Постановка задач и методический подход
Представленный в разделе 3.1 каталог сильных (Ms ≥ 5,7) землетрясений охватывает Альпийско-Гималайский орогенический пояс и прилегающие территории. Этот регион был издавна заселён, и история его цивилизованного развития длится несколько тысячелетий.
Поэтому исследование закономерностей сильной сейсмичности региона имеет значение не только научно-сейсмологическое и прикладное (для оценки сейсмической опасности), но и как способ выяснить воздействие природных явлений, систематически нарушавших сложившуюся систему жизнеобеспечения, на историческое развитие.На основе составленного каталога нами предпринята попытка количественно оценить распределение сильной сейсмичности в рассматриваемом регионе. При интерпретации результатов мы исходили из того известного положения, что основное воздействие на людей и их деятельность оказывают землетрясения, очаги которых расположены в земной коре и самых верхах мантии (не глубже 70 км). На этих глубинах очаги распределены неравномерно. В рассматриваемом регионе они обычно концентрируются в верхнекоровом слое мощностью до 20-30 км. Принято различать рассеянную и сосредоточенную сейсмичность [Шебалин и др., 1991]. К последней относится большинство сильных землетрясений. На многочисленных примерах убедительно показано, что сосредоточенная коровая сейсмичность, как правило, группируется в линейные зоны, разделяющие относительно малосейсмичные области [Ambraseys, 1970, 1988, 1989; Berberian, 1976, 1977; Дотдуев, 1986; Полякова, 1985]. В.И. Уломов назвал такие зоны сейсмическими линеаментами [Уломов, Шумилина, 1999; Ulomov, 2000]. Им на земной поверхности обычно соответствуют зоны активных разломов [Shebalin et al., 2000; Trifonov, 2000].
Нами исследованы также временные вариации проявлений сильных землетрясений в пределах региона, как вековые в течение всего периода наблюдений, так и высокочастотные в течение XX века.
Для решения первой задачи анализировалось распределение сейсмичности по 50-летним временным интервалам, для решения второй - по 5-летним. Такой подход к анализу сейсмичности обусловлен особенностями регистрации землетрясений, отражёнными в каталоге. 60% отмеченных в нём событий относятся к XIX и XX вв., когда фиксации сейсмических событий стали уделять серьёзное и повсеместное внимание. Более 45% землетрясений каталога приходятся на XX в., когда была налажена их инструментальная регистрация. Она позволила, в частности, выявлять сильные землетрясения с очагами глубже 70 км, прежде, за исключением экстремальных событий, обычно не отмечавшихся источниками.Однако наблюдений XIX-XX вв. недостаточно для выявления вековых вариаций сильной сейсмичности, в связи с чем важнейшей становится проблема представительности регистрации сильных землетрясений до XIX в. и надёжности определения их параметров. Многие такие землетрясения остались незафиксированными. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что соотношение между различными по магнитудам сильными событиями XIX-XX вв., в общем отвечающее графику повторяемости землетрясений соответствующей части региона, нарушается для более ранних событий. Среди них сильнейших оказывается непропорционально много по сравнению с относительно слабыми, значительная часть которых осталась незафиксирован
ной. Это касается не только событий с Ms = 5,7-6,9, но и части землетрясений с Ms > 1.
Первые письменные свидетельства о сильных землетрясениях относятся к первой половине VIII в. до н.э. Это известное место из Книги пророка Захарии:
«И станут ночи Его (Господа) в тот день на горе Елеонской, которая пред лицем Иерусалима к востоку; и раздвоится гора Елеонская от востока к западу весьма большою долиною, и половина горы отойдет к северу, а половина ее - к югу. И вы побежите в долину гор Моих; ибо долина гор будет простираться до Асима; и вы побежите, как бежали от землетрясения во дни Озии, царя Иудейского... И будет в тот день, живые воды потекут из Иерусалима, половина их к морю восточному и половина их к морю западному: летом и зимой так будет» [Зах.
14:45].Поскольку годы правления иудейского царя Озии известны, землетрясение датировано примерно 760 г. до н.э. Его магнитуда Msоценена в 7,3 по аналогии с деформационным эффектом более поздних.подобных событий [Nur, 1991].
Вулканическое извержение той же эпохи, вероятно, сопровождавшееся или, скорее, предварявшееся землетрясением, засвидетельствовано Хорхрос- ской клинописью урартского царя Аргишти I (787-766 гг. до н.э.), найденной возле оз. Ван (см. раздел 6.3). В ней сообщается о военном походе на север, на территорию современной Армении, и вулканическом извержении во время осады г. Бихуры, позволившем урартам сломить сопротивление осаждённых. Юго-восточнее оз. Севан нами найдены руины, предположительно идентифицированные с этим городом (см. разделы 6.1.2 и 6.3.2). Обнаружен сейсмогенный разрыв, по которому крепостная стена смещена на 1 м вправо и на 0,4 м по вертикали. Поскольку эпицентр, вероятно, располагался на 5-10 км южнее (вблизи извергавшегося вулкана), такое смещение могло возникнуть при землетрясении с Ms = 7,2. Оно предположительно датировано 782 г. до н.э.
