Активные разломы - землееряссния - оползни

Приведённые в гл. 2 и 3 сопоставления активных разломов с сильными зе­млетрясениями убедительно свидетельствуют о взаимной связи этих явлений. С одной стороны, активный разлом является той зоной ослабленной прочно­сти, где упругие деформации, накапливаемые при относительных перемеще­ниях плит или блоков литосферы, разрешаются импульсной подвижкой, со­провождаемой землетрясением.

Рис. 149. Двухступенчатый сейсмотектонический уступ на западном борту Сюникской струк­туры pull-apart в Восточной Армении; две генерации уступа созданы двумя сильными земле­трясениями (фото А.С. Караханяна)

Fig. 149. Two-step seismotectonic scarp in the western side of the Syunik pull-apart structure in the western Armenia; two generations of the scarp are formed by two strong earthquakes (photo by A.S. Karakhanian)

мации и объёма горных пород, в котором такое снятие произошло, т.е. раз­мера очага землетрясения. Эта обусловленность сейсмичности активными разломами позволяет использовать их для прогнозирования потенциальных зон возникновения очагов землетрясений и оценки их сейсмического потен­циала, т.е. максимальной возможной магнитуды, а при более детальном изу­чении выделять сами потенциальные очаги, определять наиболее вероятный тип сейсмогенной подвижки и средний период повторяемости сильнейших сейсмических событий.

С другой стороны, землетрясение является эпизодом жизни той или иной активной зоны, проявлением её развития, которое наиболее наглядно отражает особенности морфологии и характер перемещений. Оценка относительного вклада сейсмических импульсов разной силы и медленных движений в суммар­ное смещение по разлому даёт представление о режиме проявлений его актив­ности. Сильные палеоземлетрясения находят отражение как в смещениях по са­мому разлому, так и в сопутствующих катастрофических экзогенных явлениях - прежде всего в крупных обвалах и оползнях.

Рис. 150. Активные разломы Ванадзорской депрессии: (А) - космический снимок Landsat 7ЕТМ+; (В) - интерпретация [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - сдвиги; 2 - взбросы; 3 - сбросы; 4 - оползни; 5 - хранилища отходов

Fig. 150. Active faults in the Vanadzor basin: space imagery Landsat 7ETM+ (A) and its interpretation (Б) [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - strike-slip faults; 2 - reverse faults; 3 - normal faults; 4 - landslides; 5 - reservoirs of toxical waste of the Vanadzor chemical plant

глыб, переместившихся при образовании уступа, обнаружена глыба с опрокину­тым петроглифом возрастом около 5 тыс. лет, заваленная другими глыбами (см. раздел 4.1 и рис. 92). Землетрясение произошло позднее.

В разрезе канавы в Фиолетовской впадине push inside видны не только сейс­могенные смещения по разлому, но и коллювиальные клинья - следы катастро­фического сноса вниз по склону деструктированного землетрясениями матери­ала (см. раздел 6.2.1 и рис. 137). Клинья отличают относительно грубый состав и отсутствие сортировки. Кверху размерность обломков в каждом клине умень­шается.

Гигантские оползни обнаружены на южном склоне долины р. Арпы. Они приурочены к активным разломам юго-восточной ветви Гарнийской зоны, об­разующей южный край Гегам-Варденисской миндалевидной структуры. Ополз­ни позднеголоценовые, но не современные. Судя по радиоуглеродным датиров­кам, они возникли в 735 г. при катастрофическом землетрясении с расчетной магнитудой M_s ≥ 7, погубившем большую часть населения долины р. Арпа - бо­лее 15 тыс. человек. Согласно средневековым хроникам, землетрясение сопро­вождалось вулканическим извержением, разрушившим г.

Крупные сейсмогенные оползни возникали и приводили к трагическим пос­ледствиям и при других сильнейших исторических землетрясениях в Армении и соседних странах (Гянджа, 1139 г.; Арарат, 1840 г.). Подобные события проис­ходили в горных регионах Мира и в XX столетии (Хаит, 1949 г.; Уаскаран, 1970 г.; Гиссар, 1989 г.) Таким образом, активные разломы, эпицентральные зо­ны сильных землетрясений и крупные оползни генетически и территориально связаны и представляют источники интегральной природной опасности. Ниже сделана попытка оценить её на примере г. Ванадзор (Кировакан) с численно­стью населения 173 тыс. человек, занимающего западную и центральную части Ванадзорской депрессии. Рядом с городом находятся села Мегрут, Шаумян и Дарпас с населением ещё около 10 тыс. человек. Оценки для г. Ванадзор отно­сятся и к ним.

