Сейсмическая активность земной коры Урала низкая. Ощутимые землетрясения силой 3-6 баллов по шкале MSK-64 здесь происходят редко, сила их относительно невелика (не более 6 баллов по шкале MSK-64) [1,2,3]. При этом большая часть эпицентров ощутимых природных землетрясений Урала сосредоточена на Среднем Урале и прилегающих к нему частях Северного и Южного Урала, образуя так называемую Средне-Уральскую область повышенной сейсмичности [3]. Ни южнее, ни севернее подобных скоплений эпицентров ощутимых землетрясений на Урале не выявлено [3].

Несмотря на невысокую сейсмическую активность земной коры Среднего Урала, по результатам Общего сейсмического районирования территории Российской Федерации Средне -Уральская область повышенной сейсмичности была отнесена к потенциально сейсмичным районам, в которых при проектировании и строительстве инженерных сооружений необходимо учитывать сейсмичность [4]. Актуальной стала задача детального сейсмического районирования центральной части Уральского региона. Составной частью этой задачи является сейсмотектоническое районирование, в рамках которого необходимо оценить положение эпицентров землетрясений относительно геолого-тектонических структур и выделить сейсмогенерирующие структуры и узлы. Работа выполнена в соответствии с рекомендациями, изложенными в [5,6].

Для уточнения положения эпицентров нами на основании данных, приведенных в работах [1,2], была построена схема изосейст землетрясений центральной части Уральского региона. С использованием ее была построена схема эпицентров ощутимых землетрясений Урала, которая, в свою очередь, была использована при построении схемы сейсмотектоники центральной части Уральского региона (рис.1). Анализируя полученную схему, можно сделать следующие выводы:

1. Средне-Уральская область повышенной сейсмичности приурочена к участку Уральского новейшего орогена, характеризующегося рядом особенностей строения. Наиболее значительной особенностью является то, что ВЕП образует выступ (мыс) далеко выдающийся на восток. Этот мыс образован Волго-Камским выступом фундамента ВЕП [7] (Камско-Башкирским мегасводом по [8]). Уральское горно-складчатое сооружение, выгибаясь на восток, охватывает этот выступ, образуя Уфимский амфитеатр. Волго-Камский выступ фундамента ВЕП характеризуется повышенными значениями гравитационного поля и напряженности магнитного поля [3]. В пределах него уменьшена мощность земной коры и глубина залегания фундамента ВЕП [3]. Геофизические данные, приведенные в работе [9], свидетельствуют, что Волго-Камский выступ ВЕП является элементом крупной трансорогенной структуры, которую можно назвать Архангельско-Балхашской. Она проявлена в виде дугообразной полосы положительных значений в аномальном магнитном поле, осредненном с радиусами 125 км и 250 км, протянувшейся от района оз. Балхаш до Кольского полуострова. По-видимому, это древняя антиклинорная структура в земной коре. В пределах области интерференции ее с Уралом она имеет северо-западное направление по азимуту около 315 градусов. С юго-запада и северо-востока Архангельско-Балхашская структура граничит с подобными трансорогенными структурами – Башкиро-Улутавской и Тимано-Кокчетавской [10], но проявленными в аномальном магнитном поле, осредненном с радиусом 125 км и 250 км в виде областей отрицательных значений. В области к западу от Урала эти структуры, в отличие от Архангельско-Балхашской, характеризуются относительно увеличенными мощностями земной коры и глубины залегания фундамента ВЕП [3]. В рельефе земной поверхности данные структуры проявлены в виде возвышенностей Каратаусской и Тиманского кряжа. Им соответствуют области уменьшения ускорения силы тяжести [3].

Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к пограничной зоне Тимано-Кокчетавской и Архангельско-Балхашской трансорогенных структур, соответствующей в области к западу от Урала северо-восточной пограничной зоне ВЕП, свидетельствует о значительной роли их в процессе сейсмогенеза.

Следовательно, Средне-Уральская область повышенной сейсмичности приурочена к области интерференции Архангельско-Балхашской и смежных с ней трансорогенных структур с субмеридиональным Уральским орогеном. Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к пограничной зоне Волго-Камского выступа ВЕП и Уральского горно-складчатого сооружения может свидетельствовать о том, что сейсмичность земной коры данного района обусловлена взаимодействием этих геолого-тектонических подразделений.

