книги из ГПНТБ / Вопросы общей и теоретической тектоники [сборник].

«Современные н новейшие движения земной коры в Прибалтике». Виль­

нюс, 1964.

5К ел ни н Г. А. Точность и возможности метода повторного нивели­ рования. В сб. «совр. и новейшие движения зомной коры в Прибалти­

магматизма на примере карел-ид восточной части Балтийского щита. В сб. «Пробл. магматизма Балтийского щита». Л., «Наука», 1971.

201

ВОПРОСЫ ОБЩЕЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЕКТОНИКИ

УДК 551. 24.05+551.248;2

Ф. Г. КОРЧАГИН

РАЙОН СТРОИТЕЛЬСТВА ЗЕЙСКОЙ ГЭС КАК АРЕНА ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Известны случаи, когда заполнение крупных водохрани­ лищ, в частности таких, как Кариба (Южная Родезия), Коп­ на (Индия), Марафон, Кремаста (Греция), Грандваль (Фран­ ция) и других, вызывало появление локальной сейсмичности.

Анализируя опубликованные по этому вопросу сообщения

Lane, 1971; Rao V. Bhaskara a. oth., 1969; Rothe, 1970), можно отметить следующие обстоятельства.

Появление локальной сейсмичности не зависит от глубины водохранилища, но наиболее ярко она проявлена, когда уро­ вень воды превышает 100 м.

Наблюдается тесная корреляция между колебаниями уров­ ня воды в водохранилище и местными толчками.

Основному, наиболее сильному, толчку предшествовала се­ рия многочисленных слабых толчков.

Отношение магнитуды крупных афтершоков к магнитуде основного толчка является высоким (0,9).

В ложе этих водохранилищ рыхлые отложения маломощны. Районы водохранилищ имеют блоковое строение.

В пределах водохранилища или вблизи его в большинстве случаев находится активный разлом.

Районы водохранилищ являются как асейсмичными, так и слабо- и среднесейсмичными.

203

Районы водохранилищ, как правило, находятся в областях с высоким градиентом современных вертикальных движений

(Николаев, 1973).

Называют две причины появления вызванной сейсмичности. Упругие деформации в горных породах, вызываемые весом во­ ды, могут способствовать разгрузке накопившихся в верхних слоях земной коры напряжений. При этоммогут происходить подвижки по существующим разломам и образовываться но­ вые разрывы. Проникая по трещинам в породе на значитель­ ную глубину, вода создает дополнительное давление, что ве­ дет к уменьшению силы сцепления между блоками. Кроме то­ го, при этом возрастает парово-трещинное давление воды, что облегчает развитие разрыва.

Исходя из этих предположений, в целях изучения причин и механизма повышения локальной сейсмической активности при заполнении водохранилища, предполагают проводить на­ блюдения за сейсмичностью района, измерять напряженность горных пород, устанавливать уровень грунтовых вод и коэф­ фициент фильтрации, изучать наличие и положение разрывных нарушений в районе будущего водохранилища (Lane, 1971).

Факты, полученные при проведении исследований, несом­ ненно помогут в оценке возникающей проблемы и при расши­ рении наших знаний в ее решении.

Удобный объект для проверки этих предположений и отра­ ботки методики наблюдений — район будущего водохранили­ ща Зейской ГЭС.

ГЭС па реке Зее сооружается па южной окраине хребта Тукурингра и включает в себя плотину гравитационного типа высотой немногим более 100 м. Водохранилище распростра­ нится на 300 с лишним километров по долине р. Зеи и будет иметь узкую вытянутую форму с заливами по долинам прито­ ков. Объем водохранилища составит около 60 млрд м:!. Наибо­ лее глубоководная часть его, до 100 м, расположена в пределах Зейского ущелья хребта Тукурингра, мелководная (0—50 м) — на Верхне-Зейской равнине.

Хребет Тукурингра — это сильно расчлененное поднятие с крутыми склонами и глубоко врезанными долинами. На севе­ ре к хребту примыкает Верхне-Зейская равнина, на юге — Амурско-Зейская, с которыми он граничит по глубинным (Тукуриигрским на севере, Южно-Тукурингрским на юге) разло­ мам. В ценртальной части хребта отмечают Усть-Гилюйский разлом, имеющий субширотное простирание.

204

Встроении хребта принимают участие докембрийские гней­ сы, метаморфические сланцы еиния, вулканогенно-осадочная толша верхней юры—нижнего мела и многочисленные интру­ зии среднего и кислого состава. Наиболее крупная Пиканская интрузия диоритов фиксирует Южно-Тукурингрский разлом.