Два приведённых письменных свидетельства уникальны. Более частая регистрация сильных землетрясений началась лишь через несколько столетий - с эпохи классической Греции. Предшествовавшие сейсмические события выявлены архео- и палексейсмолкгхческими исследованиями, заведомо неточными и избирательно характеризующими регион. Помимо возможных ошибок датирования, неточны и оценки магнитуд. Они основаны на корреляции магнитуд и интенсивности сотрясений с амплитудами сейсмогенных подвижек и выявленными следами разрушений. Разумеется, параметры таких землетрясений оценены с низкой надёжностью и широкими пределами возможных ошибок.
Что же касается исторических землетрясений, то их параметры определены сравнительно надёжно лишь при наличии достаточных макросейсмических данных. До XIX в. таких событий немного. У прочих исторических землетрясений, происходивших до XIX в., для которых макросейсмических данных недостаточно для точной локализации эпицентра и определения сейсмических параметров, они оценены в широких пределах возможных ошибок и иногда неверны.
Уточнить эти параметры помогло в ряде случаев совместное использование исторических и археологических данных, предпринятое для некоторых землетрясений Эгейского региона, Восточного Средиземноморья и Армянского нагорья (см., например, подход А.С. Караханяна к уточнению параметров сильных землетрясений Армении, изложенный в разделе 3.1).Единообразной и потому наиболее убедительной характеристикой сейсмичности разных частей региона в разные интервалы времени является суммарное количество выделенной сейсмической энергии. Для подсчёта энергии землетря
сения мы пользовались формулой (6) (см. раздел 3.1). В конечном счёте, не столь существенно, насколько она точна, поскольку для наших целей важны не абсолютные, а относительные значения энергии, которые были выделены при разных землетрясениях и которые можно суммировать. Чтобы обозначить наиболее сейсмоактивные временные интервалы, сгладить и одновременно уточнить их, составлялись два вида гистограмм. Для 50-летних интервалов гистограммы первого вида представляют дискретные суммы сейсмической энергии, выделенной за 50 лет, а при составлении гистограмм второго вида использовалось «скользящее окно»: временной ряд дробился на 10-летние интервалы, и к каждому из них относилась сумма значений энергии, выделенной в течение ближайших 50 лет, т.е. собственно этого интервала и предущих и последующих 20 лет. При анализе распределения сейсмичности в XX в. подобным «скользящим окном» для каждого года подсчитывались значения энергии, выделенной в ближайшие 5 лет.
Вместе с тем при исследовании долговременных вариаций сейсмичности мы, учитывая неточности определения Msземлетрясений до XIX в., сочли необходимым дополнить картину распределения выделенной сейсмической энергии гистограммами распределения количества землетрясений в те же 50-летние интервалы времени. Отдельно подсчитывалось количество землетрясений с Ms =5,7-6,5; Ms = 6,6-7,4 и Ms = 7,5-8,3, т.е близкие по магнитудам соответственно к 6 и 7 и приближающиеся к 8.
При этом разделении мы исходили из того, что для древнейших временных интервалов иногда единственными надёжными параметрами являются сам факт сильного землетрясения и грубая оценка его силы. Разделение магнитуд на три указанные группы как раз и отвечает такой грубой оценке. Даже если она оказалась ошибочной, землетрясение всё равно находит отражение на гистограмме. Полагаем, что для пространственного и временного распределения древнейших сейсмических событий описанный подход даёт более объективную картину, чем подсчёт выделенной сейсмической энергии. Как бы то ни было, при интерпретации полученных распределений мы опирались на обе группы гистограмм.Оценивая представительность обсуждаемого каталога землетрясений для разных частей региона и разных отрезков времени, следует иметь в виду исторические условия, способствовавшие или, наоборот, препятствовавшие фиксации и сохранению сведений о землетрясениях. Сложные и драматические повороты общественного развития: войны, политическая нестабильность, социальная и экономическая неустроенность, не способствовали регистрации землетрясений, а документы, содержавшие сведения о них, могли погибать. На это достаточно очевидное обстоятельство обратил внимание М. Берберян [Berberian, 1994] при составлении и сейсмотектонической интерпретации каталога исторических землетрясений Ирана.
