В настоящей статье рассматривается возможность применения ландшафтно-индикационного метода в сейсмическом микрорайонировании на примере территории г. Петропавловска-Камчатского, которая расположена на юго-восточном побережье Камчатки. Она является частью сейсмической активной зоны с расчётной силой землетрясений до 9 баллов и не имеет аналогов вне областей современного активного вулканизма, так как генетически приурочена к отложениям гигантского (верхнеплейстоценового) взрыва вулкана Авачи, когда он лишился своей вершины и понизился не менее чем на 1000 м (Мелекесцев и др., 1970). Обладая огромной кинетической энергией, выброшенный вулканический материал (объёмом до 16–20 км3), после обрушения на подстилающую поверхность продолжал двигаться по инерции, обтекая возвышенности палеорельефа. По характеру распространения переотложенных вулканитов можно судить, что горизонтальная составляющая их инерционного перемещения достигала 2 км. На всей площади распространения взрывных отложений (400 км2) их мощность колеблется от 15–20 м в местах наибольшего возвышения поверхности коренных пород до 100–150 и даже до 180–200 м в депрессиях палеорельефа. Продукты вулканического взрыва литологически представлены ювенильной и резургентной пирокластикой – крупнообломочными грунтами с глыбовыми отдельностями от 2–3 до 5–6 м в поперечнике, с заполнителем (15–25% по содержанию) из песчано-шлакового материала, преимущественно пылеватого (размеры частиц менее 0,05 мм) фракционного состава. В отдельных скважинах, в строительных карьерах и в эрозионных врезах нередко вскрывается пестроцветная, чаще светло-коричневая, толща различно литифицированной, гидротермально изменённой прикратерно-жерловой тефры, сцементированной гидрохимическими процессами.
С неровностями палеорельефа и с неравномерной усадкой вулканогенно-обломочного материала связано образование переотложенных вулканитов полигенного происхождения. Литологическое строение отложений полигенного комплекса осадков (мощность от 8–15 до 20–25 м) подчиняется определённой закономерности. В нижней части разреза этой толщи преобладают крупноглыбовые (от 0,3–0,6 до 0,8–1,5 м в поперечнике) грунты с супесчаным заполнителем, на них залегают пески и супеси с разнообразным (от 25–30 до 40–45%) содержанием обломочной фракции, а на них – супесчано-суглинистые отложения,
77
перекрытые грубослоистым, с пеплово-шлаковыми прослоями исторических извержений, почвенно-пирокластическим чехлом.
Состав пород взрывных отложений петрографически остаточно однороден и представлен преимущественно андезитами и андезито-базальтами. В незначительных количествах присутствуют пемза дацитов, и совсем редки обломки габбро-диоритов. Минералогически преобладают (более 60%) вулканические стёкла, около 25–28% на плагиоклазы, а остальное составляют пироксены, роговая обманка и кварц.
Замеренная плотность пород колеблется от 1,6 г/см3 для пористых разностей пирокластики до 2,8 г/см3 для наиболее плотных, сцементированных андезито-базальтовых блоков резургентной тефры. Средняя плотность взрывных отложений условно принимается равной 2,5 г/см3. Эти довольно невысокие значения удельных весов объясняются сильной трещиноватостью и высокой пористостью пород, обусловленными термической закалкой и дроблением их во время взрыва.
Пирокластическим породам свойственна скрытая геохимическая активность, связанная с вяжущими компонентами содержащихся в вулканогенных продуктах воднорастворимых веществ, обуславливающих проявление в пирокластике усиленных процессов цементации, благодаря которым толщи пирокластики приобретают дополнительную плотность и способность сохранять в устойчивом состоянии вертикальные стенки высотой до 20–25 м.
Взрывным материалом был сформирован холмисто-грядовый мезорельеф, морфологические черты которого, выражающиеся в ориентировке основных его элементов параллельно направлению взрыва, обусловлены двумя ведущими факторами: палеорельефом подстилающей поверхности и направленно грядовым характером отложения вулканитов. Усадки (до 30%) рыхлых отложений, вызванные неровностями палеорельефа и большой пористостью пирокластики и таянием огромных глыб льда и снега, прихваченных взрывом, привели к образованию многочисленных котловин. Последующие денудационные, вулкано-тектонические и сейсмо-дислокационные процессы придали рельефу взрывных отложений его современный холмисто-грядово-западинный характер.
