CC BY
50
Семенов Р.М., Имаев В.С., Смекалин О.П., УДК 550.348.64(571/55)
Чипизубов А.В., Оргильянов А.И.
СИЛЬНОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ НА БАЙКАЛЕ 27 АВГУСТА 2008 ГОДА (ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЕГО ВОЗНИКНОВЕНИЯ, ПРЕДВЕСТНИКИ И МАКРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ)1
Введение
27 августа 2008 года в 10 час. 35 мин. местного времени (в 01 час. 35 мин. по Гринвичу) на юге Байкала произошло сильное землетрясение. Магнитуда землетрясения составляла 6,2 (К=15,2), глубина очага 16 км, интенсивность сейсмических сотрясений в эпицентре достигала 8 баллов. Землетрясение ощущалось на большой территории Сибири от г. Красноярска на западе до г. Читы на востоке и от г. Северобайкальска на севере до Улан-Батора в Монголии на юге. Максимальные сейсмические сотрясения отмечались в пос. Кул-тук, расположенном на побережье Байкала, поэтому землетрясение получило название Култукское.
Геологические условия возникновения землетрясения
Очаг землетрясения располагался в пределах Байкальской рифтовой зоны, характеризующейся высокой неотектонической и современной геодинамической активностью и, как следствием этого, высокой сейсмичностью. В этой части Байкала и ранее неоднократно отмечались сильные землетрясений с магнитудами до 7 (рис. 1). На карте общего сейсмического районирования (ОСР-97) территории России [1] этот район отнесен к 9-10 балльному, так что по своим местоположению и силе очаг землетрясения 27 августа 2008 г. оказался вполне прогнозируемым. Неожиданным, как всегда, оказалось время возникновения землетрясения. Тем не менее, некоторые данные могли свидетельствовать о его приближении.
1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы Президиума РАН № 16.8
Предвестники
Среди большого числа предвестников землетрясений существуют сейсмологические, геохимические, биологические и др. [2-6]. Сейсмологические основаны на изучении изменений сейсмического режима в области подготовки очага землетрясения [7-15], геохимические - на изменении содержаний различных газов в подземных водах [16-19], а биологические - на поведении различных животных, птиц, рыб, ощущениях людей и т.п. [20-23]. На сегодняшний день имеется несколько примеров предсказания землетрясений, основанных на исследованиях именно этих предвестников [20, 24, 25].
Сейсмологические. Изучение сейсмического режима показывает, что в некоторых сейсмоактивных районах перед сильными землетрясениями в области подготовки их очагов отмечаются районы сейсмического затишья, в которых отсутствуют эпицентры не только умеренных, но и слабых подземных толчков. Их размеры и продолжительность существования указывают на место и силу готовящегося подземного удара [11].
Первые результаты по среднесрочному прогнозу землетрясений в Прибайкалье, основанные на исследованиях динамики сейсмического процесса в областях подготовки землетрясений были опубликованы в статье Н.С. Боровик, Л.А. Мишариной и А. А. Трескова [26]. В ней авторы на основании изучения развития сейсмичности установили, что, перед рядом сильных землетрясений в областях подготовки их очагов в течение определенного времени отмечались сейсмические затишья. Эпицентры основных толчков, как правило, располагались на окраинах областей подготовки, а
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 1. Местоположение эпицентра землетрясения 27.08.2008 г.
площади, занятые афтершоками, находились внутри областей подготовки и были меньше их. Уже те первые данные позволяли, в первом приближении, прогнозировать место возникновения землетрясения.
В конце 80-х годов с целью выяснения динамики сейсмического процесса перед сильными землетрясениями было проведено детальное изучение сейсмичности в Кодаро-Удоканском районе [27]. Для этого сравнивались карты эпицентров за различные промежутки времени. Было установлено, что перед некоторыми землетрясениями с К=12 отмечались сейсмические затишья.
Ретроспективное изучение изменения сейсмического режима в северо-восточной части Байкальской рифтовой зоны перед землетрясениями с М=5,5-6,0 было проведено одним из авторов данной статьи [28]. В результате этих исследований подтвердилось возникновение и существование в течение определенного времени перед сильными землетрясениями в их эпицентральных областях зон сейсмического затишья. Площади таких зон составляли сотни квадратных километров, а длительность их существования составляла от года до полутора лет.