Чтобы убедиться в значимости этого фактора, мы сопоставили периоды исторического развития Византийской империи [История Византии, 1967] с количеством известных в те же периоды сильных землетрясений на территориях самой империи и находившихся под её культурным влиянием. Это Эгейский регион, Греция, Анатолия и Восточное Присредиземноморье. Показателями упадка империи считались сокращение её территории в результате военных поражений, политическая нестабильность, социальные и экономические потрясения. К эпохам подъёма относились периоды расширения территории в результате военной экспансии или её сохранения в результате упрочения границ, политической стабильности и относительного социально-политического благополучения.
Рис.
48. Сопоставление количества сильных землетрясений (N) в сейсмотектонических зонах 3-5 (см. рис. 49) с фазами исторического подъёма и упадка Византийской империи (составил В.Г. Трифонов по данным «Истории Византии» [1967] и Приложения 2)1-3 - землетрясения с магнитудами: 1 -Ms=5,7-6,5; 2 -Ms=6,6-7,4; 3 -Ms= 7,5-8,3,
Fig. 48. Correlation between number of strong earthquakes (N) in seismotectonic zones 3-5 (fig. 49) and phases of historical rise and degradation in the Byzantine Empire (compiled by V.G. Trifonov with using [История Византии, 1967] and Appendix 2)
1-3 - magnitudes of earthquakes: 1 - Ms = 5,7-6,5; 2 - Ms = 6,6-7,4; 3 - Ms = 7,5-8,3
Результаты сопоставления показали, что между состоянием империи и числом зафиксированных землетрясений нет однозначной связи (рис. 48). Так, максимумы количества землетрясений 1151-1200 гг. (16 событий) и 12.5^^1300 гг. (19 событий) действительно совпадают с фазами относительного подъёма и благополучия Византии. Вместе с тем ряд максимумов падает на переломные эпохи от подъёма и относительного благополучия к глубокому упадку (351-400 гг. - 22 события; 1001-1050 гг. - 23 события) или от упадка к подъёму (501-550 гг. - 31 землетрясение), а максимумы 401-450 гг. и 451-500 гг. (по 21 событию в каждом), 551-600 гг. (23 события) и 1051-1100 гг. (17 событий) приходятся на фазы общественного упадка.
Повышенным количеством землетрясений отмечена середина XV в. - эпоха гибели Византии (падение Константинополя в 1453 г.) и коренной перестройки общественной жизни. Если к этому добавить, что на эпохи упадка или перехода от благополучия к упадку приходятся сильнейшие землетрясения и, в частности, все известные землетрясения с магнитудами Ms≥ 8 (365, 859, 1114, 1201 и 1303 гг.), резоннее говорить не о лучшей регистрации землетрясений в стадии общественного благополучия, а о совпадении усиления сейсмичности с эпохами политического и экономического спада и, соответственно, о возможном вкладе последствий землетрясений в такой спад.
По-видимому, фактор неполноты регистрации землетрясений наиболее проявляется при анализе временных вариаций сейсмичности в небольших по площади сейсмотектонических зонах, но становится менее ощутимым при их объединении, как сделано на рис. 48. Это побудило нас при исследовании пространственно-временного распределения сильных землетрясений ограничиться выделением достаточно крупных и вместе с тем сейсмотектонически обособ-
ленных зон и областей, нередко объединяющих несколько взаимосвязанных зон активных разломов и сосредоточенной сейсмичности. Были выделены следующие зоны и области (рис. 49):
1. Карпато-Балканская область;
2. Восточное Средиземноморье и прилегающая часть Африки;
3. Эгейский регион, включая Грецию и прилегающую ж морю часть Анатолии;
4. Северо-Анатолийская зона;.
5. Левантская и Восточно-Анатолийская зоны (последняя - лишь южнее зоны 4);
6. Малый Кавказ и Нижнекуринская впадина;
7. Большой Кавказ;
8. Загрос;
9. Эльбурс и Аладаг;
10. Восточный Иран и Макран;
11. Копетдаг и Биналуд;
12. Западное обрамление Индийской плиты (Белуджистан и Индская впадина);
13. Северный фланг Индийской плиты (Гималаи, Каракорум, Восточный Гиндукуш, Памир, Кунь-Лунь, смежные области Тибета и Тарима);
14. Западный Тянь-Шань, Афгано-Таджикская депрессия и смежная часть Туранской плиты;
15. Южный Тянь-Шань с прилегающей частью Тарима;
16. Центральный и Северный Тянь-Шань.