Вструктурном плане хребет представляет собой северное крыло антиклинорыя, осложненное мелкими субширотными складками. Южное крыло срезано и опущено вниз по системе Южно-Тукурингрского разлома. В средней части хребта про­ слеживается грабенообразная впадина субширотпого прости­ рания, выполненная верхнеюрской—нижнемеловой вулканоген­ но-осадочной толщей.

Геологическому строению этого района посвящен ряд ра­ бот (Богданов, 1958; Подкаминер, 1958, 1960; Красный, 1960; Горжевский, Лазько, 1961; Рассказов, 1961; Нагибина, 1963; Рудник, 1964), поэтому останавливаться более подробно на этом нет необходимости.

Глубинные разломы, ограничивающие хр. Тукурингра, изучены слабо. Некоторые данные имеются только по строе­

нию Южно-Тукурингрского разлома в районе г. Зеи (Подкамнпер, 1958). Оми сводятся к следующему. Южный склон гр. Ту­ курингра совпадает с линией сброса, по которой породы Ппкаиской интрузии граничат с осадочно-эффузивной толщей, залегающей горизонтально или субгоризонталыю. На расстоя­ нии 100—200 м к югу от склона Тукурингра осадочно-эффу­ зивные породы круто погружаются (а скорее вертикально об­ рываются), сменяясь толщей галечников и песков мощностью более 100 м (может быть значительно более). С линией, по ко­ торой эффузнвы сменяются рыхлыми породами в рельефе, совпадает северная граница депрессии, называемая Ппканской. Депрессия вытянута вдоль подножия хр. Тукурингра, местами заболочена, плановый рисунок гидросети свидетель­ ствует о современном опускании. Ширина депрессии около 10 км. В пределах депрессии мощность руслового галечникового аллювия в долине р. Зеи достигает 20 м, вне депрессии 2—3 м. С зоной Южно-Тукурингрского глубинного разлома связывают сейсмическую активность, проявляющуюся в зем­ летрясениях значительной силы. Так, интенсивность последне­ го землетрясения, произошедшего в начале ноября 1973 г., по предварительным оценкам достигает 8 баллов.

По-видимому, Южно-Тукурингрский разлом в районе г. Зен состоит из системы мелких блоков, разделенных густой сеткой сбросов. Блоки находятся в движении с отчетливой тенденцией

205

к опусканию. Вся центральная и южная часть этой системы пегребена под мощной толщей рыхлых осадков, накопление ко­ торых продолжается. Разлом активен в течение длительного промежутка времени.

Хребет Тукурингра, вероятно, испытывает восходящие дви­ жения, компенсируемые опусканием прилегающих впадин. Прямых доказательств поднятия, полученных инструменталь­ ным способом, нет. Нокосвенные признаки (висячие долины боковых притоков реки, выгибание террас в центральной час­ ти хребта, одна и та же терраса имеет более высокие отметки над урезом воды в центральной части, чем на периферии хреб­ та) говорят в пользу такого предположения. На самом краю этого поднятия, в нескольких сотнях метров от его южной гра­ ницы, расположена плотина Зейской ГЭС.

Хребет имеет отчетливое блоковое строение. Зейское ущелье пересекает граница двух мезоблоков*,совпадающая с Усть-Гилюйским разломом. Интенсивность поднятия север­ ного блока, по-видимому, больше, чем южного, на это указы­ вают геоморфологические признаки, такие, как более высокие абсолютные отметки вершинных поверхностей, висячие доли­ ны боковых притоков р. Зеи, перекос террас на границе двух мезоблоков и др.

Мезоблоки в свою очередь разбиты на серии микроблоков*, что подтверждается различием абсолютных отметок вершин­ ных поверхностей, наличием резко выраженных в рельефе ус­ тупов, слабо затронутых эрозией. Отмечается также и разли­ чие высот устьев висячих долин над урезом воды р. Зеи.

