КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-17-00176
НазваниеСистемная оценка сейсмической опасности центральной части Большого Кавказа (Осетинский сектор)
Руководитель Дзебоев Борис Аркадьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геофизический центр Российской академии наук , г Москва
Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-402 - Механизмы возникновения землетрясений, очаг, предвестники землетрясений
Ключевые слова Большой Кавказ, сейсмическая опасность, сейсмическое районирование, системный анализ, каталог землетрясений, геолого-геофизические данные, ГНСС, современные движения земной коры, напряженно-деформированное состояние, сейсмотектоническая модель, сейсмогенерирующие структуры, деформационный анализ, тектонические разломы, ГИС.
Код ГРНТИ37.31.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы в области сейсмической безопасности – оценку сейсмической опасности Осетинского сектора центральной части Большого Кавказа на основе многофакторного анализа геолого-геофизических и геодезических данных.
Цель проекта заключается в:
• создании высокоэффективного системно-аналитического метода оценки сейсмической опасности на основе многофакторного комплексного анализа геолого-геофизических и геодезических данных;
• получении новых знаний и данных о современной геодинамике, сейсмотектонике и сейсмическом режиме центральной части Большого Кавказа;
• обеспечении сейсмической безопасности и устойчивого развития городских агломераций, ответственных и экологически опасных промышленных объектов и рекреационных территорий Республики Северная Осетия-Алания (РСО-А).
Сейсмостойкое строительство как один из способов защиты населения от катастрофических последствий землетрясений в сейсмоопасных регионах Российской Федерации (РФ) регламентируется нормами и правилами, опирающимися на карты Общего сейсмического районирования. Карты позволяют оценить возможное сейсмическое воздействие в баллах интенсивности сотрясения или единицах ускорения земной поверхности. Вместе с тем, часто возникает необходимость более детального определения места возможного землетрясения и его ожидаемых параметров, например, для районов расположения крупных населенных пунктов и особо ответственных объектов.
Сейсмоопасные районы занимают примерно четверть территории РФ. Часть регионов входит в состав Северо-Кавказского и Южного федеральных округов, где по поручению Президента РФ создаются крупные туристические кластеры. Как следствие – существенное увеличение количества туристов. По данным Правительства РСО-А за 8 месяцев 2022 года республику посетило около 1.5 миллионов туристов. В настоящее время в РСО-А ведется строительство круглогодичного туристско-рекреационного комплекса «Мамисон», который станет крупнейшим на Северном Кавказе горнолыжным курортом мирового уровня. В горной части расположен объект федерального значения – Зарамагская ГЭС. Это и многое другое определило выбор Осетинского сектора в качестве полигона для опробования разрабатываемого метода системной оценки сейсмической опасности.
Учитывая многофакторность геодинамических процессов, неполноту наших знаний о геологической среде и неоднозначность сейсмотектонических моделей решение задачи адекватной оценки сейсмической опасности может быть достигнуто только на основе комплексирования геологических, геодезических, геофизических методов и методов численного моделирования.
Работы планируется проводить по следующим 5 направлениям:
• Сейсмологические исследования.
• Геодезические исследования.
• Структурно-геологические исследования.
• Исследование напряженно-деформированного состояния.
• Интегральная оценка сейсмической опасности.
Научная новизна проекта определяется применением для оценки сейсмической опасности нескольких, взаимодополняющих подходов и интеграцией результатов в единое целое методами системного анализа. Для интеграции данных будет создан системный метод их комплексного анализа и интерпретации, который за счет синергетического эффекта повысит эффективность и достоверность оценки сейсмической опасности.
Использование системного метода позволит впервые для центрального сектора Большого Кавказа выполнить региональную оценку сейсмического режима. Иерархическая оценка полей и ориентировок главных действующих напряжений будет положена в основу детального изучения тектонической активизации главных сейсмотектонических зон и выявления зон возможных очагов землетрясений. Полученные уникальные сейсмологические, геофизические, геологические и геодезические результаты в совокупности с результатами реанализа фондовых геолого-геофизических данных станут основой для новой модели зон возможных очагов землетрясений и многофакторной оценки сейсмической опасности центральной части Большого Кавказа.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Воробьева И.А., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Гвишиани А.Д., Заалишвили В.Б., Сергеева Н.А., Никитина И.М. Integrated Earthquake Catalog of the Ossetian Sector of the Greater Caucasus Applied Sciences, 2023. (год публикации - 2023)
2.
