ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ СИСТЕМЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

На карте общего сейсмического районирования России ОСР-2016B [Ulomov, 2016] (рис. 1) Байкальская рифтовая система (БРС) в целом характеризуется как область, в которой ожидается интенсивность сотрясаемости в 9 баллов. Вытянутость зон 8 и 9 баллов направлена параллельно простиранию региональных разломов БРС (рис. 1). Согласно представленным на этом рисунке данным разломы, расположенные в зонах одного уровня сотрясаемости, в настоящее время имеют одинаковую опасность.

В то же время известно, что в исследуемом регионе разломы близкого простирания часто имеют разную степень активности [Chipizubov, 2007; Lunina et al., 2010, 2012; Lunina, 2016]. В работе [Lunina, 2010] предложен подход по определению степени активности разломов на новейшем этапе на основе экспертной оценки, выполняемой по комплексу геоморфологических, структурно-геологических, палеосейсмогеологических, сейсмологических, геофизических, инженерно-геологических и гидрологических данных. Все эти разнотипные данные характеризуют прямо или косвенно различные проявления смещения по разлому в прошлом (далеком и недавнем). Согласно результатам такой оценки из общей массы разломов разной степени активности можно выделить наиболее опасные на новейшем этапе.

Похожая проблема, но уже в приложении к возникновению в зонах сейсмогенных разломов сильных землетрясений рассматривалась в работе [Kagan, 1997], автор которой отмечает, что «если крупное землетрясение происходит только тогда, когда напряжения достигают прочности горных пород, то почему небольшие землетрясения происходят в сейсмогенной зоне постоянно?». Из этого факта автор делает вывод, что в сейсмогенных зонах постоянно существует много участков, в которых достигается предел прочности породы. В то же время землетрясения, происходящие в них, долго не становятся спусковым механизмом крупного землетрясения. Вероятно, в зоне разлома должны быть особые условия, при которых небольшое землетрясение превращается в очень большое. Я.Ю. Каган [Kagan, 1997] также обратил внимание не только на необходимость объяснения причин зарождения очага землетрясения в данном конкретном месте, но и на то, почему землетрясение завершается на определенном участке разломной зоны, хотя ее продолжение также является сейсмогенным. В своей работе Я.Ю. Каган фактически ставит вопрос: «Знает ли трещинка, что она станет мегаземлетрясением?». Можно ли, изучая состояние небольшого участка разлома, предсказать вероятность возникновения или невозникновения сильного землетрясения, стартующего из данного места.

Ответы на все эти вопросы следует искать в геомеханической концепции хрупкого разрушения горных пород. Большое число экспериментов показывает, что смещения на разломе (медленные – криповые, быстрые – сейсмические или промежуточные по скорости) возникают в тот момент, когда силы, сдвигающие крылья разлома, преодолевают сопротивление скольжению по разлому, складывающемуся из влияния силы трения и сцепления. С этой позиции, для понимания причин разной опасности близко расположенных участков одного разлома или двух и более разломов одной области, а также для выяснения причин возникновения сильных землетрясений на фоне происходящих слабых событий следует изучать (1) закономерности распределения тектонических напряжений и (2) условия достижения критического состояния на разломах.

Это чрезвычайно сложные задачи для численной геомеханики, так как первая из них требует знания внутреннего строения коры в масштабе ожидаемого сильного землетрясения и изменения условий нагружения за достаточно длительный период времени (вероятно, десятки и даже сотни миллионов лет – времена формирования коры орогенов). Решение второй задачи связано не только со знанием напряженного состояния на разломах, но и с параметрами его прочности, в которых важнейшую роль играет величина флюидного давления в трещинно-поровом пространстве пород. Кора и разломы могут иметь дифференцированную по площади проницаемость, а глубинные флюидные потоки варьироваться во времени под действием большого числа разных факторов (например, лунно-солнечные приливы, магматическая активизация и др.), поэтому распределение флюидного давления может быть очень неоднородным и изменяться за относительно короткие времена. Эта последняя проблема практически неразрешима для корректной постановки задачи геомеханики. Плохо то, что о ней даже не упоминается в ставших уже классическими работах [Dieterich, 1992; Rice, Uenishi, 2002; Uenishi, Rice, 2003; Liu, Rice, 2005; Rubin, Ampuero, 2005]. Таким образом, в рамках только численного геомеханического моделирования сложно ожидать положительного решения проблемы как прогноза опасности сильного землетрясения, так и районирования разломов по их близости к предельному состоянию.

В силу всего вышеперечисленного тектонофизические методы, связанные с изучением напряженного состояния и условий, в которых развиваются деформационные процессы в земной коре, становятся незаменимыми. В настоящее время в тектонофизике не только разработаны методы определения ориентации осей главных напряжений, как это было в середине прошлого столетия [Anderson, 1951; Gzovsky, 1954, 1956], но также появились методы определения величин напряжений [Angelier, 1989, 1990; Reches, 1978, 1983, 1987; Rebetsky, 1999, 2003a, 2003b]. Важно то, что в разработанном в ИФЗ РАН методе катакластического анализа (МКА) как сейсмологических, так и геологических индикаторов разрывных деформаций [Rebetsky, 2009; Rebetsky et al., 2022; Rebetsky, Voitenko, 2023] созданы алгоритмы оценки параметров прочности и флюидного давления. Ранее этот метод уже применялся в проблеме исследования напряженного состояния БРС [Sankov, Dobrynina, 2018; Rebetsky et al., 2023].

Возвращаясь к данным рис. 1, следует отметить, что исходный материал, по которому были построены карты ОСР-2016 (см. работы [Ulomov, 1999; Ulomov, Shuymilina, 1999]), отвечал накопленной базе данных о землетрясениях, произошедших в регионе за несколько тысяч лет (палеосейсмологические, историко-архивные и инструментальные данные), и опирался на данные региональных геологических исследований (см. обобщение этих исследований с тектонофизической позиции, данное в работе [Seminsky, 2003]). В разных частях БРС повторяемость сильных землетрясений различная, варьирующаяся от нескольких десятков и сотен до тысяч лет, а возможно и более. Задача проводимых исследований состояла в актуализации опасных участков разломов, способных генерировать землетрясения 7.0 и более, применительно не просто к современному этапу деформирования БРС, а к самым последним годам и месяцам этого этапа. Такие возможности дает мониторинговый режим реконструкции напряжений, разработанный в рамках алгоритма МКА, который позволяет в каждом узле расчета напряжений в скользящем по времени окне создавать однородные выборки механизмов очагов землетрясений.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГЕОМЕХАНИКИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ

В геомеханике [Nikolaevsky, 2010а, 2010b, 2012] разработаны критерии, позволяющие оценить близость состояния участка разлома к моменту его активизации. Для уже существующих разломов параметром, определяющим близость какого-то его участка к хрупкому разрушению, является кулоново напряжение (КН). Именно на основе этого критерия при численном геомеханическом моделировании поведения разлома устанавливается критическое состояние для какой-то его части и рассчитываются амплитуды смещения крыльев.