В районе очага Южно-Байкальского землетрясения 1999 г., эпицентр которого располагался в 50 км восточнее Култукского 2008 г., в течение 50 лет до его возникновения фиксировались лишь редкие подземные толчки не выше 10-го энергетического класса, а сильных землетрясений не было в течение двух с половиной столетий [29].
Эпицентральная область Култукского землетрясения также характеризовалась зоной сейсмического затишья площадью около 600 кв. км, в пределах которой в течение, по крайней мере, последних 50 лет не было землетрясений с К>10 (М>3,3), в то время как сама зона молчания по периферии как раз и была оконтурена эпицентрами с К>10 (М>3,3) (рис. 1). Ранее было установлено [7, 30], что при подготовке сильного землетрясения, в зоне сейсмического молчания отсутствуют землетрясения, максимальные магнитуды которых на 2 -3 единицы меньше магнитуды ожидаемого землетрясения. Это могло свидетельствовать о том, что в зоне сейсмического затишья Култукского землетрясения зреет очаг с магнитудой не ниже 5,3-6,3 (К> 13,5-15,4). Магнитуда Култукского землетрясения составила 6,2 (К=15,2), т.е. как раз и попала в этот энергетический предел
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ
Геохимические. Еще одним из предвестников подготовки очагов землетрясений является изменение содержаний различных газов в подземных водах. Такие исследования проводились в Узбекистане перед Ташкентским землетрясением 1966 года. Тогда, задолго до возникновения землетрясения, были начаты измерения содержаний радона в подземных водах в районе г. Ташкента. Было установлено, что перед землетрясением в воде колодцев и скважин существенно возросло содержание радона [16, 17].
Нами с целью возможного выявления краткосрочных предвестников землетрясений, проводятся мониторинговые наблюдения за содержанием гелия в глубинной воде оз. Байкал в связи с изменением сейсмического режима. Работ подобного плана в открытых глубоководных водоемах, насколько нам известно, пока не проводилось. В середине 90-х годов прошлого столетия пред Южно-Байкальским землетрясением 1999 г. в истоке р. Ангары были проведены пятилетние мониторинговые наблюдения за содержанием ртути в поверхностных водах Байкала. Несмотря на то, что содержание ртути в байкальской воде ничтожно мало, а отбор проб воды производился один раз в десять дней на расстоянии 25 км от эпицентра, тем не менее, было зафиксировано повышение содержания ртути перед сильным Южно-Байкальским землетрясением [31].
Мировой опыт наблюдений за растворенными газами подземных вод, в частности гелия (Не) и радона (Ил), показывает, что при удачном подборе наблюдательных пунктов накануне сильных землетрясений, позволяет зафиксировать заметные изменения их содержаний.
Наблюдения за изменением содержаний гелия в глубинных водах Байкала в южной его части были предопределены тем, что здесь проходит юго-восточная часть Главного Саянского разлома, а также находится узел пересечения Обручевского и Ангарского разломов, с которыми неоднократно происходили как слабые, так и довольно сильные землетрясения. Последнее значительное землетрясение произошло здесь в 1999 г. с М=6,0 и интенсивностью в эпицентре 7-8 баллов.
О режимных исследованиях такого рода в водах крупных открытых водоемов в литературе сведений нет. Имеются лишь дискретные наблюдения и в том числе в различных частях и на различных глубинах оз. Байкал.
Отбор проб воды мы проводим ежедневно в южной части Байкала в районе пос. Листвянка в 1700 м от берега на глубине 450 м и в 150 м от поверхности дна. Для измерения содержания раство-
ренного гелия в пробах, отбираемых по стандартной методике, используется прибор ИНГЕМ с ценой деления 1,48 • 10-5 мл/дм3. Глубина озера в точке отбора около 600 м. Предпосылки постановки такого рода работ следующие. Источником повышенного содержания гелия в подземных и поверхностных водах являются трещинно-жильные напорные воды коровых разломов. В районе пункта отбора расположен узел пересечения Обручев-ского и Ангарского разломов, по которым в донные отложения Байкала происходит разгрузка подземных вод, обогащенных гелием. Ввиду малой фильтрационной проницаемости донных отложений, в них при постоянном напоре снизу происходит накопление гелия, который диффузионным путем переходит в воды Байкала и затем через атмосферу диссипирует в космос. Таким образом, создается определенное равновесное состояние. Резкое изменение напряженного состояния коренного ложа Байкала на границах блоков приводит к нарушению сплошности залегания рыхлых отложений, увеличению вертикальной скорости фильтрации и облегчает поступление гелия из них в озерные воды.
