Исследование Земли из Космоса, 2021, № 3, стр. 45-54

ВВЕДЕНИЕ

Статья является логическим продолжением предыдущей (Неволин, 2015), в которой автор по материалам космической съемки выделил Юкки-Токсовскую зону активных разломов и обосновал ее тектоническую активность в позднеплейстоценовое время. В настоящей статье приведены признаки тектонической активности данной территории в голоцене. Для поиска палеосейсмодислокаций используются материалы аэрокосмических съемок поверхности Земли.

Линеаментный анализ материалов аэрокосмических съемок является одним из методов выделения активных разломов. Анализ материалов космической съемки проводится по изменениям тона, различиям рисунка и структуры изображения. Одним из элементов изображения являются линеаменты – линейные градиенты плотности тона, часто представленные на снимке в виде нитевидных линий, имеющих ширину 20–30 м на местности. Линеаменты, как проявленные в ландшафте зоны трещиноватости, часто соответствуют разломам осадочного чехла и фундамента. Участки концентрации параллельных линеаментов образуют линеаментные зоны. Линеаменты служат каналами миграции подземных вод и газов и являются участками дислокации горных пород. Для выяснения природы линеаментов проводится анализ геолого-геофизических данных, полевые наблюдения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена на основе совместного использования архивных материалов космической фотосъемки и изображений Google Earth, где в основу цифровой модели рельефа положена информация миссии SRTM. Вначале на космических снимках выделяются линеаменты, концентрические структуры и другие детали изображения. В дальнейшем эти объекты сравниваются с данными Google Earth, детализируются и по характерным точкам привязываются к системе координат. Затем с помощью Google Earth, которая интегрирована с глобальной навигационной системой GPS, планируются наземные маршруты.

Исследованиями последних лет установлено, что на Балтийском щите и его юго-восточном склоне в голоцене происходили землетрясения с магнитудой М = 7.0 и более (Никонов, Шварев, 2014). Зоны концентрации землетрясений часто приурочены к крупным разломам северо-западной ориентировки. В то же время разломы северо-восточного простирания менее масштабны и недостаточно изучены. Один из разломов северо-восточного направления выделен автором как Юкки-Токсовская (Охтинская) сейсмическая зона (Неволин, 2015), примыкающая к северной границе Санкт-Петербурга. Здесь обнаружены новые обнажения четвертичных пород с разрывными тектоническими нарушениями заметной амплитуды (рис. 1).

Рис. 1.

Фрагмент Юкки-Токсовской зоны разломов. 1 – разлом и его номер, 2 – обнажения с разрывами, 3 – группа уступов и ее обозначение, 4 – участок детальных работ, 5 – сейсморазрывы.

Максимальная сила палеоземлетрясений этого района оценивается в 7.0М и более согласно формулам (Стром, Никонов, 1999) по соотношению максимального смещения по разрывам и магнитуды (табл. 1).

В новейшем исследовании (Лунина, Гладков, 2017) предложен метод вычислений магнитуд землетрясений по параметрам кластических даек сейсмогенного генезиса. Получены формулы связи магнитуды с высотой и мощностью кластических даек. На площади Юкки-Токсовской зоны выявлен ряд кластических даек в четвертичных породах. Параметры даек можно использовать для оценки магнитуды палеоземлетрясений района исследования (табл. 2).

Для применения этого метода на данной территории следует учесть состав пород, трещиноватость, особенности гидрогеологии, для чего нужны специальные исследования. Отсюда следует неоднозначность оценок магнитуд для этого района по данному методу.

Возраст палеоземлетрясений этой территории оценивается как позднеплейстоценовый–раннеголоценовый. В то же время нарушения рельефа в виде палеосейсмодислокаций позволяют выявить землетрясения более позднего возраста. С помощью программы Google Earth определяются высоты рельефа поперек осей разломов и линеаментов, по разнице высот вычисляются уклоны. Согласно измерениям на тестовых участках, палеосейсмодислокации развиты на склонах с крутизной более 10°–15°, поэтому выделяются аналогичные площади.

Поиск сейсмодислокаций на этих участках выполняется путем геоморфологического профилирования вкрест простирания осей разломов и линеаментов. Измерение сейсмодислокаций и прилегающих склонов выполняется с помощью электронного уклономера точностью 0.2°. Привязка точек наблюдения проводится посредством электронного навигатора GPSmap60CSX, точность которого достигает 2 м.

Всего обнаружено около 50 палеосейсмодислокаций, в том числе 40 сейсмогенных уступов, 12 из них вскрыты канавами (табл. 3). Одним из критериев выделения сейсмогенных уступов является положение их вблизи осей разломов в полосе шириной порядка 500 м. Также уступы имеют характерный продольный профиль с максимальной высотой в центре и минимальной по краям. Доказательством их сейсмогенной природы является вскрытие канавами и обнаружение разрывов со смещением пород (рис. 2).

Рис. 2.

Геологический разрез канавы К10. Условные обозначения: 1 – почва, 2 – песок, 3 – супесь, 4 – разрывное нарушение.

Стенка канавы нарушена сбросом амплитудой 0.8 м, сместитель падает на юго-восток под углом 62°.