Другой особенностью геолого-тектонического строения данного района является то, что в пределах Среднего Урала основные геолого-тектонические подразделения – Западно-Уральская область складчатости и надвигов, Центрально-Уральское поднятие, Тагило-Магнитогорский прогиб уменьшают свою ширину по сравнению со смежными областями Северного и Южного Урала. При этом выделяются два узла, в направлении к которым эти структуры уменьшают ширину – Билимбаевский и Нязепетровско-В.Уфалейский. Первый располагается на южном замыкании Северо-Уральского сегмента Центрально-Уральского поднятия и соответствующего ему Северо-Уральского новейшего свода. Второй приурочен к северному замыканию Южно-Уральского сегмента сегмента Центрально-Уральского поднятия и соответствующего ему Южно-Уральского новейшего свода. Узлы располагаются на северном и южном концах Нижнесергинско-Михайловской дуги. К этим узлам сближаются, сходятся и сочленяются наиболее крупные глубинные долго живущие разломы. К Билимбаевскому узлу приурочен эпицентр самого сильного на Урале Билимбаевского землетрясения 17.08.1914 г., магнитуда которого оценивается в 4.5-5,0 [2]. В пределах Нязепертовско-В.Уфалейского узла ощутимых сейсмических явлений за последние 250 лет отмечено не было [1,2,3].

Особенности геологического строения отражаются и в рельефе земной поверхности Среднего Урала. Горы здесь имеют меньшую высоту по сравнению со смежными Северным и Южным Уралом. Здесь же уменьшаются по сравнению с Северным и Южным Уралом и амплитуды поднятий земной коры за новейшее время [11,12]. Северо-Уральский и Южно-Уральский новейшие своды, сужаясь и понижая высоту в направлении Среднего Урала, выклиниваются вблизи Билимбаевского и Нязепертовско-В.Уфалейского узлов.

Особенностью расположения в плане и ориентировке Среднего Урала является то, что он, в отличие от Северного и Южного Урала, имеет северо-северо-западное направление по азимуту около 320-330 градусов. На одной линии со Средним Уралом располагается Тиманский кряж. Эти структуры отмечают северо-восточную границу ВЕП. Если рассматривать Урал как коллизионный герцинский ороген, как это предложено в работе [13], то наиболее высокогорные Северный и Южный Урал можно рассматривать как реликтовые области наибольшего сжатия земной коры, а Средний Урал – как реликтовую область возможных сдвиговых и растягивающих деформаций. Сдвиговые деформации в земной коре в области Среднего Урала могли возникнуть в палеозойское время вследствие коллизии ВЕП, имеющей косую (северо-западного направления) северо-восточную границу с субмеридиональной Уральской геосинклиналью. В условиях субширотного сжатия возникли сдвиговые напряжения вдоль северо-восточной границы ВЕП, вызвавшие смещения ВЕП и под ее воздействием Южно-Уральского сектора верхней части земной коры в направлении на юго-юго-восток относительно Северо-Уральского сегмента [24]

О возможности такого механизма деформации земной коры Урала в палеозойское время свидетельствуют вышеупомянутые особенности геолого-тектонического строения Среднего Урала и смежных районов Северного и Южного Урала, отражающиеся в морфологии рельефа земной поверхности. Региональные разломы, расходясь из Билимбаевского и Нязепетровско-В.Уфалейского узлов, образуют характерные для сдвиговой тектонической ситуации дивергентные структуры, называемые «конскими хвостами». Этим разломам, омоложенным в новейшее время, соответствуют линеаменты рельефа земной поверхности. На интервале между Билимбаевским и Нязепетровско-В.Уфалейским узлами проходит участок Главного Уральского глубинного разлома, называемого Дегтярско-Уфалейским разломом [14]. Продолжение этой структуры на северо-запад было названо Кузнецовым Е.А. Главным северо-западным сдвигом, амплитуда смещений блоков пород по которому в палеозойское время оценивается в несколько десятков километров [11]. Можно предположить, что по этой структуре в палеозойское время произошла основная сдвиговая деформация верхней части земной коры и верхней мантии региона, обусловленная смещением Южно- Уральского сектора геосинклинали на юго-юго-восток относительно Северного Урала. В результате этой деформации Южный Урал оформился как гигантская дивергентная структура – «конский хвост».

