Теоретические модели любых явлений имеют основным отличием от эмпирических моделей то, что они не просто увязывают совокупность наблюдаемых реперных фактов, как это делают последние, а формулируют совокупность законов, частными проявлениями которых являются наблюдаемые факты. Это различие, не всегда отчетливо осознаваемое исследователями, является фундаментальным. Эмпирические модели не могут быть ни подтверждены, ни опровергнуты. Они не обладают предсказательной силой и заменяются новыми при появлении существенных массивов новых реперных фактов, идущих вразрез с существующей теорией. Теоретические модели, напротив, обладают широкими предсказательными возможностями. Они позволяют генерировать новые реперные факты - т.е. описывать особенности отдельных явлений до того как они будут реально выявлены. Это позволяет проверять теоретические модели "на прочность". Процедура эта носит название "фальсификации" и связана с тем, что если вновь выявленные факты совпадают со сделанными в рамках теоретической модели прогнозами, это не служит окончательным подтверждение (верификацией) использованной модели. Но, напротив, резкое (выходящее за рамки простой погрешности наблюдения) расхождение однозначного прогноза и реально наблюдаемых фактов служит приговором теоретической модели, окончательным и не подлежащим обжалованию. Иными словами: доказать правильность теоретической модели не представляется возможным, но опровергнуть ее (в случае ее полной ошибочности или просто ограниченности) можно вполне однозначно.
Относительно недавно нам удалось разработать теоретическую модель морфотектоники (новейшей тектоники, выраженной в геоморфологической структуре) Большого Алтая [1,2,3]. Это первая модель такого рода для этой обширной территории. Все предшествующие модели носили выраженный эмпирический характер и, соответственно, не предусматривали возможности прогноза. Одновременно это исключает и возможность их опровержения.
Рис. 1. Неотектоническая схема Большого Алтая
В общих чертах предложенная модель сводится к тому, что Алтай в новейшей структуре Центральной Азии представляет собой мобильную зону первого порядка, разделяющую Джунгарскую и Тувино-Монгольскую микроплиты и ограниченную с севера Западно-Сибирской микроплитой. Горообразование на территории Алтая носит транспрессионный характер и связано со сближением этих микроплит. Многочисленные факты свидетельствуют, что это сближение происходит с правым сдвигом и, соответственно, все основные новейшие разрывные структуры, простирание которых совпадает с общим простиранием мобильной зоны, также имеют сдвиговый характер. Поскольку одновременно происходит сокращение и утолщение земной коры в перпендикулярном простиранию направлении, в большинстве своем эти магистральные структуры имеют выраженную взбросовую составляющую, которая и обуславливает высотную дифференциацию блоков и формирование горного рельефа синхроного новейшей активизации.
Магистральные сдвиговые структуры оперяются локальными зонами растяжения. В связи с этим большинство блоков Алтая имеют ромбовидную в плане и клиновидную в разрезе форму. По линейным размерам и абсолютным высотам ограниченные кайнозойскими разломами блоки Алтая отчетливо разделяются на ряд групп, что связано с их позицией в морфотектонической структуре Алтая. Распределение неотектонических блоков по длине и ширине имеет два пика. Первый образует подавляющее большинство элементов, линейные размеры которых имеют нормальное распределение. Второй образован малочисленной группой аномально длинных и широких объектов. По нашему мнению, это области с не оформившейся еще блоковой структурой, недавно вовлекшиеся в воздымание. Расположены они на северо-западной и юго-западной окраинах Алтая. Распределение блоков по высоте образует три отчетливые ступени. Самая малочисленная имеет высоты в диапазоне 500-1500 м. Ее образуют вышеупомянутые элементы, имеющие необычно большие линейные размеры. Вторая и третья группа образованы элементами с высотами 1500-3000 м и 3000-4000м. Последняя группа является наиболее многочисленной. Абсолютные высоты блоков стандартной конфигурации (длина 50-175, ширина 25-50 км) никак не коррелируются с абсолютными высотами. Это связано, вероятно, с неодновременностью вовлечения блоков в поднятие. Отсутствие блоков с усредненными высотами более 4000 м говорит о наличии лимитирующего фактора. Можно предположить, что сжимающее усилие в регионе недостаточно для обеспечения "выдавливания" клиновидных в поперечном разрезе блоков определенных размеров и конфигурации на большую высоту.
