Проскальзывание по разломам; глинка трения

Огромный бетонированный водопроводный туннель, доста­вляющий воду со склонов Сьерра-Невады к городам, располо­женным восточнее залива Сан-Франциско, выглядит-там, где он проходит через холмы Беркли,-хорошо защищенным и про­чным. Мемориальный футбольный стадион Калифорнийского университета (в Беркли) кажется несокрушимым в своем мощном железобетонном каркасе. Современное здание винного завода в поселке Сьенега, построенное у шоссе, ведущего в Холлистер, среди прекрасных береговых хребтов центральной Калифорнии, выглядит абсолютно надежным, вечным. Однако все эти соору­жения неуклонно и почти незаметно раздираются надвое.

И не землетрясения тому причиной. Туннель и стадион по­строены непосредственно на активном разломе Хейвард, по ко­торому все время происходит медленное правостороннее про­скальзывание контактирующих блоков. Когда в 1966 г. из туннеля была выпущена вода, то оказалось, что трещины шири­ной в несколько сантиметров опоясывают всю бетонную обли­цовку туннеля как раз там, где он пересекается с зоной разлома. В бетонной дренажной системе под Мемориальным стадионом теперь обнаружены значительные трещины в том месте, где кю­вет пересекается с линией разлома Хейвард, а инструменты, уста­новленные у этих трещин в 1966 г., показывают, что правосто­роннее движение неуклонно продолжается здесь со скоростью 2-5 мм/год.

Современный винный завод в Сьенеге (близ Холлистера),-как ни удивительно, уже третье здание, построенное на одном и том же месте,-прямо на линии разлома Сан-Андреас. Эта линия-след разлома на поверхности — прослеживается по небольшому перепаду высот параллельно дороге из Холлистера в Сьенегу; к западу от дороги этот уступ хорошо виден за первыми рядами виноградника (рис. 7). Мелкие ручейки, в изобилии встречающие­ся по линии разлома, а местами и ряды виноградной лозы сме­

щены по типу правого сдвига. С дороги видно, что здания вин­ного завода искривлены в результате медленного проскальзыва­ния грунта под ними. Сразу же к югу от винного завода разор­ваны бетонные борта кювета, и по ним видно смещение, связан­ное с подвижками по разлому (рис. 8)*). Измерения створа кюве­та и положения бетонных блоков на его днище, взятые за десятилетие, показывают, что скорость относительного смеще­ния по разлому Сан-Андреас составляет в этом месте 1,5 см/год.

Недалеко отсюда, в самом городе Холлистер, медленное про­скальзывание происходит по оперяющему разлому Калаверад, в результате чего возникают заметные смещения и повреждения бордюров дорог, тротуаров, изгородей и даже домов.

Горизонтальное проскальзывание по разломам обнаружено в настоящее время и в других районах земного шара, в частно­сти по Северо-Анатолийскому разлому у города Исметпаша в Турции, а также вдоль рифта долины реки Иордан в Израиле. Обычно эпизоды такого проскальзывания по разломам бывают асейслшчными, т.е. они не приводят к землетрясениям. Если на подобных разломах землетрясения все-таки возникают, то после землетрясения скорость проскальзывания может на короткое время возрасти. Как правило, в каждом импульсе проскальзыва­ния амплитуда составляет несколько миллиметров, а длится им­пульс от нескольких минут до нескольких дней. Проведенные в Калифорнии измерения показали, что после недель бездействия проскальзывание по разлому возобновляется и может распростра­ниться на десятки километров со скоростью около 10 км в день.

Какова природа асейсмического проскальзывания по разло­мам? Присмотримся внимательнее к тому, какими породами сложена зона разлома. Раздробленные и сильно деформиро­ванные породы образуют в этой зоне полосу, ширина которой местами измеряется многими метрами. В течение миллионов лет прерывистые, однако частые дифференцированные движения по разлому дробили и перетирали породы, доводя их до состояния тонкозернистого порошка или пыли. Просачивающаяся вода в свою очередь изменяла их, в результате чего образовывались глины и песчанистые илы-алевриты. В конце концов в зоне раз­лома появлялась скользкая илистая масса, называемая глинкой трения. Когда поперек какого-либо отрезка разлома проходят туннель или траншею, то обнаруживается, что зона глинки часто представляет собой барьер, почти непроницаемый для воды; зер­кало грунтовых^йод по разные стороны от этой зоны иногда оказывается на разных уровнях-вот почему вдоль разломов встречаются заболоченные места и родники.