Хронологический анализ изменений содержания растворенного гелия за последние два года показывает, что в отдельных случаях отмечались его повышенные содержания до (8-9) • 10-5 мл/дм3 против фонового (5,2) • 10-5 мл/дм3. За этот период неоднократно фиксировались сейсмические толчки 10-12 энергетического класса с эпицентрами, удаленными на расстояния от 20 до 200 км от пункта отбора проб. Увеличение содержания гелия мы пока не связывали с подготовкой землетрясений и с их реализацией, т.к., во-первых, их очаги располагались на значительных расстояниях от пункта отбора проб, а, во-вторых, сами сейсмические события были незначительными. Не исключено, что повышение содержания гелия было связано с сезонными изменениями направления и скорости движения придонных вод озера, несущих растворенный гелий, поступление которого из зон разломов с трещинно-жильными водами имеет конвективный характер, что обеспечивает обогащение этим газом придонных слоев озерных вод.
Водозабор глубинной воды располагается в 60 км к северо-востоку от эпицентра Култукского землетрясения. Перед землетрясением 27 августа 2008 г. в течение полутора лет существенных изменений в содержании гелия в глубинной воде Байкала не отмечалось.
Однако с 4 по 18 августа в содержании гелия стали отмечаться колебания (рис. 2). Сначала его количество увеличилось до 6,83 • 10-5 мл/дм3, затем
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 2. График изменений содержания гелия в глубинной воде Байкала перед Култукским землетрясением 27.08.2008 г.
уменьшилось до 5,61, далее снова возросло до 6,02, а с 20.08 до 24.08 - оставалось в пределах фона. Но ни разу содержания гелия не опускалось ниже фоновых значений. За два дня до землетрясения (25.08) содержание гелия уменьшилось ниже фона до 4,79 и оставалось на этом уровне в течение 26.08, а утром 27.08 за два часа до землетрясения повысилось до 5,61. Сразу же после основного толчка и спустя час после землетрясения -повысилось до 6,02 • 10-5 мл/дм3. После чего начался его спад и 28.08 содержания гелия снова установились на уровне фоновых значений.
Эти изменения в содержаниях гелия вполне могли свидетельствовать о приближении землетрясения, т.к., по мнению В. Д. Барсукова с коллегами [18, 19], именно колебания в содержаниях, а не абсолютные их величины, чаще всего и являются предвестниками землетрясений.
Биологические. Существуют, так называемые, биологические предвестники землетрясений, неоднократно описанные в литературе. Иногда люди накануне землетрясения испытывают необъяснимые недомогания, головокружения, беспокойства, панику и т.д. Животные, птицы, рыбы, пресмыкающиеся часто чувствуют приближение землетрясения, которое выражается в их неадекватном поведении. Так перед Хайченским землетрясением в Китае в феврале 1975 г. было отмечено массовое беспокойство различных домашних и диких животных, птиц, рыб. Змеи, несмотря на зимнюю стужу, вылезали из своих нор на поверхность земли и замерзали.
При обследовании последствий Култукского землетрясения в ряде случаев также отмечались предвестники биологического характера: в виде недомогания, головокружения, тошноты у людей, беспокойство и неадекватное поведение домашних животных.
Макросейсмические последствия
Как отмечалось во введении статьи, землетрясение ощущалось на огромной территории Сибири и Монголии. Сила сотрясений в эпицентре (в акватории Байкала) могла достигать 8 баллов по шкале МБК-64. Максимальной интенсивности на суше сотрясения достигли в пос. Култук, расположенном на юго-западной оконечности озера в 28 км от эпицентра. Здесь отмечалось массовое падение дымовых труб, падение слабо закрепленных наружных кирпичных стен и внутренних перегородок в домах, появление трещин в стенах зданий, откалывание кусков штукатурки с потолков и стен, отрыв и падение люстр и т.д.. В окрестностях поселка в почве и дорожных покрытиях появились трещины, на крутых склонах возникли камнепады, оползни и осыпи (рис. 3, 4, 5, 6). Сила сотрясений в Култуке достигала 7-8 баллов.