Ванадзорская депрессия морфологически и генетически занимает в Пам- бак-Севанской зоне разломов (ПСЗР) такое же положение, как описанная вы­ше (раздел 6.2.1) Фиолетовская депрессия push inside, но имеет большие разме­ры. Её длина 16 км при максимальной ширине 3 км. Она также ограничена по краям многочисленными активными разломами с поднятыми внешними (по от­ношению к депрессии) крыльями (см. рис. 134). Внутри депрессии видны много­численные эшелонированно расположенные уступы, приуроченные к актив­ным разломам (рис. 150). На востоке депрессии вдоль одного из таких разломов фиксируется правое смещение тальвегов мелких рек на 700 м при вертикальной амплитуде смещения в 25-30 м (а-Ь на рис. 151).

Разлом, образующий северный борт Фиолетовской депрессии, в запад­ной части раздваивается. Его северная ветвь, отгибаясь к северо-западу, про­должается на северный борт Ванадзорской депрессии, сохраняя черты взбро­са с поднятым северо-восточным крылом (рис. 152). Южная ветвь переходит на южный фланг Ванадзорской депрессии, в результате чего обе депрессии оказываются кулисно расположенными друг относительно друга (см.

Спитакское землетрясение 1988 г. вызвало разрушения и гибель людей в западной части г. Ванадзора. Вместе с тем, несмотря на многочисленные проявления молодой тектонической активности, в Ванадзорской депрессии не зафиксированы исторические сведения о сильной сейсмичности. Единст­венное историческое землетрясение с Ms = 5,3 произошло в 1915 г. Отсутст­вие значительных архитектурных памятников, несмотря на большое куль­турное значение района в X-XVI вв., заставляет предполагать неполноту данных об исторической сейсмичности. В частности, северо-западнее с. Мег- руд обнаружены развалины церкви XII-XV вв. со следами сейсмогенного воздействия. Севернее с. Мегрут (6 на рис. 134; рис. 153) вскрыты плоскости палеоразрывов поверхности от двух сейсмических событий [Avagyan, 2001]. Предварительные данные свидетельствуют, что первое землетрясение про­изошло до отложения слоев с радиоуглеродными датами 21705 ± 240 ВР и

Рис. 151. Восточная часть Ванадзорской депрессии: (А) - аэрофото, (Б) - интерпретация [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1- сдвиги; 2 - взбросы; 3 - заболоченные участки; 4- молодые конуса выноса; а-б - амплитуда сме­щения речной долины

Fig. 151. Eastern part of the Vanadzor basin: areal photo (A) and its interpretation (Б) [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - strike-slip fault; 2 - reverse fault; 3 - swamped area; 4 - young alluvium fan; a-б - magnitude of the river valley offset

26000 ± 800 BP (ГИН-11667), а второе, c M_s> 7, - после этого, но до середи­ны XIX в.

В 1999 г. компания «Геориск» совместно с Национальной службой сейсми­ческой защиты при правительстве Республики Армения (НССЗ РА), Институ­том геофизики и инженерной сейсмологии НАН РА и Институтом Арминжпро- ект выполнила исследование сейсмической опасности г. Ванадзор [Оценка...,

Рис.

Fig. 152. Active reverse fault, offset Quaternary deposits between the Vanadzor and Fioletovo struc­tures to the north of village of Lermontovo (photo by V.G. Trifonov)

1999]. Детерминистическая оценка дала величину предельно допустимого уско­рения 0,6 (Геориск). Вероятностная оценка (НССЗ) показала ускорение в 0,34 для периода в 30 лет; 0,38 для 100 лет и 0,5 для 500 лет с вероятностью 90%. Со­гласно действующим в настоящее время Нормам сейсмического строительства РА [СНПА П-2.02-94, 1998] территория оценивается предельно допустимым ус­корением в 0,4. В соответствии с оценкой в 0,4 происходит современное разви­тие города и его окрестностей. При этом в западной части Ванадзора находится большой химический комбинат, завод искусственного волокна и крупная ТЭЦ (соответственно 1, 2 и 3 на рис. 154).

