15–16 декабря 2011 г. С. 224–227.
10. Никонов А.А., Шварев С.В. Сейсмолинеаменты и разрушительные землетрясения в российской части Балтийского щита: новые решения для последних 13 тысяч лет // Материалы Международной конференции «Геолого-геофизическая среда и разнообразные проявления сейсмичности», г. Нерюнгри, 23–25 сентября 2015 г. Нерюнгри: Изд-во Технического института (ф) СВФУ, 2015. С. 243–251.
11. Никонов А.А., Шварев С.В., Сим Л.А., Родкин М.В., Биске Г.С., Маринин А.В. Скальные палеосейсмодеформации на Карельском перешейке (ключевой участок «Пещеры Иностранцева», Ленинградская область) // Доклады Академии наук. 2014. Т. 457. № 5. С. 591–596.
12. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен по 1974 г. / под ред. Н.В. Кондорской, Н.В. Шебалина. М.: Наука, 1977. 586 с.
13. Родкин М.В., Никонов А.А., Шварев С.В. Оценка величин сейсмических воздействий по нарушениям и смещениям в скальных массивах // Геодинамика и тектонофизика. 2012. Т. 3. № 3. С. 203–237.
14. Сыстра Ю.Й., Спунгин В.Г. Некоторые типы послеледниковых сейсмодислокаций Республики Карелия (Россия) и Эстонии // Материалы 14-й Международной конференции «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными». Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. Часть 2. C. 245–249. URL: http://www.ene.ttu.ee/maeinstituut/artiklid/2008/2%20Systra,%20Spungin%20Petroskoi%202008.pdf.
15. Шварев С.В. Структурная позиция, ледниковый и сейсмогенный рельеф г. Воттоваара (Средняя Карелия) // Материалы Всероссийской конференции «7-е Щукинские чтения. Геоморфологические ресурсы и геоморфологическая безопасность: от теории к практике». М., 2015. С. 202–205.

Заглавное фото: http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/heologia/2018/01/2018-01-01.pdf.