Под кулоновыми напряжениями () понимается разница между касательными напряжениями (), действующими на разрыве, и напряжениями сил трения, вызываемыми нормальными к разрыву напряжениями (σ_nn), при учете разупрочняющей роли флюидного давления в трещинах и порах (p_fl). Отрицательные значения КН соответствуют случаю, когда силы трения превышают уровень касательных напряжений на разрыве. Рост уровня КН до положительных значений характеризует приближение напряженного состояния к критическому, определяющему возможность хрупкого разрушения пород:

(1)

где k_s=tgφ_s – коэффициент статического трения (φ_s – угол трения),  – прочность внутреннего сцепления сплошной породы в масштабе исследуемых напряжений (рис. 2), а  – эффективное нормальное сжимающее напряжение, уменьшенное на величину флюидного давления. Равенство в выражении (1) выполняется для трещин скалывания с максимальной прочностью . Здесь и далее используется правило знаков, принятое в механике сплошной среды – напряжение растяжения положительное.

Таким образом, тектонофизика вместе с геомеханикой предлагает под опасными участками разломов понимать зоны, где уровень КН положительный и может повышаться до максимального предела его хрупкой прочности . Заметим, что такое определение опасных участков разломов отличается от предложенного в работе [Kuzmin, Zhukov, 2004]. В этой работе под опасной понимается часть активного разлома, в которой произошли какие-либо современные короткопериодические (первые месяцы и годы), пульсационные и/или знакопеременные деформации. С этих позиций из выделенных в работе [Lunina, 2016] активных разломов для БРС к опасным участкам можно относить только те, которые отвечают активности по историческим (с 1700 г.) и современным данным. Таких участков разломов в этой работе выделено приблизительно порядка 5 % от общей протяженности крупных разломов.

На рис. 2 показано упрощенное представление области хрупкого разрушения, используемое в катакластическом методе – упрощенная диаграмма хрупкой прочности Кулона – Мора. Считается, что линия минимального сопротивления трения параллельна линии предела прочности (φ_s=φ_f и k_s=k_f). Такая же гипотеза имеется в методах [Angelier, 1989; Reches, 1987]. Это упрощение нелинейной зависимости прочности от напряжений [Mas, Chemenda, 2015; Chemenda, Mas, 2016] в катакластическом методе также используется на втором этапе реконструкции для определения нормированных величин напряжений [Rebetsky, 1999, 2003a, 2003b, 2009]. На рис. 2 также показан геометрический способ оценки КН.

С позиции самого акта локального хрупкого разрушения из двух напряженных состояний F и A (рис. 2) оба могут быть одинаково опасными, так как для разломов эффективная прочность сцепления различных их участков (локальная прочность) может варьироваться во всем возможном диапазоне ее значений , поэтому критерий локальной прочности разломов может быть записан с учетом пониженных значений локальной прочности:

(2)

Прочность сцепления на участке разлома () будет зависеть от шероховатости поверхности его бортов и степени его волнистости (непрямолинейности) самого разлома. Вопросы о прочности участков разломов в масштабе обнажения (шахты, выработки, карьеры) хорошо проработаны в рамках геотехники при оценке прочности стенок шахт и выработок [Barton et al., 1974; Barton, Choubey, 1977; Hoek, Brown, 1980; Hoek, 1994]. В тектонофизике разработаны алгоритмы оценки прочности коры в масштабе региона и в масштабе обнажения, для которых получены данные о напряжениях соответственно из сейсмологических и геологических индикаторов разрывных деформаций [Rebetsky, 2009; Rebetsky et al., 2022; Rebetsky, Voitenko, 2023]. Но эти методы требуют своего развития с учетом достижений геотехники.

3. ОПЫТ ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ КУЛОНОВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОЧАГАХ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Опыт тектонофизического изучения очагов сильных землетрясений, произошедших в Китае и Турции [Rebetsky et al., 2021; Rebetsky, 2023], показал, что распределение КН в них может быть очень неоднородным. Эти напряжения могут варьироваться в широком диапазоне положительных значений, но в очагах могут также быть небольшие по протяженности участки их отрицательных значений. Такое, например, имело место в очаге Веньчуаньского землетрясения 2008 г. (M=8.0) [Yin et al., 2010]. Это говорит о том, что при развитии сейсмогенной подвижки в зону отрицательных КН здесь происходит изменение напряженного состояния, приводящее к повышению КН до положительных значений за счет локального роста уровня касательных напряжений. В случае Веньчуаньского землетрясения увеличение КН было небольшое, что косвенно подтверждается локальным понижением уровня сотрясаемости на участке, который по результатам тектонофизического анализа имел отрицательные КН. Здесь согласно данным работы [Jiao, Rogozhin, 2017] движения по разлому были относительно медленными при достаточно больших смещениях у поверхности (1–2 м).

Заметим, что установление неоднородности напряженного состояния в очагах сильных землетрясений – это новый факт в физике очага землетрясений. В ставших уже классическими работах считалось, что существует ряд участков земной коры, находящихся в состоянии, близком к пределу длительной прочности [Sobolev, Ponomarev, 2003]. Если прочность спайки – разлома достаточно высока, то повышенный уровень напряжений [Gzovsky, 1957a, 1957b, 1975] охватывает все большие области в его окрестности. После достижения напряжениями предела прочности горных пород [Benioff, 1951] или предельного значения плотности потенциальной энергии [Riznichenko, 1968] объем, накопивший высокий уровень упругой энергии, разрушается с образованием сдвигового разрыва, представляющего собой очаг землетрясения [Ulomov, Mavashev, 1967]. В этих работах также обсуждались вопросы неоднородности в зоне очага сильного землетрясения, но эта неоднородность связывалась с прочностными барьерами, а не с напряжениями, ответственными за активизацию разрыва.