При работах погребенные почвы не встречены, поэтому возраст уступов оценивается на основании уменьшения их уклонов с течением времени.

Так, в Прибайкалье проведены исследования более 40 палеоземлетрясений с массовыми замерами параметров уступов, проходкой их канавами и отбором проб на радиоуглеродное датирование. Это позволило установить градацию уклонов сейсмогенных уступов и связанных с ними возрастов (Чипизубов и др., 2009): 44° – 1315–1742 лет, 37° – 508–1071 лет, 32–36° – 3990–4840 лет, 31° – 4299 лет, 22°–27° –7668 лет, 24° – 9116–9305 лет.

В нашем случае есть два основных типа сейсмогенных уступов, крутые и относительно пологие, имеющие уклоны соответственно 38°–46° и 32°–36° (табл. 3). Используя данные (Чипизубов и др., 2009) в качестве ориентира, время образования крутых уступов можно отнести к позднему голоцену, пологих – среднему голоцену. Кроме того, обнаружены выпуклые перегибы склонов с уклонами 20°–25°, которыe рассматриваются как раннеголоценовые сейсмогенные уступы.

Следует учесть неопределенность данных оценок применительно к нашему району с иными геологическими и географическими особенностями.

Часто уступы образуют цепочки, обозначая поверхностный сейсморазрыв землетрясения.

Крутые уступы 7(C), 4(F), 27(L), 33(М), 37(N), 40(N) вскрыты канавами К1, К2, К3, К5, К10, К11, К13, К14. По данным измерений в этих канавах максимальных амплитуд перемещений пород сила землетрясения позднеголоценового возраста составляет 7.0М (табл. 1, К10, К14 ). Оценка магнитуды по параметрам кластических даек дает значение 7.2М (табл. 2, К2).

Возможно, данное землетрясение силой 7.0–7.2М приходится на период сейсмической активности Приладожья, где возраст Свирьско-Оятского палеособытия с магнитудой более 6 оценивается от 2.0 до 4.5 тыс. лет, более вероятно 2–3 тыс. лет (Бискэ и др., 2009; Шитов и др., 2010).

Пологие уступы 8, 11(D),1 8(G), 25(H), 26(K), 36(М) пройдены канавами К4, К7, К6, К9, К8, К12. Анализ максимальных амплитуд разрывов пород в канавах дает оценку силы землетрясения среднеголоценового возраста в 6.7М. (табл. 1, К4 ). Аналогичный расчет по размерам даек показывает величину 6.8М (табл. 2, К9 ).

Известно, что 3–6 тыс. лет назад в центре Санкт-Петербурга было землетрясение силой 5–6 баллов (Аптикаев и др., 2011). Вероятно, эти сотрясения являются отголоском землетрясения среднеголоценового возраста в 6.7–6.8М в Юкки-Токсовской зоне, так как авторы указывают на горизонтальный импульс СВ–ЮЗ направления.

Значительная часть сейсмогенных уступов находится в районе п. Мистолово (рис. 3).

Рис. 3.

Участок “Мистолово”. 1 – разлом и его номер, 2 – обнажение и его номер, К – канава, 3 – уступ и его номер, 4 – ромбоэдры, 5 – эпицентр землетрясения и сейсморазрыв, 6 – положение спектрально-сейсморазведочного профиля.

Участок “Мистолово” характеризуется относительно расчлененным рельефом и уникален размахом высот в 65 м на расстоянии 1 км. Именно здесь сосредоточены обнажения с мощными взбросами (рис. 4).

Рис. 4.

Обнажение 1796. В правой части виден сброс амплитудой 1.6 м, сместитель падает на северо-запад под углом 44°.

На рис. 3 изображены два ромбовидных блока, выделенные по космическим снимкам и выраженные в рельефе. Согласно (Геодинамические…, 1989), характерной чертой строения сдвигов является наличие ромбических в плане блоков, примыкающих к разломам. В зонах сдвигов геологические тела имеет объемную конфигурацию, именуемую ромбоэдром или тектонической линзой.

На участке находится группа (D) из 14 сейсмогенных уступов, из них пологие уступы 8 и 11 вскрыты соответственно канавами К4 (рис. 5) и К7.

Рис. 5.

Геологический разрез канавы К4. Условные обозначения: 1 – почва, 2 – песок, 3 – супесь, 4 – суглинок, 5 – разрывное нарушение.

Стенка канавы нарушена сбросом амплитудой 0.4 м, сместитель падает на северо-запад под углом 53°.

Ареал крутых уступов 2, 6, 9, 10, 14, 19 указывает на эпицентр землетрясения позднеголоценового возраста. В южной части участка центры пологих уступов 1, 28, 8, 11, 12, 13 лежат на одной линии, фиксируя выход на поверхность сейсморазрыва землетрясения среднеголоценового возраста длиной 1 км. Кулисный ряд разломных уступов с запада ограничен п. Мистолово и возможное его продолжение уничтожено или завуалировано хозяйственной деятельностью. Аналогичная ситуация на востоке вблизи долины р. Охта.

Половина уступов приурочена к границам ромбоэдров.

