Оценка сейсмичности территории Томской области базируется на исторических сведениях о происходивших в её пределах сейсмических событиях и её геологическом (тектоническом) строении.
Следует напомнить, что землетрясение ощущается как колебание грунта в результате комплексного воздействия продольных, поперечных и поверхностных сейсмических волн, имеющих различную скорость распространения. Сейсмические волны возникают вследствие тектонических деформаций земной коры и верхней мантии, при которых накопившиеся напряжения превысили прочность горных пород в данном месте. Происходит мгновенное перемещение масс по тектоническому разрыву и возникновение новых разрывов, что сопровождается выделением огромного количества энергии, малая толика которой излучается в виде сейсмических волн. Обычно главному толчку, который ощущается в течение нескольких секунд, предшествуют нарастающие по интенсивности слабые колебания, называемые форшоками. Таким же образом, после главного толчка в течение нескольких месяцев и даже первых лет, отмечаются затухающие по интенсивности колебания, называемые афтершоками. Каждый год на земном шаре происходит свыше 100000 землетрясений, от которых в среднем погибает около 10 тысяч человек. Но известны и катастрофические землетрясения, когда в считанные секунды и минуты разрушаются целые города и гибнут десятки и сотни тысяч людей.
Любое землетрясение характеризуется гипоцентром (очагом), эпицентром, интенсивностью, магнитудой и энергией.
Гипоцентром (очагом) называют участок в земной коре или мантии, где происходит хрупкое разрушение горных пород и возникновение разрывов. Очаг землетрясения может располагаться на глубинах от первых километров до 100 км на континентах и до 700 км в зонах Беньофа-Заварицкого, где океаническая кора погружается под островные дуги и континенты.
Эпицентр представляет собой проекцию гипоцентра на дневную поверхность Земли. Используют также термин плейстосейстовая область - место на поверхности Земли, располагающееся непосредственно над гипоцентром.
Интенсивность землетрясения определяется внешними эффектами на поверхности Земли, которые проявляются в смещении почво-грунтов, появлении трещин на поверхности, провалов и воздыманий, разрушении зданий и сооружений и т.д. Интенсивность землетрясений является в определенной мере величиной качественной и измеряется по шкале MSK-64 от 1 до 12 баллов. Человек начинает ощущать сейсмические волны при интенсивности в 2 балла. Разрушительными землетрясения становятся при интенсивности 5-6 баллов, а катастрофическими - при 8 баллах и более. Линии на карте, соединяющие пункты (точки), в которых землетрясение проявилось с одинаковой интенсивностью, называются изосейстами.
Магнитуда землетрясения соответствует десятичному логарифму измеренной на сейсмограмме максимальной амплитуде смещения почвы в микронах на расстоянии 100 км от очага. Самое слабое из ощутимых землетрясений имеет магнитуду 1,5. Землетрясение, способное причинить ущерб, имеет магнитуду 4,5, а сильнейшие из когда-либо зарегистрированных землетрясений имели магнитуду 8,9. Магнитуда связана с интенсивностью землетрясения, выраженной в баллах, уравнением: M = 1,3 + 0,6 F, где F - интенсивность землетрясения в баллах.
Энергия (Е) землетрясений определяется величиной потенциальной и кинетической энергии, которая освобождается при разрядке напряжения в очаге в виде упругих сейсмических волн, расходуется на преодоление сил трения в очаге, пластические и хрупкие деформации пород, выделение тепла, волнового излучения и т.д. Энергия измеряется в джоулях. В виду значительных вариаций величин энергии при землетрясениях, используют её логарифм (К = lgЕ), рассчитанный для точки на расстоянии 10 км от гипоцентра. Величина К определяет энергетический класс землетрясения и оценивается от 0 до 18.
Среди землетрясений выделяются природные сейсмические явления и техногенные, вызванные деятельностью человека. Природные сейсмические явления могут быть обусловлены тектоническими, вулканическими и гравитационными (обвальными) процессами. Город Томск и его окрестности подвергались воздействию сейсмических волн, связанных как с тектоническими, так и техногенными явлениями.