По форме, размеру и характеру границ между блоками территория не вполне однородна. Это позволяет выделить в новейшей структуре территории фронтальную зону, зоны правого и левого фланга, и тыловую зону (рис. 1).
Фронтальная (Джунгарская) зона расположена на границе с Джунгарской микроплитой. Пространственно она совпадает с юго-западным макросклоном Монгольского Алтая, расположенным на территории Китая. Фронтальная зона образована всего несколькими крупными блоками. В кайнозойское время в пределах этой зоны была сформирована чешуйчатая структура за счет последовательного вовлечения в воздымание периферических частей пододвигающейся под Алтай Джунгарской микроплиты. Поперечное сечение макросклона хребта имеет ступенчатый профиль, где площадки ступеней образованы участками умеренно измененного доорогенного рельефа, а уступы соответствуют фронтальным частям взбросов и надвигов. Поскольку Джунгарская плита перемещается к северо-западу по отношению к Алтаю, там фиксируются и сдвиговые составляющие перемещений по основным разломам.
Тыловая (Монгольская) зона является областью ярко выраженных правосдвиговых перемещений. Именно в ее пределах сосредоточены основные амплитуды сдвиговых перемещений при "косой коллизии" Тувино-Монгольской и Джунгарской микроплит. Вертикальная дифференциация рельефа в ее пределах минимальна. Большая часть блоков имеет сходные абсолютные высоты и лишь несколько погружены за счет надвигания на них соседних блоков и образуют межгорные впадины. Территориально зона охватывает северо-восточный макросклон Монгольского и юго-восточную часть Русского Алтая. В пределах зоны земная кора раздроблена на многочисленные ромбовидные в плане блоки, ограниченные протяженными сдвиговыми зонами северо-западного простирания и локальными зонами растяжения северо-восточной и восточной ориентации. Расположенные между двумя соседними сдвиговыми зонами цепочки блоков образуют зоны линейного коробления. Зона образована при дроблении Тувинской и Монгольской микроплит. Судя по тому, что в пределах отделяющей ее от Хангайского поднятия Котловины Больших Озер происходит формирование цепочек хребтов, сходных по механизму орогенеза и морфологии с морфотектонтческими единицами зоны, происходит ее наращивание за счет дробления примыкающих к ней микроплит.
Правофланговая (Горноалтайская) зона включает в себя северную часть Русского Алтая. В ее пределах происходит поворот основных правосдвиговых зон Монгольского Алтая к западу. Это связано с близостью Западно-Сибирской плиты, которая не позволяет происходить сдвиговым перемещениям, и только незначительная часть горизонтальных амплитуд гасится за счет надвигания по "фасу Алтая" на Бийско-Барнаульскую впадину, а большая часть горизонтальной амплитуды перемещения компенсируется поворотом правофланговой зоны против часовой стрелки. При этом в загнутых к западу окончаниях сдвиговых зон преобладают уже взбросовые подвижки. Блоки в этой зоне имеют разнообразную в плане форму, а на границе с Западно-Сибирской плитой расположена зона перехода, представляющая собой крупные слабо раздробленные блоки, отделяющие зоны линейного коробления от прилегающих устойчивых блоков Сибири и Казахстана. В результате поворота сдвиговых структур, в пределах данной зоны, наряду со правосдвиговыми нарушениями, широко развиты области растяжения с которыми связаны сбросы и узкие грабены северного простирания, из которых наиболее известен грабен Телецкого озера.
Левофланговая (Гобиалтайская) зона включает в себя область левосторонних сдвиговых перемещений, территориально совпадающих с восточным окончанием Монгольского Алтая и Гобийским Алтаем. Левосторонние сдвиги этой зоны сложно взаимодействуют с правосторонне-сдвиговыми структурами, образующими морфотектоническую основу большей части Алтая в районе Барун-Хурайской впадины. Блоки этой зоны пространственно разобщены, имеют форму, абсолютные высоты и линейные размеры, сходные с таковыми у блоков тыловой зоны. Принципиальным отличием является противоположное движение по сдвиговым нарушениям. Рассматриваемая зона формируется в результате перемещения территории Гоби к востоку по отношению к Хангаю и образует область, самостоятельную в геодинамическом отношении по отношению к остальной части Алтая.
