CC BY
0УДК 551.435
СЕЙСМОГЕННЫЕ ОБВАЛЫ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ ЮГО-ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА
В. П. БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ1, А. Р. МЕДЕУ2, С. У. РАНОВА3
1Рук. лаборатории природных опасностей, д.г.н.(Институт географии) 2директор, проф., д.г.н. (Институт географии) 3СНС, к.г.н. (Институт географии)
1ле жэне Жетicy ÄnamaybiHdasbi кyшmi жер сыкШсшщ K,03ybrna кебтесе ipi кeлeмдeгi may опырымдaрыныц mapaMybi mypaлы мэлметтер mypa кeлeдi.
Приводятся daHHbie о pacпpоcmpaнeнии и paзмepax нaиболee крупных горных обвaлax, Bbi.3BaHHbix сильными землетрясениями в Иле и Жemыcy Äлamay.
Data about distribution and the sizes of the largest rock falls caused by strong earthquakes in Ile and Zhetysu Ala Tau are provided.
Сильные землетрясения в горных районах обычно вызывают крупные обвалы и оползни, которые могут причинить ущерб больший, чем само землетрясение. Яркими примерами таких катастроф являются Верненское землетрясение 1887 г. в Заилийском (Иле) Алатау и Сычуаньское землетрясение 2008 г. на юго-востоке Китая, в отрогах Гималаев. При Верненском землетрясении погибло 329 человек. Из них 154 человека погибло в горах под оползнями и обвалами [1]. При Сычу-аньском землетрясении число жертв приблизилось к 70 тыс. человек [2].
Смещения горных пород, вызванные сейсмическими воздействиями, называются сейсмодисло-кациями. Сейсмодислокации, происшедшие в доисторическое время, называются палеосейсмодис-локациями. Изучение палеосейсмодислокаций дает очень ценный материал для оценки сейсмической активности региона и интегрального природного риска. Сейсмодислокации и палеосейсмо-дислокации путем наземных исследований, аэровизуальных наблюдений, дешифрирования аэро- в и космических снимков. Идентификация сейсмодислокаций затрудняется тем, что отложения древних обвалов и оползней иногда принимают за морены, за оползни принимают каменные глетчеры.
Многие исследователи отмечают, что крупные обвалы возможны лишь при интенсивных землетрясениях [3]. Наиболее крупные деформации склонов обычно связаны с зонами тектонических разломов. Другими факторами, влияющими на образование сейсмогенных обвалов, являются глубина расчленения рельефа и крутизна склона. Наиболее часто сейсмодислокации происходят при глубине расчленения рельефа более 500 м и крутизне склона более 30°.
Образованию обвалов в скальных породах способствует наличие катаклазированных зон. В процесс обрушения вовлекаются монолитные блоки пород суммарным объемом до нескольких десятков или сотен тыс. м3. Обваливающиеся массы скапливаются у подножия склонов или заваливают днище долины. В механическом составе продуктов обрушения преобладают грубые и крупные обломки со средними размерами 0,8-1,2 м в поперечнике, при максимальных до 4 м [4].
Для обвалов высокогорной зоны характерны крутые, интенсивно расчлененные склоны, высотой 400-1000 м. Тело завала обычно имеет ступенчатое строение. Характерной чертой крупных завалов является выброс передового вала на противоположный борт долины с образованием понижения по оси долины (рис. 1).
При Верненском землетрясении 1887 г. общий объем сейсмодислокаций на северном склоне Иле Алатау составил 440 млн. м3 [1]. Объем наиболее крупных обвалов достигал 54 млн. м3. В низкогорной зоне Иле Алатау смещения происходили в лёссовых породах. При этом формировались «оплывины» из разжиженного грунта. Сначала происходило быстрое смещение, которое затем трансформировалось в медленное течение, продолжавшееся несколько дней. В среднегорной зоне происходили обвалы кристаллических пород. Они характеризовались быстрым и кратковременным движением.
Рис. 1. Тело сейсмогенного обвала, создавшего плотину Большого Алматинского озера
В долине р. Асай оползни и обвалы перекрыли течение реки и привели к образованию озер. При прорыве этих озер сформировались сели, отложения которых распространились на 15 км по предгорной равнине.
Кроме сейсмодислокаций 1887 г. в Иле Алатау широко распространены палеосейсмодислока-ции, размеры которых значительно превосходят сейсмодислокации 1887 г. Так, обвал в долине Большой Алматинки, образовавший плотину Большого Алматинского озера, имеет объем более 200 млн. м3. Подобные ему крупные обвалы находятся в долинах Есика и Тургени. Всего в Иле Алатау насчитывается более 20 палеосейсмодислокаций объемом более 10 млн. м3.