2. В палеозойских геолого-тектонических структурах большая часть эпицентров наиболее сильных землетрясений Средне-Уральской области повышенной сейсмичности приурочена к области Центрально-Уральского поднятия. Центрально-Уральское поднятие – самая древняя антиклинорная (антиформная) структура на Урале, возникшая в позднее-вендское время на периферии архейско-протерозойского кратона, соответствующего ВЕП [8,11,13]. В пределах Центрально-Уральского поднятия обнажаются наиболее древние на Урале допалеозойские породы [8,11]. Эта структура имеет характер длительно существующего в рельефе земной поверхности поднятия, возникшего в поздне-вендское время, и существовшего большую часть палеозоя, мезозоя и кайнозоя [8,11]. В новейшее время в эпоху альпийского тектогенеза Центрально-Уральское поднятие вновь стало наиболее быстро воздымающейся областью Урала [8,11].

Крылья Центрально-Уральского поднятия осложнены глубинными долго живущими разломами – Главным Уральским глубинным, Чусовско-Кизеловским, Саткинским. Эти структуры отделяют данное поднятие от расположенного к востоку от него Тагило-Магнитогорского прогиба и расположенной к западу от него Западно-Уральской зоны складчатости и надвигов. К осевым зонам этих разломов приурочены эпицентры наиболее сильных землетрясений. Следовательно, осевые зоны этих разломов и ближние зоны их геодинамического влияния могут рассматриваться как сейсмогенерирующие зоны – зоны возможного возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ). Можно выделить Чусовско-Кизеловскую и Восточно-Уральскую (Тагильскую) зоны ВОЗ.

Эти субмеридиональные сейсмогенерирующие структуры пересекаются цепочками эпицентров землетрясений, имеющих субширотное восток-северо-восточное направление по азимуту около 60 градусов. Направление этих структур соответствует направлению сжимающих напряжений в коре и мантии, оцененных по результатам изучения анизотропии скоростей упругих волн [3,15]. Приблизительно в таком же направлении происходит дрейф литосферы региона по данным GPS-мониторинга [16], что позволяет предположить субширотную ориентировку основных современных сжимающих напряжений в земной коре и мантии. Следовательно, вышеупомянутые цепочки эпицентров землетрясений могут быть приурочены к трещинам отрыва (растяжения), осложняющим Средне-Уральскую область сдвиговых деформаций. Об этом же свидетельствует локализация большей части эпицентров в зонах относительного современного погружения земной коры или к зонам замедления ее поднятия на фоне более быстро воздымающихся участков [3]. Выделяются четыре такие зоны ВОЗ – Добрянско-Кизеловская, Серебрянская, Сабарско-Билимбаевская и Южно-Уральская. Можно видеть, что эпицентры наиболее сильных землетрясений приурочены к узлам пересечения субширотных и субмеридиональных зон ВОЗ. Расстояния между первыми тремя сейсмогенными зонами составляют около 120 км, а между Сабарско- Билимбаевской и Южно-Уральской – 250 км.

Особенностью сейсмичности Среднего Урала является то, что ощутимые землетрясения происходят в условиях низких величин и скоростей деформации земной коры на новейшем и современном этапах. Так, средние скорости деформации земной коры Урала за новейшее время (за последние 30 млн. лет), оцененные по амплитудам ее деформаций за этот период, приведенным в работах [11,12], составляют порядка сотых и тысячных долей мм в год. Средняя скорость подвижек блоков верхней части земной коры по омоложенным разломам за новейшее время оценивается как порядка тысячных – десятитысячных долей мм в год, что, согласно критериям, приведенным в работе [17] свидетельствует о низкой тектонической активности этих структур и земной коры в данный период в целом. В новейшее время Уральское горно-складчатое сооружение развивалось как сводовое поднятие практически без масштабных дифференциальных подвижек блоков земной коры [11,12].