Большинство магистральных новейших правых сдвигов Алтая все еще слабо изучены геологическими методами. Их пространственное положение фиксируется нами по геоморфологическим критериям, а характер движения прогнозируется исходя из их позиции в структуре новейших нарушений территории. Таким образом, появление любых новых независимых данных о характере движений по новейшим разломам позволяет легко проверить, насколько хорошо работает предложенная нами модель. Сейсмическая активизация, произошедшая в южной части Горного Алтая осенью 2003 года [4,5] предоставляет для этого отличную возможность. Эпицентры землетрясений находятся в северной части выделяемой нами Тыловой (Монгольской) морфотектонической зоны, для которой характерна высокая сейсмичность. По инициативе Геофизической службы СО РАН буквально за год до сильных землетрясений в этом районе был развернут сейсмологический полигон, оснащенный сетью новейших сейсмостанций. Сразу после первых толчков сеть была оперативно расширена. В результате, в руках специалистов оказался уникальный по полноте материал, позволяющий с высокой точностью определять как пространственное положение, так и механизм сейсмических толчков [6].
Уже на начальном этапе обработки сейсмических данных было определено, что сейсмической активизации подверглась северо-восточная граница Северо-Чуйского блока, отделяющая его от Курайской впадины (рис 2). Исходя из нашей морфотектонической модели, эта граница имеет характер правого взбросо-сдвига с приподнятым юго-западным крылом. Главное событие произошло между Cеверо-Чуйским хребтом и Чаган-Узунским блоком. В первый день после начала активизации сейсмичность группировалась вокруг Чагун-Узунского блока [6]. Можно предположить, что в это время происходил проворот этого блока, зажатого между Cеверо-Чуйским и Курайским хребтом. Проворачиваясь, Чаган-Узунский блок одним краем надвигается на Курайскую впадину. На рис. 2. видно, что внутри Курайской впадины вдоль Чаган-Узунского блока образуется небольшая линейная структура.
Рис. 2. Карта эпицентров афтершоков Чуйского землетрясения 2003 года и фокальные механизмы отдельных толчков. Положение эпицентров определено с использованием скоростной модели по данным сейсмической томографии.
В последующие дни наибольшее количество толчков происходило вдоль Cеверо-Чуйского хребта. В этом месте работала протяженная линейная зона, причем вдоль нее не меняются фокальные механизмы. На северо-западном окончании зоны активизации проходит граница трех блоков и изгибается на север активизированный разлом, который проходит между Курайской впадиной и Северо-Чуйским блоком. В области изгиба зоны разлома начинает проявляться мелкая блоковая структура. Эта структура хорошо видна как в серии линейных структур образуемых эпицентрами афтершоков, так и в геоморфологическом строении, в котором выражена в виде небольшого изометричного приподнятого блока. Также наличие этой структуры подтверждается изменением фокальных механизмов. В этом месте направленное движение, которое имеет место в центральной части активизации, начинает ослабевать и переходит из горизонтального сдвига в серию сбросов и взбросов. Можно предположить, что изменение фокальных механизмов на противоположном, юго-восточном окончании зоны активизации, также свидетельствуют об ослабевании напряжений и проявлении мелкой блоковой структуры.
Определения большинства фокальных механизмов многочисленных очагов землетрясений подтверждают правосдвиговый характер смещений в ходе отдельных сейсмических событий. Более того, будучи спроецированы на разрез, они подтверждают падение сейсмогенерирующего разрыва на юго-восток, под хребет. Сбросовые и взбросовые фокальные механизмы определены только для землетрясений, происходивших на концах активизированного участка новейшего разлома, и связаны, по всей вероятности, со структурами оперения, характерными для окончаний сдвиговых зон.
Таким образом, новые независимые данные о характере движений по новейшим разломам подтвердили высокую прогностическую ценность сдвиговой модели морфотектоники Алтая. Результаты дальнейшей обработки сейсмологических данных позволят существенно углубить наше понимание особенностей движений по новейшим разломам и будут способствовать ее дальнейшей детализации.
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия отечественной науке, гранта РФФИ N 04-05-64788-а и гранта Президента Российской Федерации N МК-2596.2004.5