Особенности тектонического строения Томского района обусловлены его положением в зоне сочленения двух крупных структур - Томь-Колыванской складчатой зоны и Западно-Сибирской плиты. Граница между ними условно проводится по долине р. Томи, а затем по её правому притоку - р. Большой Киргизке. В правобережье р. Томи в пределах Томь-Колыванской зоны в долинах рек имеются многочисленные скальные выходы песчаников и алевролитов каменноугольного возраста, смятых в складчатые структуры, разбитых на отдельные блоки разрывными нарушениями и прорванных трещинными телами магматических пород, известных под названием томских диабазовых даек. Этот комплекс пород перекрыт чехлом рыхлых осадков (песков, глин и суглинков) палеогенового, неогенового и четвертичного возраста толщиной от нескольких до 50-60 метров. Для рельефа характерна заметная расчлененность с перепадами высот до 60-70 м. На левом берегу р. Томи и севернее р. Большой Киргизки мощность рыхлых отложений, слагающих чехол, резко увеличивается до 300-600 м и более, рельеф приобретает равнинный характер, и эта часть территории Томской области в тектоническом отношении уже относится к Западно-Сибирской плите.
Наиболее ощутимо сейсмические колебания, вызванные природными землетрясениями, проявляются на территории г. Томска и его окрестностей, расположенных в пределах Томь-Колыванской складчатой зоны. На территории Западно-Сибирской плиты возможны локальные по площади техногенные землетрясения интенсивностью до 4-5 баллов, обусловленные либо извлечением из глубоких горизонтов нефти и газа, либо закачкой в подземные горизонты воды, либо промышленными взрывами, в том числе и ядерными.
Исторические документы свидетельствуют о том, что г. Томск и его окрестности за период с 1734 года по настоящее время неоднократно подвергались землетрясениям. Таковые зафиксированы в 1734, 1739, 1822, 1882, 1898, 1903, 1984, 1990 и 2003 годах. О землетрясении 1734 года имеется указание в работе И.В. Мушкетова и А.П. Орлова (1893): "В 1734 г. - землетрясение в Томске и его уезде, которое считается здесь редкостью" (с. 158). Р.И. Хованова (1961) оценивает его силу в 5-6 баллов, что, по нашему мнению, является явно завышенной величиной. В Бюллетене Постоянной Центральной сейсмической комиссии (1903) приведены карты изосейст Кузнецких землетрясений, которые произошли 19 июня 1898 г. и 12 марта 1903 г. с эпицентром в районе г. Новокузнецка, где сила толчка достигала 6-7 баллов (рис. 1). Здесь же опубликованы ощущения жителей г. Томска (профессоров В.А. Обручева, М.Н. Соболева и др.) о землетрясении 12 марта 1903 г:
"...слышен треск каменных стен. Некоторые лица, бывшие на улице, передавали, что слышали какой-то гул (Проф. М. Соболев)".
"В 15 ч. 22 м. ощущалось землетрясение в виде дрожания, имевшее направление, по-видимому, с юга на север. Сначала разговаривавший в это время наблюдатель почувствовал лёгкое головокружение, а затем заметил ритмический стук палки, стоявшей между 2-мя шкафами и начавшей попеременно ударяться то в один шкаф, то в другой. Сила 2-3. (В.Обручев)".
"В 15 ч. 19 м. ощущалось волнообразное землетрясение с тремя толчками. Направление землетрясения было с юга на север; сила - около 3 баллов. (Г. Тюменцев)".
"В 15 ч. 22 м. (15 ч. 19 м.) было землетрясение в продолжение 20 сек. (3 колебания). Направление землетрясения было с юга на север. (Метеорологическая станция)".
"...часть города за "истоком". Около 15 ч. 20 м. ощущалось волнообразное землетрясение, хотя сперва был, кажется, толчок. Землетрясение ощущалось всеми людьми в доме. Заметно было дрожание оконных стёкол и посуды. Сотрясение шло из-за реки Томи; в этом же направлении (т.е., по-видимому, с запада на восток) качались гири у часов (Г. Пинегин)".