Площади микроблоков по существующим материалам ус­ танавливаются в 4—20 км2, но не исключено, что эти числа при более детальных исследованиях можно будет уменьшить. Наибольшие из них расположены в центральной части хребта; по направлению к периферий размеры блоков уменьшаются, особенно по направлению к Южно-Тукурингрскому глубинно­ му разлому, где площадь их минимальная. Наибольшие абсо­ лютные отметки вершинных поверхностей имеют блоки в цент­ ральной части хребта. Границы блоков проходят, как правило, по долинам водотоков или резко выраженным линейным фор­ мам рельефа. Вблизи границ блоков породы разбиты много­ численными дизъюнктивными дислокациями (зонами дробле­

206

дробления уменьшается. В породах, слагающих блоки, широ­ ко распространены (особенно в пределах южного мезоблока) мощные зоны катаклаза, имеющие субширотное простирание.

Отдельные участки долины р. Зеи совпадают с границами микроблоков. Об этом говорит различие абсолютных отметок вершинных поверхностей на противоположных берегах реки, зеркала скольжения на береговых обнажениях, несовпадение устьев долин противоположных боковых притоков. По зерка­ лам скольжения фиксируется в основном правосторонний сдвиг, за исключением двух участков (южнее устья р. Гилюя и в районе створа строящейся плотины), где устанавливается левосторонний сдвиг. Сдвиговые перемещения такого же на­ правления фиксируются и по мелкой трещиноватости, имею­ щей простирание параллельно долине реки.

В районе створа плотины в обнажениях по обеим бортам долины хорошо прослеживается одно и то же разрывное нару­ шение мощностью 2 м, имеющее угол падения 54° по азимуту падения 356°. Участки этого разлома, обнажающегося на обоих берегах, смещены относительно друг друга на расстоянии бо­ лее 100 м. Вполне возможно, что и этот участок долины реки совпадает с границей двух блоков, по об этом можно говорить только предположительно, так как существующих материалов недостаточно для однозначного ответа на этот вопрос.

Плотина Зейской ГЭС расположена примерно в средней части микроблока (возможно, как отмечалось выше, на грани­ це двух блоков), сложенного диоритами и габбро-диоритами, вмещающими штокообразные тела кварцевых порфиров. Се­ верная граница микроблока совпадает с долиной ручья Мало­ го Гармакана, южная — с северной границей глубинного Юж- но-Тукуриигрского разлома. Блок, площадь которого примерно 8 км2, нарушен многочисленными дизъюнктивными дислока­ циями, имеющими различное направление.

Форма микроблоков в плане по обоим берегам реки раз­ лична. Левобережные микроблоки имеют кулисообразную, вы­ тянутую в северо-западном направлении форму. Немногие блоки опущены относительно соседних, образуя грабенообраз­ ные депрессии, к которым приурочены долины некоторых при­ токов р. Зеи, таких, например, как р. Алтая.

Таким, образом, мы видим, что хребет имеет отчетливое мелкоблоковое строение, по-видимому, с контрастным диффе­ ренцированным движением микроблоков на фоне общего под­ нятия хребта. Все это позволяет отнести данный район к ка­

207

тегории районов, характеризующихся сложной динамико-тек­ тонической обстановкой.

При сравнении района будущего водохранилища с обста­ новкой районов водохранилищ, заполнение которых вызвало повышение сейсмичности, мы находим многочисленные анало­ ги. Сюда относятся блоковое строение с контрастными диф­ ференцированными движениями микроблоков, заметная сей­ смичность и крупные и активные разломы в пределах водох­ ранилища или вблизи его. Необходимо отметить отсутствие в пределах ущелья хребта мощной толщи рыхлых отложений.

Поэтому не исключено, что заполнение водохранилища Зейской ГЭС внесет некоторые коррективы в динамику этого района. Прежде всего это проявится в повышении сей­ смичности и, что вполне возможно, в изменении характера бло­ ковых движений хребта. Можно высказать следующее пред­ положение о возможности проявления техногенных тектониче­ ских процессов в районе Зейской ГЭС.

Под воздействием нагрузки от водохранилища возрастет на­ пряженное состояние микроблоков, расположенных в ложе во­ дохранилища. Поскольку их естественная напряженность ве­ лика (а на это указывает наличие естественной сейсмичности) даже при незначительном возрастании напряженности, может произойти повышение уровня сейсмичности.

И. Г. Киссин (1972) считает, что упругие деформации от нагрузки тела водохранилища не могут распространяться на значительную глубину, но расчеты (Gough, 1969) показывают, что наибольшие значений напряжений, вызываемых заполне­ нием каньонообразных водохранилищ, характерны для глуби­ ны от 0,9 до 1,8 км, что соизмеримо не только с размером мик­ роблоков в плане, но и, основываясь на работе О. С. Подкамипера (1973), с их вертикальными размерами.