Современные скорости деформации земной коры центральной части Уральского региона, оцененные по результатам повторных нивелировок [18] и по результатам GPS-мониторинга [16], составляют порядка десятых долей до первых мм в год, что соответствует порядку 10-8 - - 9 в относительных единицах. Согласно [17], такие скорости деформации соответствуют низкой тектонической активности земной коры, характерной для платформенных образований. ВЕП, Урал, Западная Сибирь, согласно результатам GPS- мониторинга [16] смещаются на восток-северо-восток по азимуту около 74 градуса как единое целое. Скорость смещений станций GPS-мониторинга относительно друг друга не превышает современной точности определения координат станций, составляющей 3-5 мм.

Несмотря на низкие скорости деформации земной коры Урала на новейшем и современном этапах, в центральной части Уральского региона за последние 250 лет было отмечено около 35 ощутимых землетрясений силой от 3 до 6 баллов по шкале MSK-64 [1,2,3]. Объяснить это можно только тем, что источником сейсмических событий являются тектонические напряжения, накопленные в допалеозойских и палеозойских и геолого-тектонических структурах в предшествующие нашему времени эпохах и разряжающиеся в виде землетрясений в зонах разломов. Подобная схема сейсмогенеза предложена в работе [19]. Разрядка может происходить в результате воздействия на массив земной коры, накопивший тектонические напряжения, импульсов изменения напряженно-деформированного состояния земной коры (сжатия, растяжения, сдвига, волн разупрочнения [20], деформационных фронтов [21], вариаций основных атмосферных параметров и других экзогенных факторов [22]). В земной коре Урала запасены достаточно большие напряжения (сотни МПа), которые могут быть источником серьезных геодинамических явлений, обусловленных изменением ее напряженно-деформированного состояния [23].

Приуроченность большей части эпицентров ощутимых землетрясений к области Центрально-Уральского поднятия позволяет заключить, что эта структура в пределах центральной части Уральского региона является областью наиболее значительных накопленных тектонических напряжений. Она сложена самыми древними в рассматриваемом районе прочными кристаллическими породами. Так как большая часть эпицентров локализована в зонах относительного современного погружения земной коры или в зонах замедления ее поднятия на фоне более быстро воздымающихся участков, то, следовательно, сброс накопленных в палеозойское время тектонических напряжений на современном этапе в центральной части Уральского региона происходит в результате растяжения (преимущественно в субмеридиональном направлении) верхней части земной коры и преимущественно в зонах ее растяжения. Возможно, это обусловлено интерференцией деформационных процессов в глубинных трансорогенных структурах и в Уральском орогене. Подобный вывод о постумном характере Уральской сейсмичности был сделан 70 лет назад в работе [1].

На основании вышеизложенного можно заключить, что современная сейсмичность Среднего Урала обусловлена тектоническими напряжениями, накопленными на участке его интерференции с пограничной зоной древних трансорогенных Архангельско-Балхашской и Тимано-Кокчетавской структур в предшествующие эпохи, когда земная кора Урала развивалась в условиях левосторонней транспрессии [13,24]. При этом пограничная зона этих структур в области к западу от Урала соответствует северо-восточной пограничной зоне ВЕП. Эти напряжения преимущественно аккумулировались в области Центрально-Уральского поднятия, сложенного древними породами. Разрядка накопленных напряжений в виде землетрясений происходит в зонах омоложенных разломов и деформации земной коры, по-видимому, в результате относительно слабых современных деформационных воздействий, играющих роль триггеров – «спусковых крючков» для уже подготовленных геодинамических явлений.

Рис. 1. Схема сейсмотектоники центральной части Уральского региона по [25]. Составил Гуляев А.Н., авторы электронной версии Юдина Ю.В., Осипова (Дёмина) А.Ю., 2007-2009

Гуляев А.Н. К ВОПРОСУ О СЕЙСМОТЕКТОНИКЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА [Электронный ресурс] /А.Н. Гуляев //Архитектон: известия вузов. — 2010. — №1(29). — URL: ссылка