Маневич А.И., Лосев И.В., Авдонина А.М., Шевчук Р.В., Кафтан В.И., Татаринов В.Н.
Modelling the horizontal velocity field of the Earth’s crust in a regular grid from GNSS measurements
Russian Journal of Earth Sciences, 2023. Vol. 6. (год публикации - 2023)
10.2205/2023ES000885
3. Маневич А.И., Шевчук Р.В., Лосев И.В., Кафтан В.И., Урманов Д.И. Шакиров А.И. Определение и визуализация параметров движений и деформаций земной поверхности по данным ГНСС-наблюдений в среде Python 3 и QGIS 3 Геодезия и картография, 2023. №12. (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Построена модель сейсмического режима Осетинского сектора Большого Кавказа на основе ранее сформированного наиболее полного интегрального каталога землетрясений с однородной магнитудной шкалой. Модель хорошо соответствуют данным, по которым определены ее параметры.
На основе системного анализа объединенного каталога землетрясений Осетинского сектора Кавказа алгоритмом LDPS, являющегося новым математическим инструментом ДМА-кластеризации, выделены основные потенциальные линейные сейсмогенерирующие структуры региона.
Составлена геоморфологическая карта с выделением амплитуды неотектонических движений и главных морфоструктур: Осетинская депрессия, зона новейших тектонических поднятий (амплитуда вертикальных движений +1 – +1.5 км), Северо-Кавказская моноклиналь (+1.5 – +5 км), Меловая депрессия (+2 – +2.5 км), Северо-Юрская депрессия (+3 км), а также морфоструктуры Бокового и Главного Кавказского хребтов (+4 – +7 км). Построена карта распределения региональных морфолинеаментов.
Установлено наличие взаимосвязи между морфоструктурами и современными геодинамическими процессами на территории Республики Северная Осетия-Алания. Анализ плотности морфолинеаментов, индекса извилистости горного фронта, индекса нормированной крутизны русла и плотности точек перегиба продольных профилей рек показал, что активные геодинамические процессы наблюдаются в переходной зоне между Осетинской депрессией и областью новейших поднятий, особенно вблизи Владикавказского и Ардонского разломов и с. Тарское.
На Осетинском геодинамическом полигоне проведен второй цикл наблюдений за СДЗК с использованием средств ГНСС. Наблюдения проводились на основе схемы, используемой в 2023 г. Полевые измерения выполнялись семью комплектами ГНСС-аппаратуры. Основное количество СКО положения пунктов в плане группируется в диапазоне 2–3 мм, а по высоте 4–6 мм. Средние значения СКО в плане и по высоте составили 2.9 мм и 5.7 мм соответственно.
Для оценки качества сети постояннодействующих ГНСС-станций рассчитан фактор формы треугольников по триангуляции Делоне. Проведена рекогносцировка новых мест для размещения базовых станций, чтобы улучшить качество геодезического мониторинга. Выбрано 7 перспективных мест. Наиболее оптимальной для установки новой базовой станции выбрана точка «Кани» в Геналдонском ущелье, близ Кармадонских термальных источников.
Создана ГИС-база геолого-геофизических и геодезических данных по Осетинскому сектору Большого Кавказа, содержащая сведения о землетрясениях, геодезических измерениях и тектонических нарушениях. Результаты визуализированы в QGIS Desktop. Объем базы данных 8.38 ГБ.
На основе интеграции данных о механизмах очагов землетрясений, ГНСС-измерений и полевой съемки трещин создана карта современного напряженного состояния верхней части земной коры Республики Северная Осетия-Алания. Проведены полевые исследования изучения трещин на 19 площадках. Для устранения пробелов использовались результаты ГНСС-измерений и данные из региональных каталогов «WSM» и «Global CMT Project». На их основе сформирована региональная карта ориентации осей главных напряжений сжатия.