В центре участка впадину на водоразделе занимает низинное болото, расположенное на оси разлома 3. Возможно, болото возникло на месте провала земной поверхности при землетрясении, поэтому в точке 3295 взят образец торфа с глубины 2.0 м. Калиброванный радиоуглеродный возраст образца ЛУ-9411 составляет 6130 ± 80 лет, что указывает на верхний предел возраста среднеголоценового землетрясения. Болотная низина ограничена с востока крутым уступом 2 длиной 80, высотой 1.3 м и уклоном 44°, отнесенным автором к позднему голоцену. Вероятно, провал формировался в два этапа, в среднем и позднем голоцене.

Спектрально-сейсморазведочный профиль (ССП) пройден с северо-запада на юго-восток вкрест простирания разлома 3 (рис. 6).

Рис. 6.

Спектрально-сейсморазведочный профиль (объяснения в тексте).

При спектрально-акустических измерениях (Гликман, 2001) выявляются границы, по которым возможно взаимное проскальзывание соседствующих сред. ССП-аномалии имеют воронкообразный или V-образный характер, соответствуют областям повышенной трещиноватости пород и трактуются как разрывные тектонические нарушения.

На рисунке субвертикальные штриховые линии белого цвета обозначают разрывные нарушения. Сплошные линии белого цвета соответствуют поверхностям раздела акустических сред. Горизонтальная линия на глубине 60–70 м приходится на зону увеличения плотности четвертичных отложений. Волнистая линия в интервале глубин 110–130 м отвечает кровле котлинских отложений. Ломаная линия, объединяющая мощные аномалии, лежащие на одном глубинном уровне, соотносится с изрезанной поверхностью фундамента. По геологическим данным фундамент в этом районе находится на глубине 150–160 м. На ССП разрезе поверхность фундамента залегает в интервале глубин 170–225 м. Поверхности раздела акустических сред характеризуются областями потери сплошности. К этим участкам приурочены зоны разрывных нарушений, которые отвечают точкам перегиба рельефа земной поверхности. Так, на 20–50 м профиля наблюдается группа разрывов, достигающих глубины 280 м. Эти нарушения приурочены к границе северного ромбоэдра, которая в рельефе выражена заболоченной ложбиной. Таким образом, граница ромбоэдра представлена разрывным тектоническим нарушением, к нему же примыкает уступ 6.

С зоной разлома 3, которая является и границей южного ромбоэдра, совпадает долина ручья с крутым северо-западным склоном. Здесь на 200–250 м профиля имеется система разрывных нарушений, пронизывающих весь разрез. Амплитуда прогиба по поверхности фундамента составляет 50 м. Таким образом, разлом 3 является долгоживущим и активизированным в новейшее время.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сильные инструментальные и исторические землетрясения в этом районе не зарегистрированы, однако история Санкт-Петербурга охватывает чуть более 300 лет. Известно, что период повторяемости сильных землетрясения с магнитудой более 6 в ближайших Западно-Ладожской и Вуоксинской зонах составляет 2000–3000 лет (Никонов, Шварев, 2015).

Выше оценка магнитуд проводилась по величине максимального смещения пород (параметр Dmax) в канавах, вскрывших уступы, этот метод считается более надежным. В то же время для оценки палеомагнитуд используют метод определения длины (параметр L) поверхностных разрывов, при котором длина разрыва пропорциональна силе вызвавшего его землетрясения (Палеосейсмология, 2011).

На площади работ обнаружен сейсмогенный поверхностный разрыв длиной 4.3 км, включающий ряд пологих уступов 21(E), 16, 17(F), 18(G), 25(H), 32(M) (рис. 1). Оценка магнитуды по длине разрыва здесь составит 5,8М. Кроме того, выделен разрыв длиной 1.9 км, проходящий через крутые уступы 20(B), 37, 38, 40(N). Действительно, расчетные магнитуды по длинам разрывов значительно ниже, чем магнитуды по величинам перемещения пород.

Но как считает Чипизубов (2009), “что касается палеосейсмодислокации, представленной отдельными фрагментами, то ее сохранившаяся общая длина определенно меньше возникшей при землетрясении. Поэтому параметр D_max должен отражать величину землетрясения намного ближе к истинной, поскольку в сохранившихся фрагментах палеосейсмодислокаций ее можно установить”.

Как ранее показал автор (Неволин, 2015), Юкки-Токсовская зона имеет характер правого сдвига и является частью Балтийско-Мезенской зоны. Балтийско-Мезенская сдвиговая зона, как долгоживущая структура, испытывала несколько стадий активизации с образованием сейсмодислокаций и горизонтов сейсмитов, в том числе и на новейшем этапе, в голоцене (Колодяжный, 2020а).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Выделен район, примыкающий к Санкт-Петербургу, где предполагается возникновение сильных землетрясений в голоцене.

Обнаружены палеосейсмодислокации, что указывает на сейсмическую активность Юкки-Токсовской зоны разломов в позднем и среднем голоцене.

Исследование сейсмогенных уступов позволяет оценить силу землетрясений позднего и среднего голоцена данного района соответственно в 7.0–7.2М и 6.7–6.8М.