С другой стороны, имеется свидетельство, что сейсмогенное движение может перескакивать с начального разрыва на соседние структуры. Это имело место при турецких землетрясениях 2023 г. Первое из этих землетрясений, с магнитудой 7.8, началось на разломе Нарли – первом 50-километровом сегменте очага [Schmitt et al., 2023], оперяющем Восточно-Анатолийский разлом с юга. Данные о КН для этого региона [Tikhotsky et al., 2023; Rebetsky, 2023] показывают, что к моменту возникновения землетрясения в его эпицентре на разломе Нарли был высокий уровень КН, который к северо-востоку при приближении к главной ветви Восточно-Анатолийского разлома оставался положительным, хотя и уменьшался до средних значений. Это говорит о том, что при приближении фронта сейсмической подвижки на разрыве к главной ветви Восточно-Анатолийского разлома энергия землетрясения, выделяющаяся в сейсмических волнах, многократно возрастала, что способствовало изменению напряженного состояния на Пазарджыкском разломе, являвшемся вторым по времени активизации сегментом очага. Поскольку смещение в первом сегменте очага было левосдвиговое, а разлом Нарли подходил к главной ветви Восточно-Анатолийского разлома косо, под углом около 45°, на участке Пазарджыкского разлома, расположенном к юго-западу от сочленения с разломом Нарли, должно было понизиться напряжение сжатия, нормального к разлому. Это должно было привести к резкому уменьшению напряжения трения и росту КН.

Вероятно, близкая ситуация реализовалась и для второго – Эльбистанского – землетрясения, произошедшего на разломе Чардак на субширотном ответвлении от Восточно-Анатолийской системы разломов через 9 часов после первого. Согласно результатам расчетов [Rebetsky, 2023] КН на разломах этого западного ответвления были отрицательные. При этом разломы данной ветви подходили под углом около 45° к Восточно-Анатолийской системе разломов, по которой также реализовался левый сдвиг в очаге землетрясения. Для разлома Чардак, находившегося к северу, сейсмогенные движения вдоль Пазарджыкского разлома при первом землетрясении привели к резкому падению нормальных напряжений¸ понизили уровень напряжений трения и, следовательно, определили рост КН. Здесь возникло землетрясение М7.0, хотя никаких предпосылок для его возникновения еще за 10 часов до этого не было.

Заметим, что ранее в работе [Brune, 1970] было высказано предположение, что размер очага землетрясения определяется только в процессе его развития. Как видим, наши результаты и их теоретический анализ подтвердили эту гипотезу.

Приведенные здесь факты, опирающиеся на данные о КН в областях сильных землетрясений и закономерности их изменения в сложных разломных системах, показывают, что для развития сильного землетрясения очень важным оказывается формирование высокого уровня кинетической энергии во фронте развивающегося сейсмогенного разрыва. Если этого уровня энергии будет мало, то наличия барьера в виде небольшого участка разлома с отрицательным уровнем КН будет достаточно для остановки развития смещения по разрыву. Кинетическая энергия, определяющая скорость распространения сейсмогенного разрыва, в дальнейшем перераспределяется в среде и идет на изменение напряженного состояния. В наших расчетах она определяется как разница между полной снятой энергией упругих деформаций из области, окружающей сейсмогенный участок разлома, и энергией, перешедшей в тепло, в процессе преодоления сил трения при скольжении по разлому. Эта энергия пропорциональна произведению КН на амплитуду смещения [Rebetsky, 2003а].

Таким образом, несмотря на то, что любой уровень положительных значений КН может оказаться достаточным для инициации землетрясения (главное, чтобы эти напряжения достигали локальной прочности участка разлома ), для формирования сильного землетрясения необходимо, чтобы в начальной области его зарождения существовали участки высокого уровня КН. Это позволяет сейсмогенному разлому преодолевать участки отрицательных КН или зоны локально высокой прочности (), которые можно рассматривать как различного рода барьеры. Резюмируя выше сказанное, можно ответить на вопрос, заданный в работе [Kagan, 1997]. Маленькая трещинка, формирующаяся на участке высокого уровня КН, имеет определенные шансы развиться в мегаземлетрясение.

4. РАЗВИТИЕ МЕТОДА ОЦЕНКИ НОРМИРОВАННЫХ ВЕЛИЧИН НАПРЯЖЕНИЙ В РАМКАХ МКА

Работы по изучению распределения опасности активных разломов на основе результатов тектонофизической реконструкции природных напряжений начали проводиться относительно недавно [Rebetsky, Kuzikov, 2016; Rebetsky et al., 2021]. В этом отношении они существенно уступают опыту работ по изучению закономерности изменений КН на основе математического моделирования [Stein et al., 1992; Okada, 1992; Harris et al., 1995; и др.]. Для реализации тектонофизического подхода в расчете КН требуются данные не только о параметрах эллипсоида напряжений (ориентация главных осей тензора напряжений и форма эллипсоида), но также величины максимальных касательных напряжений и эффективного давления либо их нормированных значений. В подходе, развиваемом на основе методов математического моделирования, из данных о природных напряжениях используется только ориентировка главных напряжений или горизонтальные перемещения [Yin et al., 2018; Pang, 2022; Zhu et al., 2022] на границах изучаемого геологического объекта. Величины напряжений при этом получают из результатов расчетов в численной геомеханической модели. Понятно, что они могут значительно отличаться от природных из-за невозможности учета локальных неоднородностей и неизвестности пути нагружения, что существенно при закритическом деформировании. Но наиболее критическим фактором является невозможность правильного учета распределения флюидного давления в массиве, которое вносит существенный вклад в оценку величины КН.

Как выше уже обсуждалось, теоретические положения геомеханики определяют, что опасным участком активного разлома можно считать зону положительных значений КН. В таких участках разломов имеется возможность старта – генерации землетрясений, и более высокий уровень КН повышает вероятность формирования большого землетрясения. При этом существует взаимное соответствие между масштабом усреднения напряжений, по которым выполняется районирование разломов, и нижним уровнем прогнозируемой магнитуды землетрясения.

Таким образом, ожидаемый минимальный магнитудный уровень прогнозируемого сейсмогенного участка разлома определяется не шагом узлов сетки, в которых получены данные о напряжениях, а масштабом усреднения коровых напряжений. Он, в свою очередь, связан с магнитудным диапазоном исходных для реконструкции напряжений данных о механизмах очагов землетрясений, а также с плотностью распределения эпицентров землетрясений. Для районов Восточно-Анатолийской зоны (Турция) [Tikhotsky et al., 2023; Rebetsky, 2023] и Западного Сычуаня (Китай) [Rebetsky et al., 2021], где ранее выполнялось районирование опасных участков разломов, масштаб усреднения составлял около 50–70 км, поэтому здесь минимальный уровень прогнозной магнитуды землетрясения составляет 7.0 и более. Естественно, что здесь можно ожидать и землетрясений с магнитудой 6.5 и менее.

Взаимосвязь масштаба усреднения напряжений с минимальной величиной прогнозируемой магнитуды землетрясения является первым критерием выделения опасных участков разломов. Вторым критерием выделения опасных участков является их длина. Если масштаб усреднения напряжений соответствует минимальной магнитуде прогнозируемого землетрясения в 7.0, то и длина опасного участка, выделяемого на разломе из данных о КН, должна быть не менее 40–60 км. Если с этих позиций анализировать результаты районирования активных разломов для Восточно-Анатолийской зоны и Западного Сычуаня, то можно выделить достаточно большое число участков протяженностью 100 км и более с высоким уровнем нормированных КН (более 0.6).