Сейсмодислокации и завальные озера имеются в хребтах Кунгей Алатау (долины рек Шилик, Чон Урюкты, Каинды, Кольсай), Терскей Алатау (долины рек Баянкол, Улькен Кокпак), Жетысу Алатау (долины рек Хоргос, Коксу, Аксу, Баскан, Аганакты, Тентек и др.). На казахстанской территории этих хребтов выявлено более 50 крупных сейсмодислокаций: 15 в Кунгей Алатау, 5 в Тер-скей Алатау и более 30 в Жетысу Алатау.
В бассейнах Киши и Улькен Алматы (Иле Алатау) в результате землетрясений 1887 и 1911 гг. обвалы скальных пород (розовато-серые биотит-роговообманковые граниты) произошли преимущественно в долинах широтного или близкого к нему простирания.
Акжарский обвал в долине р. Аксай имеет объем около 60 млн. м3. Обвальный участок представляет две крупные эрозионные воронки, несколько смещенные относительно друг друга. Они разделены узким гребневидным водоразделом, резко снижающимся в северо-западном направлении. Бровка стенки отрыва - обрывистая. Продольный профиль ступенчатый. Уклон обрыва возрастает от 35-45° в нижней части до 70-80° в верхней. Стенка отрыва сложена крупнозернистыми биотитовыми гранитами серого цвета с редкими дайками мелкоземистых серых диоритов. Породы сильно трещиноватые и местами выветрелые до состояния мелкого щебня, дресвы и глинистых частиц. В них выработаны многочисленные эрозионные лотки и борозды. Глубина врезов - 5-8 м, ширина - от 10 до 30 м. По бортам воронок, сложенных сильно трещиноватыми гранитами, выветривание проникает на значительную глубину.
Рис. 2. Сейсмогенный обвал и подпруженное им озеро Есик в Иле Алатау
Отдельные обломки легко разрушаются даже при надавливании на них руками. По трещинам выветривания образуются элементарные плоскости скольжения между отдельными обломками, приводящие к образованию легко размываемого элювиального чехла. По более глубоким трещинам процессы химического выветривания формируют гравитационно-напряженные участки склонов, в которых возникают обрушения, осыпания и оползни. Поэтому Акжарский обвал является постоянным источником формирования селей ливневого генезиса.
В верховьях реки Бельбулак (Иле Алатау) имеется обвал Кызылжар объемом около 100 тыс. м3. Обвал произошел в сильно трещиноватых красновато-розовых гранитах. Стенка отрыва имеет крутизну 70-80°. Ниша отрыва имеет чашеобразную форму, шириной 100 м, глубиной 80-90 м. Состав обрушившихся масс: обломки от 0,2 до 5-10 м — примерно 40 %, щебень — 30 %, дресва — 25 %, супесчаный материал - 5 %.
В бассейне р. Есик (Иле Алатау) есть два крупных обвала, образовавших мощные естественные подпруды одноименного озера в среднегорной зоне на высоте 1760 м над ур.м. (рис. 2) и оз. Ак-коль в высокогорной зоне на высоте 3080 м над ур.м.
Плотина озера Есик образована обвальной массой объемом 20-25 млн. м3. Она имеет холмистую поверхность, расчлененную врезами. Поверхность обвала задернована и местами покрыта лесом. Каменные глыбы, слагающие тело завала, неокатаны, размером 0,7-1,2 м в поперечнике, встречаются отдельные глыбы до 3-7 м в поперечнике. Породы, слагающие плотину, сильно раздроблены. Плотина была прорвана в западной части, по контакту с коренными породами, во время Жарсайского селя 1963 г.
С востока над плотиной оз. Есик наблюдается обвальный цирк. Крутизна склона - 35-40°. Его вогнутая центральная часть сложена рыхлыми отложениями, с поверхности закрытыми глинисто-дресвяным шлейфом. Шлейф задернован и местами покрыт лесом. Крутизна его в нижней части -25-30°.
Озеро Акколь подпружено крупноглыбовой обвальной плотиной, протянувшейся вниз по долине на 600 м. В зоне обрушения пород на склоне наблюдается крутая обнаженная обвальная стена. Ниша отрыва заложена в зоне разломов и определяющих их трещин. Обвальные накопления представляют собой беспорядочные нагромождения угловатых обломков различного размера (отдельные глыбы до 15—20 м в поперечнике) с неравномерно заполняющим пустоты мелкоземом.
Крупные завальные озера в случае прорыва могут служить причиной возникновения катастрофических селей. Во-первых, прорыв их может быть осуществлен интенсивным наполнением озера се- 24 -
левой массой. Во-вторых, при землетрясениях высокой интенсивности возможны деформации самих плотин либо сброс в озерную чашу больших объемов пород со склонов.