Сводовые участки холмисто-грядовых урочищ испытали заметную препарировку и утратили свою первичную чрезвычайно контрастную поверхность. Уклоны сглаженных склонов холмов и гряд обычно составляют 5–10°. Однако нередки и уклоны в 15–20°, приуроченные либо к близкому залеганию выступов коренных верхнемеловых пород фундамента, либо к наличию внутри толщи вулканитов громадных блоков резургентной тефры, либо к сильно врезанным долинам ручьёв и рек.
Растительность урочищ холмов и гряд представлена древостоями из каменной берёзы (Betula ermanii Cham) высотой до 12–15 м и с сомкнутостью крон до 0,3–0,4. В подлеске обычны ольховый (Alnus fruticosa Rupr.) и кедровый (Pinus pumila (Pall.) Rgl) стланики, отдельными куртинами и массивами занимающие до 20–25% лесопокрытой площади. До 10–15% проективного покрытия приходится на кустарники – шиповник (Rosa amblyotic C. A. M.), жимолость съедобную (Lonicera edulis Turcz), спирею иволистную (Spiraсa salicifolia L.), можжевельник (Juniperus sibirica Burgsd), и др. При 50–50% проективного покрытия травяной покров представлен шеломайником камчатским (Filipendula kamtschatica (Pall.) Maxim.), чертополохом (Cirsium kamtschaticum Ldb.), борщевиком (Heracleum ducle Firsch.), какалией копьевидной (Cacalia kamtschatica (Maxim) Kido), и кипреем узколистным (Chamaenerium angustifolium (L) Scop) в первом, высотой до 1,3–1,8 м и более в первом подъярусе и вейником Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorfii (Link.) Trin), осоками (Carex saxatilis L, Carex cryptocarpa, Carex limosa L.), хвощом (Eguisetum silvaticum) и папоротниками (Dryopteris Phegopteris Christ и др.) во втором, высотой до 0,5–0,8 м подъярусе.
78
Почвы урочищ холмов и гряд типичные охристо-вулканические с содержанием гумуса до 15–20% (Соколов, 1973). Рыхлая их дерновина мощностью в 8–10 см подстилается гумусным, темно-бурым, до 30–40 см мощностью, горизонт ом, залегающим, в свою очередь, на охристом, слегка оподзоленном супесчано-суглинистом почвенно-пирокластическом чехле.
Высокая инфильтрационная способность рыхлых пирокластических отложений холмов и гряд является одной из основных причин глубокого (6–10 м и более) стояния грунтовых вод. И поэтому урочища холмов и гряд относятся к участкам, в пределах которых ожидаемое уменьшение сейсмической активности может составлять (табл.) минус 1,0–1,5 баллов (Медведев и др., 1975: Константинова, Шарапов, 1977).
Ландшафтно-индикационные признаки сейсмической активности доминирующих урочищ
| Урочища | Морфологическое строение | Геолого-литологическое строение | Глубина грунтовых вод (в м) | Растительность | Почвы | Приращение сейсмической активности (в баллах) |
| Холмы и гряды | Пологие склоны и сглаженные вершины. Отн. высоты 50–80 м | Сцементированные пирокластические отложения | 6–10 и более | Парковые каменноберезняки с луговым высокотравьем | Охристо-вулканические | от 0,5 до –1,5 |
| Озёрно-болотные западины | Плоскодонные западины с мелко-кочкарным рельефом | Рыхлые переотложенные вулканиты полигенного типа | 0–4 | Осоково-пушицевые и кустарничково-моховые ассоциации | Тундрово-болотно-глеевые | + 1 |
| Долины водотоков | Узкие v-образные долины с глубиной вреза до 50–70 м | Аллювиальные отложения | 0–0,8 | Пойменные ольхово-ивовые леса с густым высокотравьем | Лугово-дерновые | +1 |
| Останцовые возвышен-ности | Узкие водоразделы и вершины сопок | Плотные зелёные сланцы | 6–10 и более | Каменноберезняки с ольховым и кедровым стланиками | Охристо-подзолистые | –1 |
П р и м е ч а н и е. Приращения сейсмической активности даны относительно «средних грунтов», под которыми понимаются крупнообломочные грунты с уровнем стояния зеркала грунтовых вод не ниже 5 м.