Выполнен анализ параметров СДЗК, основная задача которого – создание геодинамической модели развития региона, учитывающей структуру тектонических формирований первого и второго порядка. Использовались оцифрованные данные геодезических наблюдений за вертикальными перемещениями земной коры за последние 100 лет, ГНСС-данные за 30 лет, а также карты неотектонических структур, сейсмологические и геоморфологические сведения различных авторов. Анализ показал, что на протяжении 100 лет горные сооружения Кавказа испытывают подъем. Периоды со скоростью подъема более 10 мм/год, чередуются с периодами малых скоростей. Продолжается тенденция тектонической эволюции региона, свойственная ему, по крайней мере со среднего палеогена. Зоны поднятий согласуются с аномалиями геофизических полей и геоморфологическими особенностями. Подъемы демонстрируют пространственно-временную связь с очагами землетрясений, находящихся преимущественно в зонах высоких градиентов скоростей вертикальных движений. Землетрясения происходят после завершения периодов быстрых движений в течение первых десятилетий после них.
Разработанная предварительная модель геодинамической эволюции региона в новейшее время представляется следующим образом:
- главный источник новейших и современных движений Аравийская плита. Происходит укорочение земной коры в меридиональном направлении и расширение – в субширотном, что подтверждено результатами геодезических наблюдений. Северный выступ плиты упирается в прочный слой океанической литосферы и меняет направление движения: под углом 90° на западное по Восточно-Анаталийскому разлому и северо-восточное – в Малый Кавказ. Непосредственно с Большим Кавказом взаимодействует система сдвиговых разломов Малокавказской дуги;
- давление вызывает подвиг коры Закавказской плиты под окраину Скифской. По данным геофизики между ними находится «прослой» менее плотных, подверженных деформированию пород. Это является причиной подъема Большого Кавказа. В направлении с юга на север абсолютные значения скоростей СДЗК по ГНСС-данным – уменьшаются. Наибольшая скорость отмечена для территории, лежащей к югу от Главного Кавказского разлома;
- этот глобальный процесс накладывается на блоковое строение среды и формирует современные деформации. Различия в скоростях и направленности современных вертикальных и горизонтальных СДЗК, приводят к образованию участков с высоким уровнем кулоновских напряжений. Результаты моделирования показывают, что кулоновские напряжения в блоковой среде могут быть подвержены резким изменениям при высоких скоростях деформаций и приводить к коровым землетрясениям.
Публикации
1.
Авдонина А.М., Кочубей К.А., Маневич А.И., Дзеранов Б.В.
Carst subsidence hazard assessment of the Kurtatinsky gorge (Republic of North Ossetia – Alania)
Sustainable Development of Mountain Territories, Sustainable Development of Mountain Territories. Vol. 16. No. 3. P. 1083–1095. (год публикации - 2024)
10.21177/1998-4502-2024-16-3-1083-1095
2. Дзеранов Б.В., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Заалишвили В.Б., Саяпина А.А., Мельков Д.А., Габараев А.Ф., Фоменко Н.А. Seismicity and seismic hazard assessments of the Ossetian sector of the Greater Caucasus. Review Russian Journal of Earth Sciences (год публикации - 2025)
3.
Кафтан В.И., Гвишиани А.Д., Маневич А.И., Дзебоев Б.А., Татаринов В.Н., Дзеранов Б.В., Авдонина А.М., Лосев И.В.
An Analytical Review of the Recent Crustal Uplifts, Tectonics, and Seismicity of the Caucasus Region
Geosciences, Geosciences. Vol. 14. Is. 3. 70. (год публикации - 2024)
10.3390/geosciences14030070
4.
Татаринов В.Н., Кафтан В.И., Маневич А.И., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Авдонина А.М., Лосев И.В., Королькова А.А.
Neotectonic evolution of the Caucasus: recent vertical movements and mechanism of crustal deformation
Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Izvestiya, Physics of the Solid Earth. Vol. 60. Is. 4. P. 585-603. (год публикации - 2024)
10.1134/S1069351324700630
5. Маневич А.И., Акматов Д.Ж., Шевчук Р.В., Дзеранов Б.В. Development of a regional map of actual stress axes orientation for the territory of the Republic of North Ossetia-Alania Gornyi zhurnal (год публикации - 2025)
6.