По данным макросейсмических обследований интенсивность сотрясений в некоторых населенных пунктах, расположенных в радиусе 80 км от эпицентра составляла: Слюдянка (25 км) - 7 баллов, Байкальск (12 км) - 6-7 баллов, Выдрино (27 км) - 5-6 баллов, Быстрая (42 км) - 6-7 баллов, Торы (73 км) - 6-7 баллов, Подкаменная (39 км) -6 баллов, Шелехов (65 км) - 6 баллов, Иркутск (75 км) - 6 баллов, Листвянка (65 км) - 6 баллов, Ма-ритуй (23 км) - 6 баллов.
Как правило, с удалением от эпицентра, согласно закону затухания сейсмических волн, интенсивность сотрясений падает. Однако, как нередко бывает в таких случаях, спадание балльности далеко не всегда подчиняется этому закону. Так, интенсивность в Слюдянке, Байкальске, Вы-дрино, отстоящих на меньшие расстояния от эпицентра, чем Култук, сила землетрясения была несколько меньше, чем в Култуке.
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 3. Разрушение дымохода печи в здании детского сада в пос. Култук
Такие же эффекты отмечались и в некоторых других населенных пунктах (см. рис. 1). На это существенное значения оказывали структурно-геологические и инженерно-геологические условия территории, подверженной сейсмическим сотрясениям. Максимальная интенсивность сотрясений в Култуке обусловлена тем, что он расположен на Главном Саянском разломе, сотрясения вдоль которого распространялись особенно интенсивно.
Заключение
Произошедшее в конце августа 2008 г. сильное землетрясение на юге Байкала в очередной раз обозначило сложности в их предсказании. Если место и сила подземных толчков, с определенной долей вероятности в настоящее время прогнозируются, то время возникновения землетрясений все еще остается тайной за семью печатями. Тем ценнее выглядит полученный материал по представленным в данной статье первыми, пусть еще не совсем совершенными, предвестникам землетрясения. Авторы считают целесообразным продолжать начатые исследования по поиску средне-краткосрочных предвестников землетрясений с применением более совершенных приборов и с
Рис. 4. Упавшая облицовочная стена у магазина в пос. Култук
расширением пунктов наблюдений.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Уломов, В. И. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации - ОСР-97. Масштаб 1 : 8 000 000. Объяснительная записка и список городов и населенных пунктов, расположенных в сейсмо-опасных районах / Уломов В. И., Шумилина Л. С. ; Объединен. ин-т физики Земли им. О. Ю. Шмидта ; Рос. акад. наук. - М. : ОИФЗ, 1999. -57 с.
2. Рикитаке, Т. Предсказание землетрясений / Т. Рикитаке. - М. : Мир, 1979. - 388 с.
3. Моги, К. Предсказание землетрясений / К. Моги. - М. : Мир, 1988. - 195 с.
4. Сидорин, А. Я. Предвестники землетрясений / А. Я. Сидорин. - М. : Наука, 1992. - 191 с.
5. Соболев, Г. А. Основы прогноза землетрясений / Г. А. Соболев. - М. : Наука, 1993. - 313 с.
6. Завьялов, А. Д. Среднесрочный прогноз землетрясений : основы, методика, реализация / А. Д. Завьялов. - М. : Наука, 2006. - 254 с.
7. Нерсесов, И. Л. Эффект сейсмического затишья при больших землетрясениях / Нерсесов И. Л.,
Рис. 5. Камнепады в окрестности п. Култук
Рис. 6. Сквозные трещины в капитальной стене школы в п. Култук
Пономарев В. С., Тейтельбаум Ю. М. // Исследования по физике землетрясений. - М., 1976. -С. 146-169.
8. Кнауф, В. И. Изучение физических процессов в зонах возникновения землетрясений Тянь-Шаня и выявление наиболее информативных предвестников землетрясений / Кнауф В. И., Юда-хин Ф. Н., Ильясов Б. И. // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород при землетрясениях. - М. : Наука, 1987. - С. 82-96.
9. Соболев, Г. А. Исследование разрушения барьеров применительно к проблеме прогноза землетрясений / Г. А. Соболев // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород при землетрясениях. - М. : Наука, 1987. - С. 5867.
10. Соболев, Г. А. Стадии подготовки сильных камчатских землетрясений / Г. А. Соболев // Вулканология и сейсмология. - 1999. - № 4/5. -С. 63-72.
11. Соболев, Г. А. Сейсмические свойства внутренней и внешней зоны очага землетрясения / Г. А. Соболев // Вулканология и сейсмология. - 2003. - № 2. - С. 3-12.
