Пример использования археосейсмического подхода к оценке сейсмоопасности Черноморского побережья Кавказа

Введение

Рис. 1. Физическая карта Черноморского побережья Кавказа (желтыми кружками показаны города России, розовыми с зеленым – города Абхазии, зелеными – города Грузии) [19]

Официальные отечественные каталоги включают считанные землетрясения с магнитудами M от 5,1 до 6 на побережье Черного моря (рис. 1, 2) между городами Анапа и Сухуми (в основном в районах Анапы, Сочи и Сухуми) [12]. Ни одного события с магнитудой более 6 каталоги не содержат. В обновленном каталоге сильных землетрясений Средиземноморья, выпущенном Международным сейсмологическим центром (ISC) в 2007 году, имеется два землетрясения с магнитудами не менее 6 (в Анапской зоне и вблизи г. Сухуми), но нет событий с магнитудами не менее 7. И на таких базах до сих пор делались оценки сейсмической опасности, в том числе в виде карт общего (ОСР) и детального (ДСР) сейсмического районирования для периодов не менее 1 000 лет.

Рис. 2. Черноморское побережье Кавказа в районе поселка Дивноморское [18]

Действительно, за последние 150 лет на рассматриваемом отрезке Черноморского побережья Кавказа не было зафиксировано землетрясений с магнитудами более 6,2. Самые сильные из известных сейсмических событий за этот период – землетрясение в районе Сочи 7 июля 1870 года (с магнитудой M=6,2 и интенсивностью в эпицентре I₀=7,5 балла) [11, 16] и землетрясение в Анапе 12 июля 1966 года (M=5,8; I₀=7 баллов) [15]. Однако этих двух событий недостаточно для определения сейсмического потенциала побережья в более долговременном аспекте, тем более что в ряде публикаций сообщалось о свидетельствах гораздо более сильных землетрясений прошлого на этой территории, которая требует особого внимания ввиду ее плотной застроенности и заселенности (рис. 3).

Рис. 3. Черноморское побережье Кавказа в районе города Адлер [20]

Если при оценке сейсмической опасности ставить во главу угла определение максимальной возможной региональной магнитуды М_max в масштабе тысячелетий, то необходимо помимо уже известных данных о событиях исторического и доисторического времени использовать два подхода – археосейсмический и палеосейсмогеологический. Они требуют многолетних совместных полевых и камеральных работ геологов, сейсмологов и археологов, чего, к сожалению обычно не происходит.

Исследования на основе археосейсмического подхода

Понимая, что имеющихся сведений о землетрясениях за период инструментальных наблюдений или даже за 100–200 лет совершенно недостаточно как для обоснованных суждений о сейсмотектоническом развитии, так и для надежной оценки сейсмической опасности территории (и акватории), автор использовал археосейсмический подход.

На Западном Кавказе этот подход был впервые применен в 1985 году. Затем он совершенствовался в пространственно-геометрическом отношении. Методологические основы были сформулированы в статье автора [7] и в других его работах.

Стационарные исследования на раскопах совместно с археологами удалось тогда выполнить в районах Сухуми и Анапы. Для территории между этими районами использовались доступные литературные данные по результатам обследования основных архитектурных и археологических памятников – и сохранившихся, и руинированных.

Практически на всех более подробно изученных архитектурных памятниках были обнаружены признаки повреждений и разрушений именно сейсмического характера [5, 6, 8, 9 и др.]. С помощью археологов и литературных данных удалось определить приблизительное время возникновения этих нарушений древних построек и/или их восстановления после землетрясений [21].

Способом обратных засечек было выделено несколько подводных очаговых областей, вытянутых вдоль рассматриваемого отрезка побережья Черного моря (преимущественно в его юго-восточной части), в пределах которых в VII, XI и XVIII веках происходили сейсмические события с оцененной интенсивностью в эпицентрах от 8 до 9 баллов. Несколько разрушительных событий прошлого было идентифицировано в зоне Анапского поперечного разлома.

В дополнение автор попытался использовать такие древние мегалитические сооружения, как дольмены (рис. 4, 5), которым сейсмологи ранее не уделяли внимания.