Маневич А.И., Дзебоев Б.А., Гвишиани А.Д., Кафтан В.И., Татаринов В.Н., Дзеранов Б.В., Заалишвили В.Б., Лосев И.В., Акматов Д.Ж., Шевчук Р.В., Габараев А.Ф.
Development of the deformation GNSS monitoring network for the eastern branches of the Vladikavkaz fault
Geologiya i Geofizika Yuga Rossii, Geologiya i Geofizika Yuga Rossii. Vol. 14. No. 3. P. 41–56. (год публикации - 2024)
10.46698/q3386-6383-8155-b
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Для Осетинского сектора Большого Кавказа на базе параметров модели сейсмического режима построен синтетический каталог землетрясений на условный период 20 000 лет, воспроизводящий и моделирующий ключевые свойства каталога фактически произошедших землетрясений, а также, что очень важно, содержащий фактор времени. Сгенерированный синтетический каталог будет в дальнейшем использован для построения карт сейсмического районирования региона.
По данным двух сейсмических станций, установленных в предгорной части Республики Северная Осетия – Алания построены кинематические модели земной коры и верхней мантии до глубины 250 км. Разрезы демонстрируют существенную гетерогенность как по скоростям поперечных волн, так и по параметру Vp/Vs на всю исследуемую глубину.
В сентябре 2025 года на геодинамическом полигоне (РСО-Алания) проведен третий цикл наблюдений за современными движениями земной коры средствами ГНСС. Схема расстановки ГНСС-аппаратуры аналогична эпохам 2023 и 2024 годов. В качестве опорных пунктов ГНСС-измерений в регионе приняты две постояннодействующие станции ФИЦ ЕГС РАН (LAZ2, KAMT) и 3 базовые станции ГНСС коммерческой сети АО «ПРИН» (NCHK, NZRN, PRHL). Для выполнения полевых измерений использовались 7 комплектов ГНСС-приемников и антенн. Данные обработаны с использованием лицензионной программы «КРЕДО ГНСС» и добавлены в ГИС-проект.
Для 37 пунктов ГНСС-измерений рассчитаны векторы смещений за эпохи наблюдений 2023–2024 гг. и 2023–2025 гг. Направления векторов в целом следуют простиранию разломов, локальные развороты сосредоточены в узловых зонах. Построены цифровые крупномасштабные карты деформаций земной поверхности сейсмотектонических зон региона на основе анализа данных за 3 года. Карты дилатации, сдвиговой деформации и главных осей включены в единый ГИС-проект. Выполнен анализ соотношений между параметрами деформаций земной поверхности и структурно-тектоническими особенностями региона исследований. Выявлена устойчивая пространственная структура современных движений земной коры и деформаций в Осетинском секторе Большого Кавказа. Зоны растяжения и сжатия также вытянуты вдоль линейных структур, области экстремумов повторяются для обеих эпох и отличаются главным образом выраженностью и небольшими смещениями. Выделены протяжённые полосы сдвиговых деформаций.
Выполнен структурно-парагенетический анализ разрывных структур Осетинского сектора Большого Кавказа на основе данных цифрового рельефа, ДЗЗ и полевых наблюдений. Выделены основные типы дизъюнктивов, реконструированы ориентировки действующих напряжений и определены зоны локального перераспределения напряжений, связанные с сегментацией разломов. Создана предварительная карта типов дизъюнктивов и структурно-геоморфологическая схема РСО-Алания. Все результаты интегрированы в ГИС-ориентированную базу данных проекта.
Построена трёхмерная геологическая модель РСО-Алания размерами 200×130×25 км, включающая осадочный чехол, кристаллический фундамент и систему разломов. Проведены численные расчеты полей напряжений в районе исследования, получены карты распределения напряжений и выполнен анализ моделей в комплексе с данными о сейсмических событиях для выявления основных закономерностей взаимодействия тектонических структур и сейсмической активности. Выявлены пространственные связи зон повышенных кулоновских напряжений и кластеров гипоцентров землетрясений Mw ≥ 4.0 в интервале глубин 5–15 км, что интерпретируется как проявление триггерного механизма сейсмичности и современных неотектонических поднятий. Получены модели и выполнен совместный анализ закономерностей распределения напряжённо-деформированного состояния в пределах Альпийско-Гималайского орогенного пояса на примере Большого Кавказа и Гималаев.