Влажная глинка трения на ощупь представляет собой мягкую легко деформируемую массу и ведет себя скорее как вязкое те­сто, чем как хрупкое упругое вещество. Поэтому трудно предпо­ложить, что она может оказать большое сопротивление про­скальзыванию. Глубина зоны, сложенной глинкой трения, ме­няется в значительных пределах, но на крупных разломах она может составлять несколько километров. Древние разломы, вскрываемые в глубоких шахтах, иногда содержат глинопо-добный материал, который раньше находился, очевидно, на глу­бине нескольких километров от земной поверхности.

Поскольку на активных разломах все-таки определенно про­исходят резкие подвижки, производящие землетрясения, это оз­начает, что ниже податливого поверхностного материала дол­жны находиться более прочные и более упругие породы, крепко связывающие оба крыла разлома по его плоскости. Только в этом случае может поисходить медленная деформация пород и накопление упругой энергии, достаточной для возникновения землетрясения. Поэтому логично будет предположить, что зоны крупных разломов, таких как Сан-Андреас, сложены комплексом различных пород: у поверхности залегает податливая, пластич­ная глинка трения, она распространяется вниз на несколько ки­лометров, но постепенно выклинивается, уступая место более прочным кристаллическим породам, спаянным с плоскостью раз­лома вплоть до глубины 15-20 км. Ниже этого уровня высокая температура земных недр, по-видимому, снова размягчает по­роды, так что упругие деформации становятся механически не­осуществимыми. Эта модель в какой-то мере подтверждается тем, что, как было установлено в начале 1960-х годов, в цен­тральной Калифорнии на глубинах более 15 км землетрясения не возникают. На таких больших глубинах породы, вероятно, снова становятся пластичными и уже не способны накапливать энер­гию деформации.

Иногда приходится слышать утверждение, что крупное разру­шительное землетрясение не может возникнуть на разломе, по которому идет медленное проскальзывание, поскольку этот про­цесс приводит к периодическому сбросу деформации в породах земной коры без резких подвижек. Однако в равной мере прав­доподобна и противоположная точка зрения. Возможно, что ког­да упругие кристаллические породы глубоких горизонтов земной коры подвергаются упругой деформации и накапливают энер­гию, которая высвободится в скором землетрясении, податливая глинка трения в верхней части зоны разлома захватывается со­седними более прочными породами и перемещается в сторону и вниз. Тогда медленное проскальзывание в глинке трения, обна­руживаемое на поверхности, просто служило бы показателем то­го, что в породах фундамента деформация накапливается. Из этого рассуждения следует, что в тех частях разлома, где проис­ходит проскальзывание, на глубине может возникнуть резкая подвижка, которая вызовет землетрясение, но поверхностное смещение будет небольшим. А на тех участках, где проскальзы­вание было небольшим или не проявлялось вовсе, смещение бу­дет максимальным. Прогноз такого рода можно будет прове­рить, когда в районе, про который известно, что там идет проскальзывание, возникнет землетрясение.

Иногда асейсмическое проскальзывание наблюдается на по­верхности грунта вдоль активного разлома, вспарывание которо­го недавно привело к значительному землетрясению. Например, вдоль отрезка разлома Сан-Андреас, вскрывшегося при земле­трясении вблизи Паркфилда в штате Калифорния 27 июня 1966 г., смещение дорожного покрытия в первые дни после главного толчка увеличилось на несколько сантиметров. Такое приспосо­бление пород земной коры к новому распределению тектониче­ских напряжений в данном районе, происходящее после началь­ного крупного смещения, частично вызывается, вероятно, афтер-шоками, а частично-ползучестью податливых поверхностных пород и глинки трения в зоне разлома.

Ясно, что медленное проскальзывание по разлому, если оно происходит на застроенных территориях, может иметь пе­чальные последствия. Это еще одна причина того, почему опре­деленные виды построек не следует сооружать поперек разломов, если, конечно, для них можно найти другое место. Если трубо­проводы, кабели, шоссейные или железные дороги необходимо проложить поперек активного разлома, то они должны иметь в зоне пересечения с разломом составные или гибкие секции.

Поверхностные эффекты, связанные с образованием надвига в подстилающих породах при землетрясении 14 октября 1968 г. в районе Мекеринга, Западная Ав­стралия. (С разрешения компании «Уэст Острейлиен ньюспейперс».)