На рассматриваемой территории показательными в этом плане являются Большое Алматинское озеро и озеро Есик в Иле Алатау и Жасылкольские озера в Жетысу Алатау. Жасылкольские озера расположены каскадом в долине р. Аганакты. Водная масса нижнего озера - 35 млн. м3, верхнего - 44 млн. м3, объем завалов - 100-120 для нижнего и 120-140 млн. м3 для верхнего озера. Механический состав массы обвалов неоднороден. В нижнем завале, приуроченном к породам интрузивного комплекса, максимальный размер глыб достигает 12 м в поперечнике. В целом здесь преобладают обломки до 2-5 м, составляющие более 25-30 % от общего объема тела завала. В завальной массе верхнего озера, которая связана с породами осадочной формации (сланцами), грубые обломки (свыше 2 м в поперечнике) составляют 20-25 %, остальная часть (75-80 %) приходится на глинисто-щебнистый заполнитель и ка-менно-глыбовый материал [4].
Состояние завальных плотин Жасылкольских озер вызывает опасения. Есть вероятность их прорыва в результате резкого повышения уровня воды (порядка 3—5 м), особенно в сочетании с волновыми ударами при сейсмических воздействиях.
Наиболее катастрофическим селем в Иле Алатау является сель, образовавшийся в результате прорыва завального озера в долине Большой Алматинки, образовавшегося на месте нынешнего Большого Алматинского озера при землетрясении около 15 тыс. лет назад [5]. Объем завала был 200-300 млн. м3. Объем озера - 100-150 млн. м3. Объем селя оценен в 200-300 млн. м3. Он существенно изменил рельеф долины Большой Алматинки и конусов выноса на предгорной равнине.
Из современных катастроф, связанных с прорывом завальных озер характерным является Есик-ский сель 1963 г. в Иле Алатау [4, 6]. Катастрофа развивалась в два этапа. На первом этапе образовался гляциальный сель при прорыве приледникового озера в долине Жарсай. Этот сель с расходом 7000 - 12 000 м3/с вошел в озеро Есик, вынеся в него 5,8 млн. т грунта. Возникшие при этом волны в озере вызвали разрушение его перемычки. Более 18 млн. м3 воды, обогащаясь твердым материалом, с расходом более 1000 м3/с устремились по реке Есик и прошли через город Есик. В этой катастрофе погибло много людей.
В 1983 г. в результате катастрофического опорожнения завального озера, расположенного в бассейне р. Кайынды, прошел сель, который нанес значительный ущерб хозяйственным объектам [7]. В 1984 г. прошел сель в бассейне р. Кольсай, причиной которого явился прорыв завального озера Кольсай [8].
Самым ярким примером, иллюстрирующим возможность образования катастрофического паводка при обвале в водоем, является Вайонтская катастрофа в Италии в 1963 г. Тогда в водохранилище, созданное в 1959 г. плотиной высотой 262 м, обрушился оползень объемом 260 млн. м3. Его скорость превышала 100 км/ч. 50 млн. м3 воды были выплеснуты из водохранилища и смыли несколько деревень ниже по течению. Погибло более 2000 человек [9].
Вероятность крупных обрушений горных масс в завальные озера, расположенные в глубоких долинах с крутыми склонами, при сильных землетрясениях очень высока и должна приниматься во внимание наряду с возможностью переполнения озер при сходе селей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мушкетов И. В. Верненское землетрясение 28 мая (9 июня)1987 г. // Труды Геолкома. СПб., 1890. Т. X, № 1. 140
с.
2. http://en.wikipedia.org/wiki/2008_Sichuan_earthquake
3. Колотилин Н. Ф. Деформация горных и береговых склонов в условиях сейсмических и селевых районов Юго-Восточного Казахстана. Алма-Ата: Изд. АН КазССР, 1961. 155 с.
4. Медеуов А. Р., Нурланов М. Т. Селевые явления сейсмоактивных территорий Казахстана: Проблемы управления. Алматы, 1996. 204 с.
5. Степанов Б. С., Хайдаров А. Х., Яфязова Р. К. Свершившиеся и потенциальные постсейсмические катастрофы на Северном Тянь-Шане / проблемы предотвращения последствий разрушительных землетрясений. - Доклады второго Казахстанско-Японского семинара. - 23-25 сентября 2002 г., г. Алматы. - Алматы, 2003. С. 88-94.
6. Яфязова Р. К. Природа селей Заилийского Алатау, проблемы адаптации. Алматы, 2007. 158 с.
7. Мочалов В.П., Виноходов В.Н. Прорывные паводки в бассейне р. Каинды // Селевые потоки. 1985. № 9. С. 124-132.
8. Мочалов В.П., Шевырталов Е.П. Прорывной паводок в бассейне р. Кольсай 2 июня 1984 г. // Селевые потоки. 1988. № 10. С. 150-155.
9. Уолтхэм Т. Катастрофы: неистовая Земля. Пер с англ. Л.: «Недра», 1982. 223 с.