"Землетрясение наиболее ощущалось в нагорных частях города: на Воскресенской и Юрточной горах, особенно по Елани; на Ачинской улице, даже в одноэтажных домах тряслась мебель, дребезжала посуда, лампады и висячие лампы сильно качались. Кто сидел в это время, чувствовал как будто падает, а кто стоял, едва не падал. То же самое и на Юрточной горе. На Преображенской улице в квартире одного инженера упало на пол зеркало. В одном доме остановились часы, в другом - маятник неправильно закачался. Во многих домах посуда попадала с полок, на потолке и за обоями слышался шорох, птицы в клетках бились в испуге. Землетрясение сильнее чувствовалось в верхних этажах домов. Бывшие на улице почти ничего не заметили. Колокола на колокольнях, никем не трогаемые, издавали глухой, жалобный гул. (Газетные сведения)".
"В каменном здании присутственных мест появилась трещина (К. Сосновский, набл. Красноярской сейсмической станции)".
"Спасское, Томской губ. и уезда. В 15 ч. 20 м. наблюдалось волнообразное колебание, продолжавшееся около 6 сек. Шкафы и столы качались, посуда звенела, висячие лампы раскачивались. Сила 5. (Иркутск)".
Исходя из приведенных описаний, можно предполагать, что интенсивность колебаний, пришедших из Кузнецкой котловины 12 марта 1903 года, в г. Томске и его окрестностях составляла 2-3 балла.
В этой же книге И.В. Мушкетова и А.П. Орлова (1893) приведена карта распространения землетрясений в России, на которой эпицентр землетрясения 1739 года расположен на территории г. Томска, а 1882 года - в районе г. Бердска.
18 сентября 1984 года около 5 часов утра местного времени томичи проснулись от сейсмических толчков, интенсивность которых достигала 3-4 баллов. Звенела посуда, раскачивались люстры, открывались двери. Позднее стало известно (Стойлов, 1992;. Радиационная:, 1993), что это землетрясение было вызвано подземным ядерным взрывом (условное название "Кварц-4"), произведенным вблизи бывшей деревни Ново-Александровки Чебулинского района Кемеровской области в скважине на глубине 560 м.
В середине 1990-ых годов из г. Кемерово неоднократно поступали сообщения о слабых землетрясениях интенсивностью 2-4 балла, происходящих в Кузбассе. Частично они связаны с тектоническими подвижками по зонам разломов на границе Кузнецкого прогиба с Салаирским кряжем и хребтом Кузнецкого Алатау, а частично, возможно, обусловлены обвальными процессами и мощными промышленными взрывами в карьерах, наземных и подземных горных выработках.
27 сентября 2003 года в 18 часов 40 минут местного времени жители г. Томска ощутили колебания поверхности земли, которые были особенно заметны в многоэтажных зданиях и вызвали панику среди жителей. Качались люстры, двигались мебель и мелкие предметы, с полок падала посуда, дребезжали окна. Из многих высотных домов люди выбегали во двор, захватив с собой документы, ценности и сбережения, и простояли на улице до позднего вечера. Интенсивность толчков оценивалась около 3 баллов.
28 сентября этого же года, около 2 часов ночи толчки повторились, но, хотя и ощущались жителями города, были уже заметно слабее предыдущих.
1 октября 2003 г. в 8 часов 03 минуты новые толчки силой около 2 баллов, которые ощущались, главным образом, жителями высотных домов Иркутского тракта и микрорайона Солнечный.
Эти землетрясения были вызваны подвижками по разломам в юго-восточной части Горного Алтая в Кош-Агачском районе в зоне тектонического сочленения Чуйской котловины с Курайским и Северо-Чуйским хребтами. Гипоцентр землетрясений находился на глубинах от 10 до 30 километров в пределах земной коры, и сейсмические волны вызывали колебания поверхности земли на значительной территории, включая Республику Алтай (3-6 баллов), Алтайский край (3-4 балла), Кемеровскую и Новосибирскую области (2-4 балла), юг Красноярского края (2-3 балла), Республики Тыва и Хакасия (около 2 баллов). В плестосейстовой области, в частности в пос. Бельтир, поверхность земли покрылась открытыми трещинами, провалами. В ряде районов Республики Алтай полностью разрушено 99 жилых домов, повреждены 20 школ и свыше 220 жилых домов, 6 больниц и фельдшерско-акушерских пунктов, нарушено электроснабжение и водоснабжение ряда населенных пунктов Кош-Агачского и Улаганского районов. Вследствие схода лавин и обвалов на крутых склонах гор было нарушено транспортное сообщение на участке п.п. Акташ - Кош-Агач и Акташ - Улаган. На сей раз землетрясение обошлось без жертв среди местного населения.