12. Соболев, Г. А. Аномалии в режиме слабой сейсмичности перед сильными землетрясениями Камчатки / Г. А. Соболев, Ю. С. Тюпкин // Вулканология и сейсмология. - 1996. - № 4. -С. 64-74.
13. Соболев, Г. А. Динамика некоторых потенциальных очагов Камчатки / Г. А Соболев, П. С. Шумилина // Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. Сейсмичность. -М., 2002. - Т. 2. - С. 429-439.
14. Тихонов, И. Н. О долгосрочном прогнозе сильных землетрясений на юге Сахалина / И. Н. Тихонов // ФССН и прогноза землетрясений. -1996. - № 4, т. 3. - С. 3-12.
15. Ромашкова, А. Л. Динамика сейсмической активности до и после сильнейших землетрясений мира: 1985-2000 / Ромашкова А. Л., Кособоков В. Г. // Проблемы динамики литосферы и сейсмичности. Вычислительная сейсмология. - М., 2001. - Вып. 32. - С. 162-189.
16. Уломов, В. И. О предвестнике сильного тектонического землетрясения / Уломов В. И., Ма-вашев Б. З. // Доклады АН СССР. - 1967. - № 2, т. 176,. - С. 319-321.
17. Уломов, В. И. Внимание! Землетрясение! / В. И. Уломов. - Ташкент : Узбекистан, 1971. - 160 с.
18. Барсуков, В. Л. Вестники беды. (О поиске средств геохимического прогноза землетрясений) / В. Л. Барсуков, А. А. Беляев, В. С. Серебренников. - М. : Наука, 1989. - 136 с.
19. Геохимические методы прогноза землетрясений / Барсуков В. Л., Беляев А. А., Бакалдин Ю. А. [и др.]. - М. : Наука, 1992. - 213 с.
20. Цзян, Фань. Хайченское землетрясение 4 февраля 1975 г. : пер. с кит. / Цзянь Фань. - Пекин : Землетрясение, 1978. - 90 с.
21. Литинецкий, И. Изобретатель - природа: чудо-синоптики, живые сейсмографы. (О некоторых аспектах бионики) / И. Литинецкий. - М. : Знание, 1980. - 152 с.
22. Литинецкий, И. Б. Предвестники подземных бурь / И. Литинецкий. - М. : Просвещение, 1988. - 190 с.
23. Никонов, А. А. Предсказатели подземных гроз / А. А. Никонов // Знание - сила. - 1981. - № 3. -С.16-18.
24. Haicheng earthquake. 1975. - China : Shenyong, 1982. - 8 p.
25. Wiss, M. Precursory seismic quiescence / Wiss M., Habermann R. E. // Physical and observational basis for intermediate-term earthquake prediction : Open-file report 87-591. - Menlo-Park, Ca, 1987. -Vol. 2. - P. 526-536.
26. Боровик, Н. С. О возможности будущих сильных землетрясений в Прибайкалье / Боровик Н. С., Мишарина Л. А., Тресков А. А. // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1971. - № 1. - С. 21-26.
27. Гилева, Н. А. Сейсмичность Кодаро-Удоканского района Байкальской рифтовой зоны / Н. А. Гилева // Сейсмология и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке : тез. докл. Всесоюз. конф. - Владивосток, 1989. - С. 70.
28. Семенов, Р. М. Исследования по поиску средне-краткосрочных предвестников землетрясений / Р. Семенов // Проблемы современной сейсмогеологии и геодинамики Центральной и Восточной Азии : материалы Всерос. совещ. с меж-дунар. участием. - Иркутск, 2007. - № 2. - С. 135-137.
29. Геодинамическая обстановка в районе ЮжноБайкальского землетрясения 25.02.1999 г. и его характеристика / Ружич В. В. [и др.] // Геология и геофизика. - 2002. - № 5, т. 43. - С. 470-483.
30. Соболев, Г. А. Локализация сейсмичности перед Усть-Камчатским землетрясением 15 декабря 1971 г. / Соболев Г. А., Завьялов А. Д. // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1984. - № 4. -С.17-24.
31. Ртуть в воде истока р. Ангары: пятилетний тренд концентрации и возможные причины его вариаций / Коваль П. В. [и др.] // Доклады РАН. - 2003. - № 2, т. 389. - С. 235-238.