Рис. 4 а. Некоторые виды дольменов Черноморского побережья Кавказа [1]

Рис. 4 б. Некоторые виды дольменов Черноморского побережья Кавказа [1]

Рис. 4 в. Некоторые виды дольменов Черноморского побережья Кавказа [1]

Рис. 4 г. Некоторые виды дольменов Черноморского побережья Кавказа [1]

Рис. 5. Дольмен долины реки Пшада, разрушенный землетрясением [13]

Дольменами называют распространенные почти по всему миру крупные каменные культовые или погребальные сооружения древности (от кельтских слов tol – стол, men – камень). На территории Черноморского побережья Кавказа они строились из плит песчаника или высекались в огромных камнях примерно с середины III тысячелетия до н.э. до середины (или чуть позже) II тысячелетия до н.э. Внешне любой типичный дольмен Кавказского побережья обычно напоминает гигантский скворечник, правда круглое отверстие на его передней стенке закрывалось в свое время каменной пробкой. По конструкции эти сооружения на рассматриваемой территории бывают плиточными, составными, корытообразными или монолитными. По форме они бывают прямоугольными, круглыми, подковообразными [1, 4].

Материалы по ним опубликованы в достаточно представительном виде [3], что на первом этапе позволило выполнить оценки в камеральных условиях. Использование дольменов хорошо подходит для оценок сейсмических воздействий в рассматриваемом регионе ввиду следующих особенностей:

• распространение этих мощных каменных сооружений, схожих по конструкциям и размерам, вдоль всего Черноморского побережья Кавказа (рис. 6, 7);
• достаточно определенный возрастной интервал их создания – примерно от 4,5 до 3,5 тыс. лет назад;
• возможность использовать при исследованиях не одиночные сооружения, а их группы на каждом участке (как вдоль прибрежной полосы, так и на поднимающихся выше склонах);
• возможность оценивать с помощью дольменов именно сильнейшие события интенсивностью не менее 8–9 баллов;
• возможность определять направления главных сейсмических ударов при детальном рассмотрении опубликованных подробных материалов по дольменам.

Рис. 6. Места расположения известных дольменов на карте Западного Кавказа [2]

Рис. 7. Карта расположения дольменов на Западном Кавказе [3] с выделением участков наиболее поврежденных и разрушенных конструкций [8]. Условные обозначения: 1 – участки расположения дольменов с наиболее сильными повреждениями: А – «Пшада», Б – «Анастасиевка» В – «Солоники», Г – «Солох-аул»; 2 – места расположения дольменов; 3 – Главный Кавказский хребет; 4 – граница леса

В рассматриваемом регионе было выделено несколько типов дольменов по повреждениям и деформациям, характерным для разных факторов и силы воздействий.

Те или иные повреждения имеются практически у каждого отдельного дольмена или у каждой их группы. Есть постройки, подвергшиеся полному коллапсу, но чаще они имеют лишь некоторые нарушенные элементы (один или несколько), такие как пол, боковые стены, кровля. Например, это может быть расколотая плита или плиты в одном месте или в нескольких частях дольмена. В некоторых случаях фрагментированные элементы находятся на своем месте, но чаще они отодвинуты или отброшены в сторону, нередко за пределы постройки (на расстояние до 2–3 м). Перечисленные особенности, скорее всего, можно объяснить сейсмическими воздействиями интенсивностью от 7 до 9 баллов.

Практически отсутствуют нарушения в группе дольменов у села Адербиевка Дивноморского сельского округа муниципального образования «Город-курорт Геленджик» и вблизи самого города Геленджик, что не дает оснований допускать здесь возможность сотрясений интенсивностью более 8 баллов за время существования дольменов.

На рисунке 7 показаны места расположения на побережье участков с наиболее сильными повреждениями дольменов. Они обведены черными прямоугольниками и обозначены буквами А, Б, В, Г. Перечислим их в направлении с северо-запада на юго-восток:

• А – «Пшада» (недалеко от реки Пшада, впадающей в Черное море вблизи села Криница Пшадского сельского округа муниципального образования «Город-курорт Геленджик»);
• Б – «Анастасиевка» (вблизи села Анастасиевка муниципального образования «Георгиевское сельское поселение» Туапсинского района Краснодарского края);
• В – «Солоники» (близ поселка Солоники Лазаревского района муниципального образования «Город-курорт Сочи»);
• Г – «Солох-аул» (около села Солох-аул Лазаревского района муниципального образования «Город-курорт Сочи»).