Основной причиной Алтайских землетрясений большинство учёных считают разрядку напряжений сжатия и перемещение блоков земной коры региона, обусловленного медленным смещением в северном направлении расположенных южнее Туранской и Индостанской плит. В то же время, существует другая точка зрения. По данным К.И.Кузнецовой и др. (1999), орогенный пояс Алтае-Саянской горной области сформировался на склонах куполообразного низкоскоростного мантийного диапира, центральная часть которого располагается на глубинах 40-50 км. Известно, что горные структуры осложнены рядом межгорных впадин (Хубсугульская, Тункинская, Тувинские, Минусинские, Кузнецкая, Телецкий, Курайская, Чуйская), которые образуются при растяжении и имеют разломные ограничения. В некоторых из них (Тувинских) ещё в совсем недавнем по геологическим меркам времени (2000 лет назад) происходили вулканические извержения. Эти признаки в большей мере указывают на рифтогенно-континентальный режим развития региона и, даже более точно, на его начальные стадии, для которых характерно сводообразование и формирование грабенов (впадин).
Город Томск и его окрестности в пределах Томь-Колыванской складчатой зоны, как и большая часть Алтае-Саянской области, в настоящее время также в целом испытывает медленное воздымание. Об этом свидетельствуют каньонообразный характер долин правых притоков р. Томи, их крутые берега и наличие порогов и перекатов, сложенных скальными порогами. То есть, можно констатировать, что и наш город и его окрестности в той или иной степени подвержены воздействию рифтогенных процессов.
Но, в любом случае, используя для реконструкций и объяснений причин сейсмических катастроф любую из предлагаемых геодинамических моделей, можно утверждать, что во всех высокогорных частях Алтае-Саянской области и в дальнейшем будут продолжаться субгоризонтальные и субвертикальные перемещения блоков по разломам и происходить землетрясения. Но поскольку их гипоцентры располагаются в пределах земной коры (30-40 км), интенсивность их в эпицентре вряд ли будет превышать 7-8 баллов, а в г. Томске и его окрестностях - 5 баллов. И это должно учитываться при строительстве в регионе гражданских и промышленных объектов.
Из всех перечисленных землетрясений только для одного, произошедшего в 1739 году, предполагалось, что эпицентр землетрясения располагался в районе г. Томска. Во всех остальных случаях эпицентры находились в пределах Алтае-Саянской складчатой области в горных сооружениях Алтая, Салаира, Кузнецкого Алатау, восточных и Западных Саян. В какой мере это может быть опасным для жителей г. Томска и его окрестностей?
Во-первых, любые сотрясения и колебания поверхности Земли будут способствовать ослаблению связей между отдельными слоями и толщами рыхлых пород и провоцировать оползни, столь характерные для некоторых районов г. Томска. Эти негативные процессы могут усиливаться благодаря изменению интенсивности и направления стока подземных вод.
Во-вторых, следует учитывать большую изношенность жилого фонда, особенно крупнопанельных домов старой постройки, рассчитанных на землетрясения интенсивностью до 6 баллов. Существенно ослабляют несущие элементы многоэтажных домов также и самовольные реконструкции квартир.
В третьих, любые землетрясения в той или иной мере способствуют подновлению разломов в земной коре, в том числе и в рыхлых отложениях. В одних случаях такие подновленные разломы становятся водонепроницаемыми, а в других, наоборот, способствуют перетоку вод, в том числе и техногеннозагрязненных, с одного горизонта на другой. Возможность проявления и изучения подобных процессов исключительно важна для территории расположенного в непосредственной близости с г. Томском Сибирского химического комбината, где производится закачка жидких радиоактивных отходов в подземные горизонты.
Не менее важным моментом с целью предотвращения паники при землетрясениях является разъяснительная работа в вузах, школах, детских садах, на производстве и среди неработающего населения. Всем нам следует смириться с тем, что землетрясения были, периодически происходят в настоящее время и будут происходить в будущем. Это обстоятельство необходимо учитывать и, соответственно, постоянно быть готовыми к встрече с этим стихийным бедствием.