Системный анализ сейсмотектонических моделей возможного сильного землетрясения в пределах Осетинского сектора Большого Кавказа выстроен как последовательный переход от результатов расчёта НДС к параметрам потенциального источника. В результате выделения сегментов активных разломов с аномалиями НДС возможна оценка геометрии разрыва, сейсмического момента и магнитуды сценарных событий. Таким образом зоны высокой сейсмической опасности, выявленные по сейсмотектонической модели, сопоставляются с результатами сейсмического районирования согласно созданному синтетическому каталогу.
Разработаны рекомендации по организации комплекса детальных геолого-геофизических и геодезических исследований для уточнения оценки сейсмической опасности Осетинского сектора Большого Кавказа. Сформирован проект многоуровневой системы геодинамических наблюдений с использованием сейсмологических и ГНСС-данных, ориентированный на мониторинг и исследование активных разломов и морфоструктур.
В 2025 г. опубликовано или принято к печати 3 статьи в журналах, индексируемых в библиографических базах Web of Sciences и/или Scopus и/или Russian Science Citation Index и/или «Белый список».
Публикации
1. Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В., Алешин И.М., Гоев А.Г., Татаринов В.Н., Орешин С.И. Structure and geomechanical properties of the earth's crust and upper mantle of the foothill part of North Ossetia Doklady Earth Sciences, Dzeboev B.A., Dzeranov B.V., Aleshin I.M., Goev A.G., Tatarinov V.N., Oreshin S.I. Structure and geomechanical properties of the earth's crust and upper mantle of the foothill part of North Ossetia // Doklady Earth Sciences, 2026. (год публикации - 2026)
2.
Кафтан В.И., Маневич А.И., Габсатаров Ю.В., Карапетян Дж.К., Шевчук Р.В., Лосев И.В., Саяпина А.А.
Impact of a Series of Destructive Kahramanmaraş Earthquakes (February 6, 2023) on the Regime of Modern Crustal Movements of the Caucasian Region
Izvestiya, Physics of the Solid Earth, Kaftan, V.I., Manevich, A.I., Gabsatarov, Y.V. et al. Impact of a Series of Destructive Kahramanmaraş Earthquakes (February 6, 2023) on the Regime of Modern Crustal Movements of the Caucasian Region. Izv., Phys. Solid Earth 61, 831–841 (2025). https://doi.org/10.1134/S1069351325700648 (год публикации - 2025)
10.1134/S1069351325700648
3. Кочубей К.А., Маневич А.И., Татаринова Т.А. Identification of neotectonic activation zones within the Central Caucasus (Republic of North Ossetia–Alania) Sustainable Development of Mountain Territories, Kochubey K.A., Manevich A.I., Tatarinova T.A. Identification of neotectonic activation zones within the Central Caucasus (Republic of North Ossetia–Alania) // Sustainable Development of Mountain Territories, 2025, Vol. 17, No. 3. (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Полученные в проекте оценки сейсмической опасности, включающие карты сейсмического районирования, оценки скоростей и деформаций земной поверхности, результаты расчетов напряженно-деформированного состояния позволят повысить достоверность прогноза и пространственной детализации сейсмической опасности Осетинского сектора Большого Кавказа. Результаты проекта могут быть непосредственно использованы органами государственной власти и муниципалитетами при территориальном и градостроительном планировании. Последнее позволит рационально размещать жилую застройку и критически важные объекты, снижать потенциальный ущерб от сильных землетрясений и тем самым уменьшать потери бюджетов различного уровня.
С научной точки зрения проект формирует задел в области системных методов оценки сейсмической опасности горных территорий, основанных на комплексировании геолого-геофизических и геодезических исследований, включая ГНСС-наблюдения за современными движениями земной коры, анализ полей скоростей и деформаций, сейсмическое районирование на основе современных методов и подходов и др. Полученные в проекте результаты могут использоваться проектными и изыскательскими организациями, научными и образовательными учреждениями, МЧС России, Минстрой России и другими профильными ведомствами, и в дальнейшем масштабироваться на другие сейсмоопасные регионы Российской Федерации, обеспечивая долгосрочный вклад в ее экономическое развитие и социальную устойчивость.