Урочища плоскодонных озёрно-болотных котловин обладают ровной поверхностью, частично осложнённой мелкими, 15–25 см высотой, травяными кочками и неглубокими озёрными ваннами от 10–15 до 300–500 м в поперечнике. Днища котловин преимущественно покрыты травянисто-кустарниковой растительностью из осок (Carex limosa L., Carex globularis L.), пушицы (Eriophorum angustifolium), хвощей (Eguisetum Releocharis Ehrh., Eguisetum pretense Ehrh.). Отдельными участками разбросаны кустарничково-мохово-травяные тундрочки, где кустарнички: арктическая ивка (Salix arctica Pall), карликовая берёзка (Betula nana), багульник (Ledum palustre L.) и голубика (Vaccinium uliginosum L. достигают 45–60% проективного покрытия. Окраины западин оконтурены нешироким (10–25 м) прерывистым кольцом влаголюбивой древесной растительности из чёрной ольхи (Alnus hirsuta), ив – сахалинской и Гмелина (Salix sachalinensis Fr. Schmidt, Salix rossica Nas) и ольхового стланика.
79
Почвы этих урочищ относятся к разряду тундрово-глеевых почв вулканических районов с торфянистым или торфяно-перегнойным органическим горизонтом мощностью от 0,3–0,5 до 1,2–1,8 м, под которым залегает супесчано-суглинистый. слега оглеенный горизонт материнского субстрата сизовато-бурого цвета.
Постоянное переувлажнение очень рыхлых болотных почвогрунтов с близким (от 0,0 до 4,0 м) уровнем стояния грунтовых вод, делает участки западин наиболее опасными в сейсмическом отношении, поскольку приращение сейсмической активности в их пределах может достигать +1,0 балла (табл.).
Выпадение мощной толщи взрывных отложений привело к существенной перестройке гидросети исследуемого района, хотя основные водотоки и унаследовали древние долины палеорельефа. Глубоко (до 50–80 м) врезанные v-образные верхние участки долин водотоков вторых порядков обладают крутыми, до 3–5°, падениями русел. Частые перегибы их продольных профилей обусловлены как молодостью самих долин, так и значительной неоднородностью вулканогенной толщи – наличием, в частности, огромных глыб. Сильные землетрясения нередко вызывают сейсмотектонические дислокации, перестраивающие саму гидросеть, и вызывающие изменение транспортировки и переотложения вулканогенных осадков. Так, в результате сейсмогравитационного обрушения части борта долины ручья Сероглазки образовалось озеро Тёплое, а на участке подпруживания образовался резкий перегиб тальвега его долины.
Поймам долин водотоков первых и вторых порядков свойственна растительность из чёрной ольхи и древовидных ив (сахалинской, Гмелина и др.) высотой до 8–12 м и с сомкнутостью крон до 0,6–0,8. с густым и высоким высокотравьем из шеломайника камчатского, какалии, борщевика и вейника Лангсдорфа, произрастающих на переувлажнённых, оторфованных, иногда слегка оглеенных, лугово-дерновых почвах.
Большая влагонасыщенность рыхлых аллювиальных отложений и близкий к дневной поверхности уровень грунтовых вод, сезонное колебание зеркала которых не превышает 0.4–0,8 м, побуждает относить участки урочищ речных долин к числу особо опасных в сейсмическом отношении, где ожидаемое приращение составляет +1 балла (табл.).
Урочища останцовых возвышенностей, образованных высокоприподнятыми породами верхнемелового фундамента (плотными зелёными сланцами) со свойственными для них каменноберезовыми лесами с куртинами и массивами кедрового и ольхового стлаников, произрастающими на охристо-подзолистых почвах с глубоким уровнем (6–10 и более м) залегания грунтовых вод, принадлежат к числу территорий с пониженной (на 1 балл) сейсмической активностью.
Выводы. Литологическое строение природно-территориальных комплексов – ПТК (урочищ) района отложений направленного взрыва и степень инфильтрационной способности (обводнённости) их почвогрунтоа, непосредственно влияющие на характер сейсмической активности конкретных ПТК. уверенно можно диагностировать по морфологическому строению и почвенно-растительному покрову самих урочищ.
Таким образом, выделение и картирование по ландшафтно-геоботаническому признаку доминирующих и характерных урочищ можно считать начальным этапом детальных исследований по инженерно-геологическому и сейсмическому микрорайонированию, способствующему предварительному выделению участков с однотипным инженерно-геологическим строением.
80
В дальнейшем, в ходе основных работ по сейсмическому микрорайонированию, применение ландшафтно-индикационного метода позволит проводить и уточнять границы с различным литолого-геологическим (сейсмическим) строением.
В целом применение ландшафтно-индикационного метода на начальном этапе всех работ по сейсмическому микрорайонированию помогает сократить сроки и затраты самих исследований за счёт уменьшения объёма дорогостоящих, требующих много времени для исполнения. буровых и геофизических работ на однотипных по инженерно-геологическому строению участках.