Наиболее выразительны и информативны два случая раскалывания построек вместе с их скальными основаниями, на которые, без сомнения, были оказаны воздействия силой 9 баллов. Это дольмены на участках «Солоники» (см. рис. 7, В) и «Солох-аул» (см. рис. 7, Г).

Таким образом, исследование повреждений дольменов позволило автору, в дополнение к ранее выявленным на основе археосейсмического подхода эпицентральным областям, выделить в рассматриваемом регионе еще четыре очаговых области – с интенсивностью древних землетрясений в эпицентрах около 9 (за период, начиная примерно с середины III тысячелетия до н.э.). На рисунке 8 эти четыре зоны обведены сплошными черными линиями. Кратко охарактеризуем их (с северо-запада на юго-восток):

• очаговая область «Пшада», вероятно, ориентирована вдоль основных геологических структур и побережья (см. рис. 7, А; рис. 8);
• область «Анастасиевка» имеет аналогичную первой продольную ориентацию (см. рис. 7, Б; рис. 8) и, скорее всего, соотносится с (при)осевой зоной Главного Кавказского хребта;
• области «Солоники» и «Солох-аул» имеют поперечное первым двум простирание (см. рис. 7, В, Г соответственно; рис. 8), что неудивительно, если вспомнить, что по уточненным и дополненным макросейсмическим данным Сочинское землетрясение 1870 года имело магнитуду 6 и поперечное береговой линии направление длинной оси макросейсмического поля [11].

Рис. 8. Карта очаговых зон сильных землетрясений прошлого на Кавказском побережье Черного моря, выявленных с помощью археосейсмического метода (с указанием века или года сейсмического события). Условные обозначения: 1 – области, выявленные в 1980-х годах по деформациям архитектурных памятников [21] (на соответствующих врезках показаны исходные макросейсмические данные и макросейсмические поля исторических землетрясений 1870, 1879 и 1966 годов по материалам более ранних публикаций автора); 2 – области, выявленные автором в 2015 году по повреждениям и разрушениям дольменов; 3 – места расположения дольменов; 4 – Главный Кавказский хребет; 5 – граница леса

В 1980-е годы, когда автором на основе изучения деформаций архитектурных памятников были намечены подводные очаговые области сильных землетрясений в юго-восточной части Кавказского побережья, представительных материалов по тектонике береговой полосы и взморья не существовало. Теперь же, после выявления более полной и представительной картины распределения в регионе очаговых областей сильных землетрясений за последние 3–5 тыс. лет, такая возможность появилась. Так, благодаря изучению сейсмических нарушений дольменов в каталог, составленный автором во второй половине 1980-х годов, спустя почти 30 лет было включено четыре дополнительных землетрясения прошлого с магнитудами не менее 6, а также некоторые известные и прежде события получили более надежные и высокие оценки их магнитуд.

В итоге на рассматриваемой части побережья всего было выявлено 10 очаговых зон землетрясений с интенсивностью 8–9 баллов.

При сравнении двух независимо полученных групп данных – о зонах продольных и поперечных разломов и о расположении очаговых областей сильных землетрясений – можно говорить о том, что все пять вытянутых с северо-запада на юго-восток (продольных) очаговых областей, выделенных автором, практически совпадают с зонами взбросо-надвигов первого порядка, а все три эпицентральных области поперечного простирания совпадают с разломными зонами антикавказского протяжения (выявленными на суше, но, по всей вероятности, продолжающимися и в акватории к материковому склону).

Две из продольных очаговых зон (Геленджикская и Туапсинская) располагаются, как оказалось, на пересечении крупных продольных и поперечных разломов, то есть в тектонических узлах. Отсюда следует, что имеется структурно-тектоническая предопределенность и геодинамическая обусловленность возникновения крупных очаговых областей и, соответственно, характера и уровней их динамических проявлений.