Важный элемент оценки интегральной природной опасности для г. Ванад- зор - наличие крупных сейсмогенных оползней, проявляющих современную подвижность. На юго-западном фланге депрессии над г. Ванадзор расположе­ны три таких оползня - LI, L2 и L3 (см. рис. 154). Оползень L1 характеризуют объем 80 млн м³, перепад высот между оползнем и химкомбинатом 640 м, рас­стояние до химкомбината и жилых кварталов города 850 м, средний уклон ме­стности 19°. Оползень L2 имеет объём 160 млн м3, перепад высот между ним и химкомбинатом 1000 м, средний угол склона 14°, расстояние до химкомбина­та 2,7 км. Оползень L3 характеризуется объемом 300 млн м3, перепадом высот между ним и химкомбинатом 1300 м, средним углом склона 19° и расстоянием до химкомбината 2,9 км. Уступы отрыва всех трёх оползней совпадают с сег­ментами ПСЗР, ограничивающими Ванадзорскую депрессию с юга. Депрес­сию отличает высокий уровень атмосферных осадков, способствующий ин­тенсификации оползнеобразования. Его опасность повышает массовая выруб­ка лесов на склонах оползней L1-L3.

На северо-западном борту Ванадзорской депрессии над г. Ванадзор, заводом искусственного волокна и ТЭЦ расположены два хранилища отходов химиче-

Рис. 153. Обнажение в с. Мегрут, Ванадзорская депрессия (6 на рис. 134) [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1- светлые глины; 2 - чередование тонких слоев глины и песка (включают неокатанные обломки гравия меньше 1 см); 3- карбонатизированная глина; ЗА - нижняя палеопочва темнокоричневого цвета, сформировавшаяся на слое 3; 4- коллювий с обломками сантиметровой размерности; 5 - верхняя палео­почва, сформировавшаяся на слоях 3и 4\ 6- современная почва; 7- палеоразрыв; 8- места отбора ра­диоуглеродных проб

Fig. 153. Outcrop in village of Megrut, the Vanadzor basin (6 in fig. 134) [Karakhanian, Trifonov et al., 2002] ^^ ''

1 - light clay; 2 - alternation of thin layers of clay and sand, including rough gravel less than 1 cm; 3 - car- bonatized clay; ЗА- lower dark-brown paleosoil in surface of the layer 3; 4 - colluvium (size of debris reach sev­eral cantimeters); 5 - upper paleosoil in surface of the layers 3 and 4; 6- recent soil; 7 - fault; 8 - sites of the radio­carbon sampling

ского комбината (см. рис. 154). Хранилище ТЫ имеет объём 3 млн м³, перепад высот между плотиной и городом 70 м, расстояние до города 500 м, средний угол склона 7° (рис. 155). Хранилище TL2 имеет объём 4 млн м3, перепад высот ме­жду плотиной и городом 200 м, расстояние до города 1110 м и средний угол склона 7°. Хранилище ТЫ заполнено отходами производства мелонита, a TL2 - мелонита и карбита, имеющими высокую таксичность и способными при ув­лажнении быстро впитывать влагу и превращаться в жидкую, быстро текущую пульпу. Отходы в хранилище TL2 находятся в полужидком и жидком состоянии.

Обе плотины хранилищ построены в 1972 г. прямо в зонах активных разло­мов. Плотины представляют собой насыпные земляные дамбы в глубоких овра­гах и приурочены к местам их резкого правого изгиба, вызванного смещениями по сегментам ПСЗР северного ограничения депрессии (см. рис. 150 и 154). Вос­точный борт оврага, на который опирается торец плотины хранилища ТЫ, про­являет оползневую активность. Обе плотины ослаблены Спитакским землетря­сением 1988 г.

Долины, над которыми нависают оползни L1-L3, выходят на южные гра­ницы химкомбината и г. Ванадзор. В случае отрыва оползней они могут, дос­тигнув химкомбината и города, привести к катастрофе. При разрушении пло­тин хранилищ ТЫ и TL2 токсичные полужидкие отходы также могут, достиг­нув города, завода искусственного волокна и ТЭЦ, разрушить их (см. рис. 150, 154, 155). Эти разрушения особенно вероятны в случае возникновения земле­трясения, вызванного подвижкой по одному из сегментов активных разломов ПСЗР, проходящих по уступам отрыва оползней, телу плотин или близко от них.

