Движение литосферных плит и сейсмическая активность Тайваня

Обзор за 30 секунд

Тайвань находится на сходительной границе евразийской континентальной плиты и филиппинской морской плиты, интенсивное столкновение плит создаёт уникальную геологическую структуру Тайваня и частую сейсмическую активность. По всему острову проходят 36 активных разломов, среди которых западный сейсмический пояс имеет неглубокие очаги, но высокую плотность населения, а восточный сейсмический пояс — более глубокие очаги, но более частую активность.

Землетрясение 21 сентября 1999 года (магнитуда по Рихтеру 7,3) стало самым тяжёлым сейсмическим катаклизмом в современной истории Тайваня; обновлённая в 2021 году карта разломов Центра геологических изысканий является основным основанием для планирования защиты от бедствий. Плотность землетрясений на Тайване входит в мировые лидеры, остров также является важным полигоном для изучения тектоники плит.

Ключевые слова: сходимость плит, активные разломы, сейсмические пояса, разлом Челунпу, горообразование

Почему это важно

Геологическая история Тайваня

Само существование Тайваня — геологическое чудо. Ещё около 5 миллионов лет назад Тайвань был бездной, пока филиппинская морская плита, движущаяся на северо-запад, не столкнулась с евразийской континентальной плитой, постепенно поднимая остров над уровнем моря. Этот интенсивный геологический процесс продолжается до сих пор, что делает Тайвань одним из лучших в мире полигонов для изучения тектоники плит.

Столкновение плит происходит со скоростью 7–8 см в год, что обеспечивает постоянное поднятие поверхности Тайваня и делает землетрясения неизбежной судьбой этого острова.

Жизнь на динамической Земле

Для тайваньцев землетрясения — фон повседневной жизни. От сейсмостойкого проектирования в строительных нормах до повсеместного распространения образования в области защиты от бедствий, тайваньское общество разработало целую культуру сосуществования с землетрясениями. Понимание геологических особенностей Тайваня помогает в предотвращении и снижении последствий катаклизмов, а также углубляет наше знание этой земли.

После землетрясения 21 сентября 1999 года тайваньские строительные сейсмостойкие нормы были полностью пересмотрены, а система раннего предупреждения о землетрясениях постепенно стала одной из самых передовых в Азии.

Тектоника плит и геологический фон

Географическое положение между двумя плитами

Тайвань находится именно на одной из самых активных границ плит на Земле. С западной стороны — стабильная евразийская континентальная плита, с восточной — активная филиппинская морская плита. Эти две плиты сближаются со скоростью около 7–8 см в год, что сравнимо со скоростью роста ногтей, — кажущееся медленным, но обладающее огромной силой.

На северо-восточной акватории Тайваня филиппинская плита погружается под евразийскую, образуя Рюкюский жёлоб; на юго-восточной акватории — наоборот, евразийская плита погружается под филиппинскую, образуя Манильский жёлоб. Тайвань находится в зоне перехода между этими двумя противоположными направлениями погружения, что создаёт исключительно сложную геологическую структуру.

Процесс горообразования

Горные хребты Тайваня формируются в процессе, который продолжается до сих пор. Центральный хребет — самый прямой продукт столкновения плит, горы выше 3000 м в основном сосредоточены здесь. Горообразование на Тайване неравномерно: Центральный хребет и восточные районы ежегодно поднимаются на несколько миллиметров до почти одного сантиметра, тогда как западные районы относительно стабильны, а некоторые прибрежные участки даже оседают.

Эта «асимметричная подъёмность» объясняет, почему на востоке Тайваня много высоких гор и крутых хребтов, а на западе — равнины и холмы. Географический ландшафт Тайваня продолжает эволюционировать — Тайвань, который мы видим сейчас, и Тайвань миллион лет назад или через миллион лет будут выглядеть совершенно по-разному.

Распределение сейсмических поясов Тайваня

Западный сейсмический пояс: неглубокая угроза в густонаселённом регионе

Западный сейсмический пояс охватывает весь запад Тайваня, от Тайбэйского бассейна до Пиньтунской равнины. У этого пояса несколько особенностей:

Неглубокие очаги: Большинство землетрясений имеют глубину очага 10–20 км, что относится к разломной активности внутри земной коры. Неглубокие землетрясения, хоть и не всегда имеют большую магнитуду, из-за близости к поверхности часто вызывают сильные толчки и более тяжёлые разрушения.