Таким образом, появились основания для оценок сейсмического потенциала и сейсмической опасности рассматриваемого региона в долговременном аспекте, в том числе для их картографического отображения на нормативных картах общего и детального сейсмического районирования для периодов не менее 1000 лет (и, соответственно, для пересмотра этих карт).

Заключение

До сих пор материалы и результаты археосейсмических исследований остаются вне внимания сейсмологов, хотя они свидетельствуют о том, что Кавказское побережье Черноморья в последние столетия и тысячелетия многократно подвергалось разрушительным землетрясениям с магнитудами не менее 6. В этой ситуации совершенно очевидно, что необходимо сопоставить полученный блок данных о сильных сейсмических проявлениях на Черноморском побережье Кавказа с картами сейсмического районирования последнего поколения с целью их последующей корректировки.

Вкратце рассмотрим две группы работ, опубликованных ранее высококвалифицированными исследователями.

Авторы первой группы [14] использовали каталог, изданный в 1977 году [12]. По этим данным на всем рассматриваемом побережье не оказалось ни одного события с магнитудой 5,7 или более, да и те произошли только в Анапской зоне. На этой основе в работе [21] вдоль побережья были выделены и рассмотрены только те сейсмолинеаменты, которые могут генерировать землетрясения с магнитудами 6,0+0,2. Поэтому Черноморское побережье фактически оказалось не включенным в число сейсмически опасных районов Кавказа. На изданной Междуведомственным советом по сейсмологии и сейсмостойкому строительству и Институтом физики Земли в 1983 году «Карте сейсмического районирования СССР» в масштабе 1 : 5 000 000 все Кавказское побережье отнесено к 7-балльной зоне. На карте ОСР-2015-В для периода повторяемости 1 000 лет все Черноморское побережье Кавказа, даже Анапская очаговая область, отнесено к зоне с интенсивностью 8 баллов.

Другая группа исследователей [17] представила версию детального сейсмического районирования Северного Кавказа. Среди основных принципов своей работы авторы статьи [17] назвали детальное изучение сейсмичности и использование как можно более полного каталога землетрясений. Итогом, по их сообщению, стали «схемы эпицентров сильных и слабых представительных сейсмических событий». На их схеме расположения эпицентров землетрясений Северного Кавказа и сопредельных территорий с магнитудами не менее 3,3 по инструментальным и историческим данным с древнейших времен по 2012 года на побережье между городами Новороссийск и Гудаута (протяженностью свыше 300 км) обозначено три эпицентра событий с магнитудами от 5 до 6, то есть нет ни одного 9-балльного. А на карте зон ВОЗ Северного Кавказа с указанием их сейсмического потенциала, представленной в той же работе [17], на всем указанном участке выделена лишь одна вдольбереговая зона с умеренно высоким потенциалом, но нет ни одной зоны высшего ранга и ни одной поперечной зоны.

Ясно, что учет материалов, опубликованных начиная с 1988 года [5, 6, 9, 10, 21 и др.], привел бы к иным оценкам и сейсмического потенциала, и сейсмоопасности, в результате чего карты сейсмического районирования в отношении Кавказского побережья Черного моря для периодов более 100 лет выглядели бы иначе.

Использование археосейсмического подхода к оценкам сейсмического потенциала и сейсмоопасности обязательно должно привести к пересмотру соответствующих рисков. Ведь выявление признаков древних сильных землетрясений в таком густонаселенном регионе со всей очевидностью указывает на возможность их повторения в будущем с самыми разрушительными для зданий и сооружений последствиями от сотрясений и вызванных ими разрывов, крупных оползней и цунами. Причем речь здесь идет о безопасности не только курортной зоны общероссийского значения, но также и Новороссийского порта, транспортных путей, коммуникаций, газовых и нефтяных трубопроводов, олимпийских объектов в г. Сочи и др.