Данные о напряжениях в тектонофизике получают с большим масштабом усреднения на основе анализа совокупностей механизмов очагов землетрясений (первые десятки километров, иногда более 100 км) или трещин с зеркалами скольжения (десятки и сотни метров) [Rebetsky, 2003а; Rebetsky et al., 2017; Rebetsky, Polets, 2018]. В силу этого, а также из-за невозможности получения реальных данных о прочности больших массивов трещиноватых пород (например, методами геотехники) зависимостью параметров прочности от напряжений (рис. 3, а) пренебрегают, полагая k_f и постоянными и считая, что коэффициент внутреннего трения равен коэффициенту статического трения на разрывах k_s=k_f (см. рис. 2).

Это является достаточно сильным упрощением реальной предельной линии прочности, которая имеет криволинейный вид (рис. 3, а). Как следует из рис. 3, а, линия предела прочности выполаживается при больших величинах сжимающих напряжений . Если для диаграммы прочности рис. 2 максимально возможные значения КН не зависят от уровня напряжений (вертикальный отрезок между линиями предела прочности и сухого трения), то для криволинейного вида предела прочности максимальные значения КН должны наблюдаться для среднего и даже низкого уровня напряжений.

Таким образом, согласно рис. 3, а, уровень предельных значений КН понижается при росте уровня эффективных напряжений, нормальных к разлому , поэтому наиболее эффективным для развития сильного землетрясения является участок среднего уровня напряжений на диаграмме Кулона – Мора. Это в свое время было отмечено в работе [Rice, 1982]. В случае применения упрощенной диаграммы Кулона – Мора (см. рис. 2) уровень предельных значений КН постоянный, не зависящий от .

С целью улучшения алгоритма МКА впервые в этой работе был выполнен расчет нормированных величин напряжений (второй этап реконструкции МКА) для упрощенной диаграммы Кулона – Мора хрупкой прочности, представленной на рис. 3, б. Вид этой диаграммы учитывает главные особенности реальной диаграммы хрупкой прочности (рис. 3, а), в которой максимальные значения КН достигаются при низком уровне нормальных к разрыву напряжений . Для этой диаграммы линия предельной хрупкой прочности не параллельна линии минимального сопротивления сухого трения, т.е. k_s>k_f.

Для такого вида диаграммы Кулона – Мора получены соотношения, позволяющие определять нормированные значения максимального касательного напряжения и эффективного давления из данных об однородных выборках землетрясений [Rebetsky, 2003а], по которым на первом этапе МКА определена ориентация осей главных напряжений:

(3)

где  – нормированные КН точки K, отвечающей напряженному состоянию землетрясения с минимальным сопротивлением трения в очаге. Выражения (3) распространяются и на случай диаграммы хрупкой прочности Кулона – Мора вида рис. 2 при k_s=k_f .

Таким образом, в этой работе впервые в рамках МКА расчет нормированных величин напряжений выполнялся по диаграмме Кулона – Мора, для которой вместо условия k_s=k_f использовалось условие k_s>k_f (k_s=0.6, k_f=0.5).

5. ПОДГОТОВКА ДАННЫХ О РАЗЛОМАХ БРС К РАСЧЕТУ

Возможность проведения тектонофизического районирования опасных участков активных разломов Байкальской рифтовой области опиралась на результаты реконструкции напряжений, полученные в работе [Rebetsky et al., 2023]. Основой для этой реконструкции являлись данные о механизмах очагов около 700 землетрясений с магнитудой от 2.2 до 7.8, произошедших за период с 1950 по 2013 г. В расчетах напряжений использовался магнитудный диапазон землетрясений от 3.0 до 5.5, что составило 454 события.

Применение катакластического метода [Rebetsky, 2003а, 2003b, 2005] для реконструкции напряжений позволило в 404 узлах расчета для сетки с шагом 0.25×0.25° (средняя дистанция по широте – 18 км, по долготе – 28 км) не только определить параметры эллипсоида напряжений (ориентация главных напряжений и коэффициент Лоде – Надаи, характеризующий форму эллипсоида), но и рассчитать нормированные на прочность сцепления величины эффективного давления и максимальных касательных напряжений . Далее для оценки опасности от этих данных о напряжениях в системе координат, связанной с главными осями напряжений, необходимо перейти к эффективным нормальным и касательным напряжениям на разломе. Для этого необходимо знать не только азимут простирания участка разлома, но и углы его погружения.

В наших расчетах была использована размещенная на сервере ГИН РАН электронная база данных в формате ARC GIS об активных разломах Евразии (АРЕА) [Bachmanov et al., 2017; Zelenin et al., 2022]. В ней для большой группы разломов имелось указание о положении поднятого крыла разлома и его кинематике (взброс, надвиг, сброс, раздвиг, правый или левый сдвиг). Отметим, что для БРС в базе данных АРЕА отсутствовало указание на наличие разломов типа надвиги и раздвиги. Сопоставление этих данных с результатами обобщений региональных геофизических и сейсмических данных, представленных в работе [Levi, 2014], показывает их хорошее соответствие.

Данных о поднятом крыле разломов достаточно для определения направления погружения разлома в случае, когда он имеет кинематику типа взброс/надвиг или сброс/раздвиг (рис. 4, а). Для сдвигов возможность определения направления погружения имелась тогда, когда он сочетался с компонентой смещения вдоль восстания или погружения плоскости разрыва. На всех рисунках далее разломы идентифицировались только в тех случаях, когда для них были получены данные о напряжениях.

Поскольку для расчета КН необходимо знать не только направление погружения, но и углы погружения, то, используя данные о кинематике, можно приближенно определить угол погружения разлома (рис. 4, б), например, приняв, что сдвиговые разломы субвертикальны (углы погружения 90°), а разломы с кинематикой взбросов и сбросов погружаются под углом соответственно 30 и 60°. Такие углы отвечают наиболее опасным положениям разломов для напряженных состояний, им соответствующим: горизонтальный сдвиг, сжатие и растяжение.