Сложная система разломов: В западном сейсмическом поясе проходят многочисленные активные разломы, включая разлом Челунпу, Чжанхуа, Синьчэн и др. Большинство из них — обратные разломы, отражающие среду восточно-западного сжатия.

Огромная угроза для населения: Поскольку около 80 % населения Тайваня проживает на западе, любое крупное землетрясение в западном сейсмическом поясе может привести к тяжёлым человеческим жертвам и экономическим убыткам. Землетрясение 21 сентября 1999 года — самый яркий пример.

Восточный сейсмический пояс: частые толчки глубокого погружения

Восточный сейсмический пояс расположен преимущественно на акватории восточного Тайваня и на суше, его свойства кардинально отличаются от западного:

Большая вариативность глубины очагов: От неглубоких землетрясений в несколько километров до глубоких на 300 км, образуя к западу наклоняющийся сейсмический пояс — именно это доказывает погружение филиппинской плиты.

Экстремально высокая частота землетрясений: Частота землетрясений на востоке намного выше, чем на западе, почти каждый день происходят землетрясения разной величины. Однако из-за меньшей плотности населения ущерб обычно невелик.

Риск цунами: Крупные землетрясения на восточной акватории могут вызвать цунами, угрожающие восточному побережью. Землетрясение в Чжишан 18 сентября 2022 года — типичный пример активности восточного сейсмического пояса.

Северо-восточный сейсмический пояс: симфония вулканов и землетрясений

Северо-восточный район Тайваня, включая большой Тайбэй, находится под влиянием расширения Окинавского жёлоба и вулканической активности, формируя уникальную сейсмическую среду. Вулканическая группа Татунь, хоть и находится в спящем состоянии, всё ещё демонстрирует слабую сейсмическую активность, напоминая о потенциальной вулканической угрозе на севере Тайваня.

Распределение и свойства активных разломов

Текущее состояние активных разломов

На данный момент на Тайване подтверждено 36 активных разломов (по последней версии Центра геологических изысканий и управления горным делом Министерства экономики за 2021 год¹), основные из них — разлом Милюнь, Чжишан, Челунпу и др. Старая система градации активности отменена и заменена механизмом демаркации геологически чувствительных зон. Потенциальная угроза землетрясений различается для разных разломов и является ключевым основанием для планирования защиты от бедствий.

Строительные ограничения в зонах разломов

Для снижения сейсмического риска государство вводит строгую регуляцию землепользования в отношении активных разломов. В пределах 15 метров с каждой стороны линии выхода разлома на поверхность (т. е. «зона разлома») на государственных землях стройка полностью запрещена, на частных — допускается строительство зданий не выше двух этажей и 7 метров. Несмотря на ограничения для развития земель, это правило имеет важное значение для защиты жизни людей.

Урок разлома Челунпу

Разлом Челунпу был главной разломной линией землетрясения 21 сентября 1999 года, его длина — около 105 км, во время землетрясения произошло максимальное вертикальное смещение 8 метров, напрямую вызвавшее разрыв земной поверхности и обрушение зданий. Послеземлетрясные исследования выявили, что наиболее тяжёлые разрушения зданий наблюдались в пределах 200 метров над висячим блоком и 100 метров под низлежащим блоком разлома, это открытие напрямую повлияло на последующую ревизию строительных норм.

Крупнейшие современные землетрясения

Землетрясение в Цзицзи 21 сентября 1999 года (1999/9/21)

21 сентября 1999 года в 1:47 у города Цзицзи уезда Наньтоу произошло землетрясение магнитудой 7,3 по Рихтеру, максимальная интенсивность — 7 баллов. В результате погибли 2415 человек, 11305 получили ранения, более 100 тысяч зданий полностью или частично обрушились, прямые экономические потери оцениваются свыше 300 млрд нтайв. (Землетрясение в Синьчжу–Тайчжун 1935 года с 3276 погибшими остаётся самым жертвоприносящим за 20 век). Разрыв земной поверхности вдоль разлома Челунпу простирался на около 105 км, в отдельных точках вертикальное смещение достигало 8 метров. Землетрясение 21 сентября вынудило Тайвань полностью пересмотреть строительные сейсмостойкие нормы и кардинально усилить научные исследования в области инженерии землетрясений, заложив основу современной тайваньской системы сейсмозащиты.²

Землетрясение в Хualeнь 3 апреля 2024 года (2024/4/3)