Выделенные зоны и области объединены в четыре провинции, занимающие в Альпийско-Гималайском поясе различное неотектоническое положение и, по существу, представляющие его разные сегменты (см. рис. 49):
I. Область взаимодействия Африканской и Анатолийской плит и европейской части Евразийской плиты (зоны 1-3 и западная часть зоны 4);
II. Западный фланг и северный фронт области взаимодействия ■ Аравийской и Евразийской плит (зоны 5-7 и восточная часть зоны 4);
III. Северо-восточная часть области взаимодействия Аравийской и Евразийской плит (зоны 8-11);
IV. Западный фланг и северная фронтальная часть области. взаимодействия Индийской и Евразийской. плит (зоны 12-16).
Рис. 49. Эпицентры сильных (Ms> 5,7) землетрясений, сейсмотектонические зоны и провинции центральных сегментов Альпийско-Гималайского коллизионного^ пояса (составили; Е.Р. Сенько и В.Г. Трифонов)
1- границы зон; 2 - границы провинций; 3- номера сейсмотектонических провинций: I - Карпато- Эгейской, II - Левантско-Кавказской, Ш - Иранской, ΓV - Индо-Памирской; 4— номера сейсмотектонических зон (областей): 1 - Карпато-Балканской, 2 - Восточно-Средиземиоморской, 3 - Эгейской, 4—Северо-Анатолийской, 5 - Левантско-Восточно-Анатолийской, 6 - Малого Кавказа, 7 - Большого Кавказа, 8 - Загросской, 9 - Эльбуреской, 10 - Восточно-Иранской, 11 - Копетдагской, 12 - Бенгальской, 13 - Памиро-Гамалайской, 14 - Турано-Таджикской, 15 - Южно-Тянь-Шаньской, 16 - Северо-Тянь-Шаньской; 5 - эпицентры землетрясений
Fig. 49. Epicentres of strong (Ms ≥ 5,7) earthquakes, seismotectonic zones and provinces in the central segments of the Alpine-Himalayan collision belt (compiled by E.R. Senko and V.G. Trifonov)
1 - zone boundaries; 2 - province boundaries; 3 - numerals of seismotectonic provinces: I - Carpathian- Aegean, П - Levant-Caucasus, Ш - Iranian, IV - Pamir-Indian; 4 - numerals of seismotectonic zones (areas): 1 - Carpathian-Balkan, 2 - Eastern Mediterranean, 3 - Aegean, 4 - North Anatolian, 5 - Levant-East Anatolian, 6 - Lesser Caucasus, 7 - Great Caucasus, 8 - Zagros, 9 - Alborz, 10 - East Iran, 11 - Copet Dagh, 12 - Bengal, 13 - Pamir-Himalayan, 14 - Turan-Tadjik, 15 - Southern Tien Shan, 16 - Northern Tien Shan; 5 - epicentres, of earthquakes
При сравнении провинций и зон и анализе временного ряда сейсмичности мы учитывали время начала регистрации сильных землетрясений. Единичные сведения о весьма древних сейсмических событиях, полученные методами ар- хео- и палеосейсмологии, а позднее и из случайных исторических документов, есть для многих зон и областей региона. Эти сведения учитывались в общерегиональных оценках, но из-за своей фрагментарности не могли использоваться для построения временных рядов сейсмичности отдельных зон и областей. Принципиальным моментом в создании таких рядов было время начала систематической регистрации землетрясений. Его признаками считались первое появление не менее двух зафиксированных сейсмических событий в течение 50-летнего интервала и более или менее непрерывная последующая их регистрация. Повсеместно этот момент наступал при достижении достаточно высокого уровня культуры общества, широком распространении письменности и появлении интереса к естественным и точным наукам.
В Эгейском регионе начало систематической регистрации землетрясений приходится на вторую половину VI в. до н.э., т.е. начало классического этапа Древней Греции. Чуть позже, но также в античную эпоху (вторая половина IV в. до н.э.) начинается систематическая регистрация землетрясений в Северо-Анатолийской зоне и Восточном Присредиземноморье. В Кавказском регионе этот момент приходится на раннее Средневековье - середину V в. на Большом и начало VIII в. на Малом Кавказе, а в Иране и оазисах Средней Азии - на эпоху политического господства Багдадского халифата с его блистательными культурными традициями и высоким уровнем развития естественных и точных наук. Так, в Загросе и Северном Иране систематическая регистрация землетрясений начинается с IX в., а в более восточных областях Ирана и Средней Азии (Бакт- рия и Согдиана), а также в Египте - с X в. Чуть позже, с XII в., начался этот процесс в христианской Карпато-Балканской области. В областях, находившихся в сфере влияния индийской культуры, систематической регистрации землетрясений не было, вероятно, из-за особенностей менталитета этой цивилизации, вплоть до середины XIX в., когда такая служба была налажена английской колониальной администрацией. Тогда же, но уже усилиями администрации Российской империи, началась систематическая регистрация землетрясений в горах Тянь-Шаня, Памира и на обрамлениях Таримской впадины. Прежде этого не было, вероятно, из-за трудной доступности и удалённости указанных областей от крупнейших центров цивилизации.
3.2.2.