Понятно, что оценка углов погружения, представленная на рис. 4, б, может быть достаточно неточной, в особенности для сдвиговых разломов, имеющих взбросовую или сбросовую компоненту. Для других типов разломов ошибки могут достигать 15–20°, поэтому мы вслед за работой [Rebetsky, 2023] пошли по пути оценки углов погружения разломов из дополнительных данных о сейсмогенной структуре региона, которые могут быть получены после реконструкции напряжений катакластическим методом. Дело в том, что после второго этапа реконструкции имеется возможность установить, какая из нодальных плоскостей является очагом землетрясения. Эта возможность была опробована для Байкальской рифтовой системы в работах [Sankov, Dobrynina, 2015, 2018]. Выбор реализованной нодальной плоскости в катакластическом методе делается на основе сравнения КН на каждой из нодальных плоскостей. Та из них, которая имеет больший уровень КН, определяется как очаг землетрясения [Rebetsky, 2003а]. Для исследуемого региона для 86 % механизмов очагов землетрясений (МОЗ) из общего каталога землетрясений имелись достаточно достоверные данные о реализованной в виде сейсмогенного разрыва нодальной плоскости.

Для использования такого типа данных нами была создана программа, которая на основе интерпретации механизмов очагов землетрясений, произошедших на дистанциях менее 60 км от разломов, определяла углы их погружения. При этом происходила проверка близости простирания участка разлома простиранию очага землетрясения (отклонения менее 40°), а также соответствия направления погружения участка разлома и очага. При такой проверке учитывалось положение разлома на глубине гипоцентра землетрясения.

На рис. 4, в, показаны углы погружения разломов, полученные из МОЗ. Как видно из сравнения рис. 4, б, и рис. 4, в, имеется разница в результатах углов погружения, оцениваемых двумя способами. В большей степени она связана с флангами Байкальской рифтовой области. В дальнейшем мы будем использовать при расчетах КН данные рис. 4, в (МОЗ). В тех случаях, когда данные МОЗ отсутствуют или не отвечали сформулированным выше требованиям, будем использовать углы погружения по АРЕА.

6. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ НА РАЗЛОМАХ

После расчетов углов погружения разломов была произведена интерполяция и экстраполяция на участки разломов данных о напряжениях из ближайшей точки расчета напряжений. Если расстояние между ними составляло менее 30 км, то параметры этого напряженного состояния присваивались участку разлома. Если ближе 30 км не было узлов с данными о напряжениях, то такой участок разлома в расчете КН не участвовал. В среднем расстояние от центра участка разлома до узла расчета напряжений составляло около 20 км.

Следующий этап состоял в получении для каждого участка разлома параметров напряженного состояния в системе координат, связанной с самим разломом, т.е. для тройки ортогональных векторов n, s, p – полюс (нормаль к разлому), простирание и погружение плоскости разлома. Напряжения на участке разлома можно получить с точностью до нормировки на максимальную прочность сцепления разлома :

(4)

Здесь l_ni и l_ki – направляющие косинусы осей главных напряжений (σ_i , i=1, 2, 3) с векторами n, s, p, (k=s, p) и  – редуцированные напряжения, (k=s, p) и  – нормированные напряжения, и  – стандартная запись напряжений.

Далее по данным о соотношении касательных напряжений и определялось направление действия нормированного полного касательного напряжения () на участке разрыва (угол вектора t с простиранием разрыва) и его нормированная величина:

(5)

При этом данные о компонентах нормированных величин касательных напряжений, действующих на участках разломов вдоль их простирания и восстания/погружения, позволяют рассчитать угол от горизонта:

(6)

Этот угол определяет направление действия полного касательного напряжения (или нормированного напряжения ). Примем вслед за работами [Wallace, 1951; Bott, 1959] гипотезу, что данные о направлении касательных напряжений на участках разрывов позволяют сделать прогноз кинематики разлома. Будем далее использовать систему обозначений кинематики участков разломов с шагом в 45° при разбиении углов направления смещения его крыльев, представленную на рис. 5.

На рис. 6 представлена кинематика участков разломов БРС, полученная по результатам расчетов напряжений. Здесь так же, как это ранее было отмечено для углов погружения разломов (см. рис. 4), наибольшие различия наблюдаются для флангов БРС.

Отметим на рис. 6 большое число разломов сбросо-сдвиговой кинематики с левосторонней компонентой смещений в сочетании с чисто сбросовыми разломами и небольшим числом сбросо-сдвигов с правосторонней компонентой смещений в пределах коры Байкальской рифтовой впадины. На юго-западном фланге зоны разломы сбросо-сдвиговой (левые) кинематики по представительности полностью подавили чисто сбросовые разломы. Здесь также имеется большое число левосдвиговых разломов. Северо-восточный фланг Байкальской рифтовой системы представлен в приблизительно равных пропорциях сбросо-сдвигами с правой и левой компонентой смещений при несколько меньшем представительстве чистых сбросов. На обоих флангах системы встречаются и разломы взбросовой кинематики, протяженность и число которых возрастает по мере удаления от ее центра.

Главные различия в кинематике разломов по данным рис. 4, б, и рис. 6 связаны с юго-восточным и северо-западным окончанием оз. Байкал. Так, на северо-западе для Ангарского и Предгорного разломов, расположенных к северо-востоку от Главного Саянского разлома, а также систем Тиссинского и Китойского разломов к юго-западу от него база данных АРЕА дает взбросы или взбросы с компонентой правого или левого сдвига. Согласно нашим расчетам для Ангарского и Предгорного разломов это соответственно левый сдвиго-сброс, а для Тиссинского и Китойского разломов – сброс и сброс с выраженным левым сдвигом соответственно. Точно так же и для Акитканского разлома на северо-востоке база данных АРЕА дает взброс, в то время как по нашим расчетам здесь левосторонний сбросо-сдвиг.

Для отмеченных разломов смена знака вертикальной компоненты смещений при подтверждении поднятого крыла разлома может означать смену направления погружения разлома на противоположное, поэтому результаты районирования по напряжениям для таких разломов, которые будут представлены далее, могут быть поставлены под сомнение.

Считая эти два участка некоторым исключением, можно сделать общее заключение о хорошем соответствии наших расчетов данным АРЕА. При этом кинематика, полученная из результатов расчета напряжений, обладает большей детальностью. Результаты тектонофизических расчетов позволили отделить разломы с преимущественно сбросовой или взбросовой кинематикой (на современном этапе) от соответственно сбросо-сдвигов и взбросо-сдвигов, что, вероятно, сложно было сделать только по геологическим данным [Lunina, 2016]. Также следует иметь в виду, что часть разломов взбросовой и сбросовой кинематики при их сочетании со сдвигами имели крутые углы погружения – более 70° (см. рис. 4, в), что позволяет выделить их в отдельную группу взрезов или взрезов в сочетании со сдвигами.

На рис. 7 показаны результаты расчета нормированных величин эффективного нормального напряжения () и касательного напряжения (). Отметим наибольший уровень касательных напряжений (рис. 7, б) в трех сегментах коры Байкальской впадины и на ее северо-восточном фланге. Юго-западный фланг Байкальской рифтовой системы в целом имеет меньший уровень касательных напряжений.