3 апреля 2024 года в 7:58 у восточного побережья Тайваня (акватория Хualeнь) произошло землетрясение M_L 7,2 (локальная магнитуда) / M_w 7,4 (моментная магнитуда) — крупнейшее с 1999 года. Погибли 18 человек, 1155 получили ранения, в Хualeнь несколько многоэтажных зданий сильно наклонились. На тропе Сякаданг землетрясение спровоцировало крупные оползни и обвалы, завалявшие нескольких туристов, поисково-спасательная операция длилась несколько дней. Первое сообщение системы раннего предупреждения оценило магнитуду в 6,2, прогнозируемая интенсивность в Тайбэе и Новый Тайбэй не достигла порога 4 баллов, поэтому тревога не была объявлена — это стало важным случаем для постфактумного анализа системы предупреждения.³⁴

Сейсмический мониторинг и системы раннего предупреждения

Плотная сеть мониторинга

Тайвань создал одну из самых плотных в мире сетей сейсмического мониторинга. Мгновенная сеть наблюдения за землетрясениями Центра сообщения о землетрясениях Центрального метеорологического управления (ныне — Метеорологическое управление) от 71 станции при основании в 1989 году расширилась до более 170 мгновенных станций наблюдения после запуска новой генерации сети в 2012 году³, в среднем одна станция на 200 км². Эта плотная сеть способна определить положение эпицентра и магнитуду за 20–30 секунд после землетрясения.

Система раннего предупреждения о землетрясениях

Система раннего предупреждения о землетрясениях (EEW) Тайваня — одна из самых передовых в Азии. При сильном землетрясении система может выдать сигнал за несколько секунд до десятков секунд до прибытия сейсмических волн, выигрывая драгоценное время для эвакуации. Хоть время предупреждения и ограничено, для высокоскоростных поездов, точного промышленного оборудования и др. оно имеет критическое значение для защиты от бедствий.

Сервис мгновенного оповещения о сильных землетрясениях

Запущенный в 2016 году сервис мгновенного оповещения о сильных землетрясениях через телевидение, радио, пуш-уведомления в телефонах и другие каналы автоматически распространяет тревогу при прогнозируемой интенсивности 4 балла и выше. Тайвань стал одной из первых стран, внедривших национальную систему раннего предупреждения о землетрясениях, и на азиатском пространстве относится к пионерам.

Землетрясения и тайваньское общество

Развитие сейсмостойких строительных технологий

Сейсмостойкие строительные технологии Тайваня накапливались и совершенствовались через серию сейсмических катаклизмов. От раннего статического сейсмостойкого проектирования до современных технологий изоляции и демпфирования, сейсмостойкость тайваньских зданий достигла мирового передового уровня. Настроенный массовый демпфер (TMD) в небоскрёбе Тайбэй 101 — известнейший пример применения технологии демпфирования.

Формирование сейсмической культуры

Отношение тайваньцев к землетрясениям — и осторожное, и спокойное. От учений по эвакуации при землетрясении с начальной школы, подготовки домашних аварийных наборов, до реакции «присесть, укрыться, держаться» во время землетрясения — всё это уже стало частью тайваньской культуры.

Фраза «тайваньцы не боятся землетрясений» не означает безразличия, а говорит о том, что тайваньцы научились сосуществовать с землетрясениями, уважая природу, но используя науку и технологии для снижения рисков.

Вклад в международные сейсмические исследования

Уникальная геологическая среда и богатые сейсмические данные Тайваня привлекают учёных-сейсмологов из многих стран для совместных исследований. Научные результаты Тайваня в области поведения разломов, раннего предупреждения и др. публикуются в международных журналах и имеют прямое прикладное значение для глобальной практики защиты от бедствий.

Вызовы, обращённые в будущее

Новые угрозы изменения климата

В последние годы учёные обнаружили, что изменение климата может влиять на сейсмическую активность. Усиление экстремальных осадков может менять подземное давление, что в свою очередь влияет на стабильность разломов. Тайвань должен включить эти новые факторы риска в планирование сейсмозащиты.

Двойное влияние урбанизации

Урбанизация Тайваня несёт двойной эффект: с одной стороны, сейсмостойкость современных зданий кардинально выросла; с другой — население и активы всё сильнее концентрируются, поэтому потенциальные убытки от крупного землетрясения тоже растут. Как найти баланс между развитием и безопасностью — долгосрочный вызов для Тайваня.

Возможности технологических инноваций

Искусственный интеллект, анализ больших данных, интернет вещей и другие новые технологии открывают новые перспективы для сейсмических исследований и защиты от бедствий. Тайвань исследует применение этих технологий для улучшения прогнозирования землетрясений и систем раннего предупреждения, делая работу по защите от бедствий более точной и эффективной.

Справочные материалы