Рис. 154. Аэрофотоснимок западной части Ванадзорской депрессии [Karakhanian, Trifonov et al., 2002] '

1- сдвиг; 2 - сброс; 3- оползни LI - L3; 4 - хранилища токсичных отходов ТЫ и TL2 Ванадзорско- го химического комбината. Цифры на снимке: 1 - Ванадзорский химический комбинат, 2 - завод искус­ственного волокна, 3 - ТЭЦ

Fig. 154. Aerial photo of the western part, of the Vanadzor basin [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - strike-slip fault; 2 - normal fault; 3 - landslides L1-L3; 4 - reservoirs of toxical waste TL1 and TL2 of the Vanadzor chemical plant. Numerals in the photo: 1 - the Vanadzor chemical plant, 2 - the Plant of artificial fiber, 3 - the Heat-and-electric-supply station

Рис. 155. Плотина хранилища токсичных отходов TL1 над городом [Karakhanian, Trifonov et al., 2002] ‘ ‘

Fig. 155. Dam of the reservoir of toxical waste TL1 above the sity [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

С целью оценки такой опасности для г. Ванадзора были определены сейс­мические ускорения, необходимые для обрушения оползней и плотин. Расчёт стабильности склонов оползней и плотин под воздействием сейсмичности про­ведён с использованием нормативных методов П17-85/ВНИИГ и СниП П-7-81, принятых в Армении, и программы «Slop». Перемещения оползней и плотин рассчитаны решением задачи об угле поворота отсека обрушения при кругло­цилиндрической поверхности скольжения под сейсмическим воздействием, за­данным акселерограммой [Караханян и др., 2000]. Расчёты выполнялись по формуле Терцаги с использованием программы «Откос-PL», разработанной ин­ститутом «Гидропроект» в Москве.

Расчёты показали, что склоны оползней L1-L3 уже при воздействии земле­трясения с ускорением 0,3 (M_s = 6,3) теряют стабильность, и по ним возможны мгновенные перемещения масс оползней на 31,53-31,94 см. При ускорении 0,55 (M_s = 7,3) возможны перемещения на 57,81-59.55 см. Продолжительность рас­чётного землетрясения - 6 секунд, и за это время оползни могут прийти в интен-

Рис. 156. Оценка оползневой опасности западной части Ванадзорской депрессии, по данным А.С. Караханяна [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - активные разломы (а - сдвиг, b- взброс); 2- оползни L1 и L2; 3- хранилища токсичных отхо­дов TL1 и TL2 Ванадзорского химического комбината; 4- транзит оползневых масс и масс из хранилищ токсичных отходов в случае их разрушения; 5 - промышленные объекты (1 - Ванадзорский химический комбинат, 2 - завод искусственного волокна, 3 - ТЭЦ) и городские кварталы в зоне поражения; 6- го­родские кварталы вне зоны поражения

Fig. 156. Estimation of the landslide hazard in the western part of the Vanadzor basin, according to the A.S.Karakhanian’s data [Karakhanian, Trifonov et al., 2002]

1 - active faults (a - strike-slip, 6 - reverse); 2 - landslides LI and L2; 3 - reservoirs of toxical waste TL1 и TL2 of the Vanadzor chemical plant; 4 - transport of materials of the landslides and toxical waste reservoirs if they would be destroyed; 5 - industrial subjects (1 - the Vanadzor chemical plant, 2 - the Plant of artificial fiber, 3 - the Heat-and-electric-supply station) and dwelling blocks in the hitting zone; 6 - dwelling blocks outside the hitting zone

сивное движение вниз по склону под действием сейсмо-вибрационных и грави­тационных сил и переместиться на значительные расстояния.