Важно заметить, что на втором этапе катакластического метода при анализе напряжений на диаграмме Кулона – Мора для очагов из однородных выборок землетрясений принималось значение коэффициента внутреннего трения k_f=0.5 и коэффициента статического трения k_s=0.6 (см. рис. 3, б). Принятое значение коэффициентов трения определило и закон взаимосвязи нормальных и касательных напряжений на разрывах – их соотношение близко к 2:1. Можно также видеть, что для тех участков разломов, для которых имеет место повышенный уровень эффективного нормального напряжения сжатия, наблюдается и высокий уровень касательных напряжений.

7. РАЙОНИРОВАНИЕ ОПАСНЫХ УЧАСТКОВ РАЗЛОМОВ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ СИСТЕМЫ

Финальный этап расчета состоял в определении из выражения (1) нормированных на прочность сцепления КН:

(7)

В одном из предыдущих разделов обсуждались вопросы неоднородности напряженного состояния и распределения уровня КН в очагах произошедших сильных землетрясений (Веньчуаньское 2008 г., Пазарджыкское 2023 г.). Выводы из этих фактов говорят о том, что сильные землетрясения должны возникать на таком участке разлома, где возможно высвобождение большого количества энергии упругих деформаций. В этом случае она способна распространиться на большие площади разлома, преодолевая сопротивление (барьеры) участков с низким уровнем КН и высокой локальной прочностью () разломов. Можно показать [Rebetsky, 2003а], что высвобождающаяся энергия упругих деформаций по порядку величин пропорциональна квадрату КН.

Будем в результатах районирования разломов по уровню КН отрицательные их значения () рассматривать как безопасные для генерации землетрясений с магнитудой 7.0 и более. Участок разлома с диапазоном КН низкого и среднего уровня будем определять как тревожную зону, в которой возможна сейсмическая активизация в результате распространения в нее сейсмогенного разрыва с соседних участков, если они имеют более высокий уровень КН. При этом выделение сейсмической энергии на таком участке будет резко понижаться. Возможно, что на таких участках скорость распространения очага замедляется, землетрясение здесь может переходить в фазу медленного скольжения.

Диапазон кулоновых напряжений с наиболее высоким значением будем считать наиболее предпочтительным для формирования эпицентра – начало старта распространения очага землетрясений с магнитудой более 7.0. Это участок высшей опасности (супервысокий уровень КН). Если на нем будет располагаться часть очага землетрясения, то здесь будет происходить наибольшее выделение сейсмической энергии. Третий диапазон КН среднего и высокого уровня именуется как опасный. Такие участки разлома способны к выделению достаточно высокого уровня сейсмической энергии. Расположение таких участков рядом с участком высшей опасности способствует распространению в них очага землетрясения с высокой степенью интенсивности.

Будем считать, что распространение очага землетрясения, начавшееся на участке наивысшей опасности или на опасном участке, прекратится тогда, когда он попадает в протяженный участок отрицательных значений КН. Распространение очага в зону пониженной опасности (тревожная) может прекратиться из-за локальной неоднородности напряжений в ней.

При прогнозе магнитуды землетрясения на основе протяженности опасного участка разлома будем опираться на работу [Wells, Coppersmith, 1994], полагая, что длина опасного участка 40–60 км отвечает магнитуде землетрясения около 7.0, 100–150 км – магнитуде землетрясения около 7.5. Если следовать выражению (25) из работы [Kocharyan et al., 2014], то землетрясениям с М=7.0 и 7.5 наиболее представительными должны быть размеры очагов соответственно 56 и 120 км.

Если участок разлома имеет неоднородное распределение напряжений, то будем рассматривать его как возможный очаг землетрясения с М>7.0 в тех случаях, когда в нем существует сегмент с супервысоким уровнем КН более 5 км, который непрерывно сопряжен с участками среднего и высокого уровня, а в сумме их протяженность более 50 км (рис. 8, а). Кроме таких зон необходимо также отслеживать сегменты разломов среднего и высокого уровня КН, имеющие протяженность более 25 км, расположенные вблизи очагов ранее произошедших сильных землетрясений (рис. 8, б).

Поскольку большую роль в оценке величин КН играет направление погружения разлома и значение его угла погружения, то далее будет приводиться этот угол с указанием, по каким данным он определен (см. выше).

Следует специально отметить, что наличие участка разлома с высоким уровнем КН говорит о его близости к критическому состоянию. На самом деле по этим результатам нельзя сказать, как будет снижен опасно высокий уровень напряжений. Это может произойти путем возникновения одного сильного землетрясения, множества среднесильных землетрясений или за счет тихих и низкочастотных землетрясений [Kocharyan et al., 2014]. В этой статье будем предполагать, что эта разрядка произойдет за счет стандартного высокочастотного сильного землетрясения.

Будем в нашем анализе результатов расчетов КН двигаться с запада на восток, выделяя опасные участки активных разломов протяженностью более 50 км, а также исследуя состояние активных разломов в местах ранее произошедших сильнейших (М>7.0) землетрясений, определенных по данным исторической и палеосейсмологии. В базе АРЕА разломы одного наименования часто представляются в виде системы разрывов, концы которых не совпадают, но подстраиваются друг к другу, поэтому будем такие разломы одного названия именовать системой разломов.

Согласно данным рис. 8 первым в северо-западном секторе БРС опасно высокий и средневысокий уровень КН наблюдается для участка Китойского разлома протяженностью около 51 км. Этот участок разлома имеет восток-северо-восточное простирание с погружением на юг-юго-восток с углом 44–60° по данным о ближайшем МОЗ. Согласно расчетам по МКА этот разлом на данном участке имеет сбросовую кинематику с малой компонентой правого сдвига с углом смещения висячего крыла около –110°, отсчитываемого от вектора простирания (минус определяет компоненту сброса). В базе данных АРЕА для него дается угол погружения 60° при взбросовой кинематике с компонентой левого сдвига.

На северо-востоке этот опасный участок разлома переходит в зону среднего и низкого уровня КН, а завершается участком опасно высокого их уровня. Эта зона имеет протяженность около 40 км. Таким образом, если активизация первого участка может породить землетрясение с магнитудой около 7.0, то в сумме оба этих участка могут сгенерировать землетрясение с магнитудой около 7.5.

К север-северо-западу от Китойского разлома расположен очаг землетрясения 1989 г. с магнитудой 7.0. В настоящее время вблизи него имеется участок разлома северо-западного простирания со средневысоким уровнем КН протяженностью около 25 км. Эта зона требует внимания при будущих исследованиях изменения напряженного состояния.