Список литературы

1. Дольмены Черноморского побережья Кавказа // Виртуальный экскурсовод. Дата последнего обращения: 09.11.2018. URL: http://excursovod-web.ru/dolmenyi-chernomorskogo-poberezhya-kavkaza/#axzz5WOCVqeh9.
2. Карта дольменов Краснодарского края // Краснодарский край. Кубань. Дата последнего обращения: 09.11.2018. URL: http://anapacity.com/dolmeny-krasnodarskogo-kraya/karta-dolmenov-krasnodarskogo-kraya.html.
3. Марковин В.И. Дольменные памятники Прикубанья и Причерноморья. М.: Институт археологии РАН, 1997. 404 с.
4. Марковин В.И. Дольмены Западного Кавказа (некоторые итоги изучения) // Советская археология». 1973. № 1. URL: https://arheologija.ru/markovin-dolmenyi-zapadnogo-kavkaza/.
5. Никонов А.А. Гибель античных городов Диоскурия и Себастополис в Колхиде как результат сейсмических воздействий. Часть 1 // Геоэкология. 1997. № 4. С. 111–122.
6. Никонов А.А. Гибель античных городов Диоскурия и Себастополис в Колхиде как результат сейсмических воздействий. Часть 2 // Геоэкология. 1997. № 6. С. 121–126.
7. Никонов А.А. К методологии археосейсмических исследований памятников прошлого // Вопросы инженерной сейсмологии. М.: Наука, 1990. Вып. 31. С. 137–142.
8. Никонов А.А. Новый подход к оценке сейсмического потенциала и сейсмической опасности Черноморского побережья Кавказа (по археосейсмическим материалам) // Материалы Международной конференции «Геолого-геофизическая среда и разнообразные проявления сейсмичности», 23–25 сентября 2015 г. Нерюнгри: Изд-во СВФУ, 2015. С. 267 –274.
9. Никонов А.А. Об исторических землетрясениях и сейсмическом потенциале района г. Анапы // Сейсмологический бюллетень Украины за 1993 г. Симферополь, 1996. С. 84–87.
10. Никонов А.А. Сейсмический потенциал Крымского региона: сопоставление региональных карт и параметров выявленных событий // Физика Земли. 2000. № 7. С. 53–62.
11. Никонов А.А. Сильнейшее из зарегистрированных в районе Большого Сочи землетрясение 1870 г. – новые оценки параметров // Тезисы докладов 3-й Российской конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию. Сочи, 1999 г. М., 1999. С. 27.
12. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен по 1975 г. // под ред. Н.В. Кондорской, Н.В. Шебалина. М.: Наука, 1977. 536 с.
13. Пиголкин С. Разрушенный землетрясением дольмен долины реки Пшады // Geoview.info. Дата последнего обращения: 09.11.2018. URL: http://am.geoview.info/razrusennyj_zemletraseniem_dol%CA%B9men_doliny_reki_psady,78616308p.
14. Рогожин Е.А., Лутиков А.И., Овсюченко А.Н., Донцова Г.Ю., Родина С.Н., Кучай М.С. Опыт детального сейсмического районирования Северного Кавказа // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2013. № 4. С. 38–42.
15. Сейсмическая деятельность в Новороссийском районе // Утриш. Дата последнего обращения: 08.11.2018. URL: https://www.utrishgpz.ru/science/work/seysmicheskaya-deyatelnost-v-novorossiyskom-rayone/.
16. Сейсмичность Сочинского побережья // Privetsochi. 01.03.2011. URL: http://privetsochi.ru/blog/8335.html.
17. Уломов В.И., Данилова Т.И., Медведева Н.С., Полякова Т.П., Шумилина Л.С. К оценке сейсмической опасности на Северном Кавказе // Физика Земли. 2007. № 7. С. 31–45.
18. Черноморское побережье Кавказа в июле 2015 г. // Livejournal. 13.02.2017. URL: https://ru-travel.livejournal.com/32925364.html.
19. Черноморское побережье Кавказа // Wikipedia. Дата последнего обращения: 09.11.2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Черноморское_побережье_Кавказа.
20. Черноморское побережье // Команда Кочующие. 10.12.2014. URL: http://komanda-k.ru/отчет-о-походе/черноморское-побережье.
21. Nikonov A.A. Unknown catastrophic earthquakes on the Eastern Black Sea coast: an experience in archaeoseismic reconstructions // Proc. Symp. Europ. Seismol. Commiss, XXI General Assembly, 23–27 August 1988, Sofia, Bulgaria. Sofia, 1989. Р. 101–111.