Методика расчетов, изложенная в работе Д. И. Гау (Gough, 1969), использовалась для расчета величины депрессии под воздействием водохранилища Кариба. Высокоточное нивели­ рование, показавшее хорошую сходимость экспериментальных и расчетных результатов (D. Gough, W. Gough, 1970а), под­ твердило правильность используемой методики теоретических расчетов. Таким образом, теоретические представления о ве­ личине и глубине действия добавочных напряжений подтверж­ дены фактическим материалом.

Статическая нагрузка от водной массы может оказаться достаточной, чтобы изменить режим современных движений микроблоков в ложе водохранилища. Подобные представле­

2G8

ния подтверждаются фактическим материалом по району во­ дохранилища Кариба (D. Gough, W. Gough, 1970а,б), где пор-

'торными нивелировками, наряду с общим прогибанием, на пе­ риферии водохранилища было зафиксировано поднятие от­ дельного блока.

Увеличение контрастности микроблоковых движений по

Обилие в ложе водохранилища разрывных нарушений бла­ гоприятно для проникновения воды на значительную глуби­ ну и создания там дополнительного гидростатического и норо­ во-трещинного давления. В результате сцепление между бло­ ками уменьшится и понизится сопротивляемость разрыву. Это также повысит активность и контрастность (особенно по пери­ ферии водохранилища) микроблоковых движений, что скажет­ ся на сейсмичности района в сторону ее повышения.

Необходимо отметить, что повышение порово-трещпнного давления воды повлияет не только на вертикальные, по и на горизонтальные движения мйкроблоков. ,

Исходя из высказанных предположений о характере влия­ ния водохранилища на блоковую динамическую систему райо­ на, наиболее целесообразной нам представляется следующая методика исследований в районе Зейской ГЭС:

1. На основе анализа топографических карт и аэрофото­ снимков разрабатывается.детальная схема блокового строе­ ния района водохранилища, которая проверяется геологиче­ скими, геодезическими н геофизическими тюлевыми работами, включающими в себя: а) изучение характера границ блоков, проницаемость и физические свойства зон разломов, ограни­ чивающих отдельные блоки; б) установление вектора совре­ менных перемещений блоков методом высокоточного нивели­ рования и линейно угловым измерением четырехугольников с помощью светоДальномера; в) определение положения и глу­

бины очагов микроземлетрясений, связанных с блоковыми под­ вижками.

2.Составляется инженерно-тектоническая карта района*.

3.Рассчитываются упругие деформации пород под дейст­ вием водной нагрузки.

*О содержании и принципах составления инженерно-тектонических карт ем. статью Г. А. Дунаевой в настоящем сборнике,

4.В период строительства ГЭС, в момент заполнения водо­ хранилища и в течение некоторого последующего периода про­ водятся сейсмические наблюдения.

5.При заполнении водохранилища и в течение некоторого времени после этого проводятся инструментальные геодезиче­ ские наблюдения за перемещением блоков. Одновременно с этим фиксируются положения и глубина очагов микроземле­ трясений, связанных с блоковыми подвижками.

склона хр. Тукурингра и Джагды. «Бюлл. Моек, об-ва ис-пыт. природы. Отдел геол.», 1960, № 2.

Геология СССР, т. XIX, ч. I, М., Госгеолтехиздат, 1960.

Г ор ж ев с к и й Д. 11. Л а з ь к о Е. М. Монголо-Охотский глу­ бинный разлом. «Докл. АН СССР, т. 137», 1961, Л» 5.

К и с с и н И. Г. О проблеме землетрясений, вызванных инженерной деятельностью. «Сов. геология», 1972, № 2.

К р а с н ы й Л. И. Основные вопросы тектоники Хабаровского края

иАмурской области. «Мат. ВСЕГЕН, нов. сер.,», 1960, вып. 37.

На г и б и н а М. С. Тектоника и магматизм Монголо-Охотского поя­ са. М., ызд-во АН СССР, 1.963.

районе проектируемой Зейской ГЭС. «Информ. со. Ленннгр. отд. Гндроэцергопроекта», 1958, № 8.

П о д к а м н и е р О. С. Приповерхностные блоки земной коры и нх форма. «Докл. АН СССР, т. 212», 1973, № 4.

Р а с с к а з о в Ю. П. Стратиграфия докембрия хр. Тукурингра. В пн. «Тезисы докладов по Межвед. совещ. по разработке стратиграфических

artificial lake, Canad. J. Earth Sci., 1969, 6, 5.

210