Поскольку выше для этого разлома было отмечено несовпадение его кинематики, данной в базе АРЕА, и результатов наших расчетов (см. рис. 6), отнесение этого участка разлома к опасным требует дополнительной проверки и, возможно, пересчета для другого направления погружения разлома.

К югу от Китойского разлома существует целая система нескольких разломов, имеющих опасный и высокий уровень КН протяженностью около 50 км. К западу и востоку эта система разломов имеет отрицательный уровень КН. Таким образом, из этих данных следует, что здесь можно ожидать землетрясение с М>7.0.

Подобные опасные участки имеются на западном фланге Тункинской системы субширотных разломов, погружающихся на юг. Согласно данным ближайшего МОЗ его угол погружения равен 55° (по данным АРЕА 60°). Расчеты МКА показывают, что кинематика разлома соответствует сбросу компонентой правого сдвига (угол смещения 115°).

Немного южнее располагаются опасные участки Харадабан-Мондинского и Байкало-Мондинского субширотных разломов, погружающихся на север с углами 36 и 40° соответственно по данным ближайших МОЗ. Их кинематика – сброс с левой компонентой сдвига (углы смещения –53 и –75° соответственно). Отметим, что согласно АРЕА эти участки разломов должны являться сбросами с правосдвиговой компонентой при угле погружения 60°.

Данный комплекс из трех опасных участков разломов является самым крупным опасным узлом БРС. В зоне Харадабан-Мондинского разлома в 1872 г. произошло сильное землетрясение с магнитудой около 7.0. Вблизи эпицентра этого сильного землетрясения на северном ответвлении разлома сейчас располагается опасный участок очень высокого уровня КН протяженностью около 20 км. Выделенная опасная зона имеет в настоящее время достаточно активный сейсмический режим [Radziminovich et al., 2020], и здесь в 2003 г. произошло Хойтогольское землетрясение с М=4.8 [Melnikova et al., 2009]. Полученные нами данные покаывают возможность повторение сильного землетрясения.

Для восточного фланга Тункинского разлома, на котором согласно данным рис. 1, б, произошло восемь палеоземлетрясений (1315–13000 лет назад) с магнитудой от 7.2 до 8.0 (рис. 8, б), а также для юго-восточного окончания Главного Саянского разлома, где произошло два палеоземлетрясения (500–2000 лет назад), нет протяженных опасных участков разломов, но есть опасные участки очень высокого и средневысокого уровня КН протяженностью около 10 км. Здесь в настоящий период развития сейсмического процесса землетрясений с М>7.0 не ожидается, но этот участок требует регулярного тектонофизического мониторинга. На рис. 9. Тункинская опасная зона показана в крупном масштабе.

Результаты анализа кулоновых напряжений для северо-западного участка системы разломов Черского (погружение на северо-восток с углом 57° МОЗ, сброс с малой компонентой левого сдвига с углом смещения –82° МКА), расположенного вдоль южного побережья западного окончания оз. Байкал вблизи афтершоковой области Култукского землетрясения от 27.08.2008 г. (М=6.2), показывают, что здесь имеются два малых участка протяженностью около 2–3 км каждый средневысокого и низкого уровня положительных КН. Проведенный нами анализ результатов расчета показывает, что при расчете напряжений для этого сегмента БРС данные о механизмах очагов, произошедших ранее даты 27.08.2008 г., были только для трех землетрясений. Эти землетрясения возникли достаточно далеко друг от друга, поэтому в каждом из узлов данного сегмента БРС принимало участие в расчете не более одного из таких событий. Из-за этого их роль в определении напряжений была минимальная и полученный результат распределения КН относится временному периоду после 27.08.2008 г. Вероятно, малые участки относительно высокого уровня КН отвечают остаткам той зоны повышенного уровня КН, которая была здесь до Култукского землетрясения, и ее параметры полностью определены афтершоковой последовательностью этого землетрясения.

В районе дельты р. Селенги к западу от залива Провал расположена целая система опасных участков разломов Провал, Дельтового, Усть-Селенгинского и Сахалин-Энхалукского северо-восточного простирания. Протяженность этих опасных участков составляет 40–50 км, и они включают в себя зоны средневысокого и очень высокого уровня КН. С запада и востока эта система опасных участков разломов переходит в зоны отрицательного значения КН. Здесь можно ожидать землетрясения с магнитудой около 7.0.

Самый опасный участок северной системы – Сахалин-Энхалукский разлом – имеет изменяющееся простирание, огибает зону дельты р. Селенги, с погружением на запад, северо-запад и север при углах погружения от 48 до 53° (МОЗ). Расчет МКА дает кинематику сброса с небольшой компонентой правого сдвига (–110°).

Система разломов, отделяющая наиболее молодую часть дельты р. Селенги от ее южной более приподнятой части (Усть-Селенгинский разлом), имеет северо-восточное простирание с погружением на север под углом около 50° (МОЗ). Кинематика этих разломов отвечает практически чистому сбросу. Здесь расположен самый протяженный участок опасно высокого уровня КН длиной около 16 км.

Южнее расположена система дугообразных разломов Дельтового и продолжающего его к востоку разлома Провал. Эти разломы погружаются на север под углами 45–50° (МОЗ) и имеют кинематику сброса с небольшой левосторонней компонентой сдвига (–80…–85°) на западных участках и выраженной правосторонней на восточных (–110…–130°).

Всю анализируемую систему разломов в их средней части рассекает Фофановский разлом северо-западного простирания (погружение на северо-восток с углом 46°), который в КН выглядит безопасным (отрицательные значения). Возможно, что структурно этот разлом может создавать барьер единообразному смещению систем разломов Усть-Селенгинского и Дельтового. Было бы важно исследовать состояние зон пересечения этих разломов с Фофановским разломом. На рис. 10 опасная зона в дельте р. Селенги показана в крупном масштабе.

Эпицентр землетрясения 1862 г. с магнитудой 7.5 расположен на участке среднего уровня КН, окруженном с обеих сторон участками средневысокого уровня этих напряжений. В недавнем прошлом здесь произошли Байкальское (1903 г., MLH=6.7) и Среднебайкальское (1959 г., MLH=6.8) землетрясения [New Catalog…, 1977]. В конце 2020 г. здесь произошло землетрясение с M=5.6 [Tubanov et al., 2021; Radziminovich et al, 2022; Dobrynina et al., 2022].

Таким образом, для зоны залива Провал и дельтовой зоны р. Селенги возможно повторение сильного землетрясения. Отметим, что увеличение выноса отложений р. Селенги способствует росту вертикальной нагрузки, что ускоряет процесс достижения предельного уровня напряженного состояния.