Расчёт предельного сейсмического ускорения, способного вызвать разруше­ние плотин хранилищ ТЫ и TL2, также основывался на нормах П17-85/ВНИИГ и СниП П-7-81, формуле Терцаги, программах «Откос-PL» и «Slop». Тела пло­тин ТЫ и TL2 сложены из галечно-гравийных грунтов и обладают следую­щими физико-механическими параметрами: угол внутреннего трения - 35°; сцеп­ление - 0 мПа; объёмный вес пород при естественной влажности - 1,9 т/м-³: объёмный вес насыщенных водой пород - 1,98 т/м³. Суть расчёта заключалась в определении ускорения, при котором склон плотины окажется в состоя­нии предельного равновесия. Задача решалась подбором ускорения, при котором коэффициент запаса будет близок к 1 [Караханян и др., 2000]. Расчёты показали, что плотина ТЫ начнёт разрушаться при ускорении выше 0,25, а плотина TL2 - выше 0,1.

Поскольку по тыловым уступам оползней и телам плотин проходят ак­тивные разломы, мы рассчитали величину подвижки по разлому методом, предложенным в работе [Wells, Coppersmith, 1994], принимая, что подвижка по разлому будет близка по амплитуде подвижке всей массы оползней и пло­тин. Расчёты этим методом для разломов со взбросо-сдвиговой кинематикой дали подвижки амплитудой 60 см при землетрясении с Ms = 6,3 и амплитудой 350 см при землетрясении с Ms = 7,3. Получается, что обрушение оползней Ы и L2 и плотин TL1 и TL2 может произойти уже при землетрясении с ускоре­нием 0,3 (Ms = 6,3).

Используя формулу, предложенную в работе [Davies, 1982], можно подсчи­тать вероятную длину перемещения деструктивных масс в случае схода ополз­ней L1-L3 и разрушения плотин ТЫ и TL2. Для оползня Ы длина пробега со­ставит 4,3 км (при расстоянии до г. Ванадзор 850 м), для оползня L2 - 5,5 км (при расстоянии до города и Химкомбината 2,7 км) и для оползня L3 - 6,7 км (при расстоянии до города 1,8 км). Те же величины составят для хранилища ТЫ - 1,3 км ппи расстоянии дд горрод 0,5 гем и ддя храниилща TL2 - 1,3 км при совре­менном наполнении отходами на 50 % и 1,6 км при 100-процентном иaрялиеиии, тогда как его расстояние до города - 1,1 км.

Таким образом, в случае возникновения на исттмстиирсемрм теомеиое Ва- ИCДЗЯИTKPЙ депрессии Земяеоиятеиия с уткриеиием 0,3 (Ms = 6,3) все три оползня могут активизироваться и сойти вниз, а плотины хранилищ таксич- ных отходов способны разрушиться и при более низких уткρиеиияр 0,1-0,25. Деттиукоииораииые массы, сойдя по долинам, достигнут г. Ваиадзои• При этом они могут полностью разрушить значительные оеии^иоои^ии западной ча­сти города (рис. 156). Учитывая, что Ваиадзриткий химкомбинат находится в зоне возможного воздействия оползней L2 и L3, а завод иткуттτвеиироо во­локна и ТЭЦ - в зоне возможного воздействия содержимого хранилищ так- сичных отходов, нельзя исключить многократное увеличение числа жертв среди населення в результате разрушения этих промышленных предприятий и роисрлеиия.

Согласно созданной нами базе данных ГИС, риск для г. Ваиадзои в случае подобной оползневой катастрофы, вызванной землетрясением с ускорением 0,3 и сопровождаемой токсическим поражением, будет исчисляться 10-20% иателеиия при разрушении юоо-зарадирй части города, Химкомбината, Заво­да иткутттреииооо волокна и ТЭЦ. Именно такой ущерб можно принять для приведённой выше оценки сейсмической опасности - уткриеиия 0,34 за 30 лет с вероятностью 90%. Количество жертв в этом случае (10-20 тыс. человек)

окажется соизмеримым с потерями при Спитакском землетрясении 1988 г. (см. табл. 3).

Итак, суммирование природных и техногенных факторов, сопутствующих зе­млетрясениям в зонах активных разломов Ванадзорской депрессии, заставляет изменить оценку уровня сейсмической опасности (предельно допустимого ускоре­ния ПДУ), при котором могут произойти значительные разрушения и гибель лю­дей в г. Ванадзор, с принятой сейчас 0,4 [СНПА П-2.02-94, 1998] до 0,2-0,3.

6.3.