Следует заметить, что к северу и северо-западу от залива Провал в 1862 и 1885 гг. произошли два сильных землетрясения с магнитудой 6.5 и 6.7 соответственно. В настоящее время на ближайших к их эпицентрам разломах имеются участки высокого и среднего уровня КН протяженностью 25–35 км. Эта зона также требует наблюдения за последующими изменениями напряженного состояния.

Вдоль северо-восточного побережья оз. Байкал на разломной системе Байкальский сброс, согласно данным рис. 8, б, здесь произошло несколько палеоземлетрясений с магнитудой от 7.7 до 7.9. В настоящее время на этом разломе имеется протяженная область около 65 км со средневысоким уровнем КН. Это наиболее протяженная опасная зона. Хотя она не имеет участка супервысокого уровня напряжений, она должна рассматриваться как одна из опасных зон, так как ранее здесь уже были сильные землетрясения.

На северо-восточном флаге БРС также имеются системы Итыкит-Амнундинского и Муяканского разломов субширотного и западно-северо-западного простирания с КН опасно высокого уровня. Общая протяженность таких участков около 55 км. При этом участок Итыкит-Амнундинского разлома с супервысоким уровнем КН имеет протяженность около 9–10 км. Разломы этой системы погружаются на северо-восток и на север с углами от 45 до 75° (МОЗ), это сбросы с компонентой левого или правого сдвига. В 2014–2015 гг. в юго-восточной части этой зоны происходила активизация сейсмичности [Gileva et al., 2021] с магнитудой от 4.8 до 5.5. Важно отметить, что два участка этой сейсмической активизации приурочены к продолжению Перевального разлома, имеющего северо-западное простирание, косое к системам Итыкит-Амнундинского и Муяканского разломов. На участке сейсмической активизации в базе АРЕА разлом Перевальный не показан. В настоящее время этот разлом имеет отрицательные значения КН, что может свидетельствовать о том, что на нем произошел сброс касательных напряжений.

Возможно, что сейсмическая активизация разлома Перевального создала некоторый запирающий эффект – барьер в движениях по разломам Итыкит-Амнундинской и Муяканской систем. Если произойдет срыв этого барьера, то здесь также можно ожидать землетрясение с магнитудой около 7.0. Эта зона требует повторных исследований по мере накопления новых данных о механизмах очагов землетрясений, а также слежения за движениями вдоль Итыкит-Амнундинской и Муяканской систем разломов в зонах их пересечения с разломом Перевальным. Специально отметим, что г. Северомуйск и Северомуйский тоннель расположены на пересечении разломов Перевального и Итыкит-Амнундинского. На рис. 11 Северомуйская опасная зона показана в крупном масштабе.

Таким образом, можно заключить, что выполненные исследования закономерности распределения КН позволили выявить три крупных сегмента, состоящих из систем разломов, имеющих опасные участки, которые способны генерировать землетрясения с магнитудой 7.0–7.5.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в работе исследования опасных участков разломов опираются на результаты тектонофизической реконструкции современных напряжений БРС, представленные в статье [Rebetsky et al., 2023]. При проведении этих исследований была использована электронная база данных АРЕА [Bachmanov et al., 2017].

Критерий тектонофизического районирования опасности участков разломов связан с уровнем КН, определяющих разницу между касательными напряжениями, действующими на разломах, и напряжениями сил трения. Таким образом, для расчета КН недостаточно только данных об ориентации осей главных напряжений, как это имеет место при расчете КН с использованием методов математического моделирования [Stein et al., 1992; Pang, 2022]. Расчет КН на разломах стал возможным в рамках катакластического метода [Rebetsky, 2003а, 2003b], поскольку в нем существует алгоритм определения нормированных величин напряжений. Кроме того, в этом методе имеется также возможность выявления реализованной в виде очага одной из двух нодальных плоскостей для землетрясений, по данным механизмов которых выполнен расчет напряжений. Последнее позволило оценить углы погружения активных разломов из базы данных АРЕА.

Результаты тектонофизического районирования разломов БРС показали необходимость учета диаграммы хрупкой прочности Кулона – Мора более достоверного вида (см. рис. 3, б). В случае использования зоны хрупкого разрушения в виде полосы (коэффициенты эффективного предела внутренней прочности и трения одинаковые) большая часть разломов БРС должна рассматриваться как опасная для генерации землетрясений с магнитудой 7.0.

Выделенные три зоны разломов опасно высокого уровня КН обозначены нами как вероятные для возникновения сильных землетрясений с магнитудой 7.0: 1) в западном сегменте БРС, в западной части Тункинской долины в Тункинской, Харадабан-Мондинской и Байкало-Мондинской разломных системах; 2) в дельте р. Селенги на системах разломов Провал, Дельтового и Усть-Селенгинского; 3) вдоль Северомуйского хребта в Итыкит-Амнундинской и Муяканской системах разломов. Для них имеется несколько участков разломов протяженностью до 50 км, имеющих критически высокий (80–100 % от максимального) и высокий уровень КН (40–80 % от максимального). При этом протяженность сегментов с критически высоким уровнем КН в пределах этих участков составляет около 15–25 км. Мы рассматриваем именно эти ядра опасных зон как места, в которых могут стартовать сейсмогенные разрывы будущих сильных землетрясений с М>7.0. Для этих трех зон предлагается проводить тектонофизический мониторинг изменения напряженного состояния и осуществлять наблюдение за движениями поверхности методами дистанционного зондирования.

На самом деле наличие участка разлома с высоким уровнем КН говорит о его близости к критическому состоянию. Будет ли этот опасно высокий уровень напряжений снижен путем возникновения одного сильного землетрясения или за счет так называемых тихих или низкочастотных землетрясений [Kocharyan et al., 2014], сказать сейчас невозможно.

Полученные результаты следует воспринимать как долгосрочный прогноз опасных участков разломов БРС, для которых может реализоваться сильное землетрясение с магнитудой 7.0 и более. Они нуждаются в критическом обсуждении в научном сообществе с целью установления других типов данных, которые могут подтвердить или поставить под сомнение результаты долгосрочного прогноза. С другой стороны, поскольку все выделенные опасные участки разломов по имеющимся сейсмологическим данным являются высокоактивными, уже сейчас для них можно разрабатывать стратегию среднесрочного прогноза, используя современные достижения в науках о Земле. В частности, на опасных участках разломов могут быть организованы долговременные наблюдения деформаций и движений методами дистанционного зондирования поверхности, а также аппаратурные геофизические наблюдения состояния ядерной части – тела разлома [Rebetsky, 2006; Rebetsky, Guo, 2020].

9. БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят А.Д. Завьялова за предоставленные данные в виде файлов ARCGIS карт сейсмического районирования территории России ОСР-2016.

10. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

11. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.