CC BY
56
ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОКРАТНОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ В РАЙОНЕ СЕВЕРО-МУЙСКОГО ТОННЕЛЯ ТРАССЫ БАМ
Вячеслав Георгиевич Колмогоров
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, кафедра геодезии СГГА, тел. (383) 344-36-60
В статье на примере линии многократного нивелирования в районе строящегося Северо-Муйского тоннеля трассы БАМ представлены результаты тектонофизический интерпретации разностей геодезических измерений.
Ключевые слова: геоструктурные элеметы, геокинематические параметры,
деформации, сейсмичность, сейсмотектоника, градиенты скоростей СВДЗП.
TECTONIC AND PHYSICAL INTERPRETATION OF NORTH MUYSKY TUNNEL (BAYKAL-AMUR RAILROAD) MULTIPLE LEVELING RESULTS
V.G. Kolmogorov
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, Ph.D., Prof., Department of Geodesy; phone (383) 344-36-60
The area around North Muysky tunnel (Baykal-Amur railroad) under construction is taken as an example of the multiple leveling line. The results of the tectonic and physical interpretation of geodetic measurements differences are presented.
Key words: geo-structural units, geo-kinematic parameters, deformations, seismicity, seismotectonic, speed gradients of modern vertical movements of the Earth's surface.
Основной целью тектонофизической интерпретации является выявление связи кинематических параметров, полученных при математической обработке повторных геодезических измерений, с геоструктурными элементами исследуемого района. В результате обработка результатов многократного нивелирования определяются такие геокинематические параметры как изменения высот реперов и их производные в пространстве (горизонтальные и вертикальные градиенты, характеризующие интенсивность и тип деформации земной поверхности) и времени (скорости современных вертикальных движений точек и деформаций земной поверхности, ее годографы) [1].
Северо-Муйская линия многократного нивелирования расположена в районе Северо-Муйского тоннеля трассы Байкало-Амурской магистрали (БАМ), расположенного между Верхнеангарской и Муйской впадинами в пределах Верхнеангарско-Муйской горной перемычки, основную площадь которой занимают структуры Северо-Муйского и Муяканского хребтов (рис. 1). Являясь частью Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) исследуемый район имеет присущие ей особенности: высокая сейсмичность блоковых структур, ярко выраженных в рельефе; границы блоков контролируются разломами различной протяженности
и глубины заложения; в отдельных блоках земной коры повышен тепловой поток и высока сейсмичность. Современная тектоника Верхнеангарско -Муйской перемычки определяется активностью крупных (генеральных) разломов. Непосредственно в зоне Северо-Муйского тоннеля наибольшую роль в осложнении инженерно-геологических и сейсмических условий играет Ковоктинско-Ангараканский и Перевальный разломы. Последний, проходящий в непосредственной близости к тоннелю, разграничивает два крупных блока: западный, осложненный мелкими впадинами и поднятиями, и восточный -монолитный и гипсометрически более поднятый по сравнению с западным. Многочисленные зоны дробления, термальная деятельность и проявление землетрясений свидетельствуют о современной активности разлома [2].
Рис. 1. Сейсмотектоническая ситуация в районе Северо-Муйского тоннеля трассы БАМа, где проложена линия повторного нивелирования
1 - эпицентры землетрясений 1976, 1977 гг., 2 - землетрясения 1978 г.; 3 - реперы повторного нивелирования; 4 - разломы (а) региональные, б) сейсмогенерирующие)
Для изучения современных вертикальных движений земной поверхнос-ти (СВДЗП) в районе строящегося Северо-Муйского тоннеля трассы БАМ использованы геодезические знаки, заложенные в 1974 г. геодезическим предприятием № 1 ГУГК при СМ СССР, которое выполнило два цикла нивелирования 2 класса (в 1974 и 1975 гг.). С 1978 по 1981 гг. повторные нивелировки ежегодно выполнялись автором, бывшим в то время сотрудни-ком ИГиГ СО АН СССР.
Разности измеренных в разное время превышений могут быть вызваны главным образом тремя факторами: 1) ошибками измерений,
2) нестабильностью реперов из-за влияния коротко- и длиннопериодических местных и внешних факторов, З) тектоническими (медленными) и сейсмическими (быстрыми) движениями земной поверхности. Вопрос о равноточности измерений, выполненных в разные годы разными исполнителями, решен использованием критерия Кохрана [3]. Оценка
достоверности полученных разностей превышений выполнена с использованием известного 1-критерия Стьюдента. В результате такого анализа получено: 1) сравнение дисперсий измеренных превышений показало, что все шесть нивелировок являются равноточными, а изменения превышений во времени являются в большинстве случаев существенными, значительно превышающих погрешности их измерений; 2) все рассматриваемые реперы изменили свое положение относительно начального (ск. рп 115), при этом отчетливо проявляется их колебательный характер.
По характеру смещения реперов выделены три блока земной коры, отличающиеся скоростью и направленностью вертикальных движений. Границами этих блоков являются зоны повышенных горизонтальных градиентов скоростей СВДЗП, соответствующие активным в кайнозое разломам.
Развитие деформационного процесса хорошо иллюстрируют графики вертикальных смещений реперов в пространстве и времени (рис. 2 и 3) из которых видно следующее.
Средняя часть Северо-Муйского хребта (рп 1266 - рп 48) в течение всего периода наблюдений ведет себя как стабильная шарнирная ось, относительно которой западная часть исследуемой трассы (Западный портал) опускается со средней скоростью около 2 мм/год, а восточная (Восточный портал) поднимается со средней скоростью 5-6 мм/год. Кроме того, отмечен пульсационный характер изменения наклона земной поверхности, направленного вкрест простирания Перевального разлома. Таким образом, наибольшей активностью отличается блок, расположенный восточнее Ковоктинско-Ангараканского разлома.
ЛН? мм 40 20 20 10 О
-10 -20
Рис. 2. Изменение в пространстве высот реперов Северо-Муйской линии
повторного нивелирования
Не вызывает сомнения и связь сейсмического эффекта с вертикальными подвижками реперов 136 и 2409, расположенных вблизи Восточного портала
(рис. 3), вокруг которого радиусом до 20-25 км зарегистрировано множество мелких (9<К<12) землетрясений. Из ретроспективного анализа геодезических и сейсмологических материалов можно заключить, что одной из главных причин локальной составляющей вертикальных движений в рифтовых структурах является накопление напряжений в ближайших очагах готовящихся землетрясений. Для прогноза времени и места проведения профилактических мер при эксплуатации тоннеля необходима информация о таких компонентах деформации земной поверхности, как её относительный прогиб f и кривизна к. Вычисленные их значения (рис. 4) в целом по профилю не превышают величин 240-6 и 0,4-10"12 и не представляют, на первый взгляд, непосредственной угрозы для целостности инженерного сооружения. Однако непосредственно в зонах разломов их значения могут быть на несколько порядков больше.
Рис. 3. Графики изменения высот во времени (а), накопленной \%ЕЕи ежегодно выделенной сейсмической энергии ^Еземлетрясениями, произошедшими в районе с Я < 50 км от Северо-Муйского тоннеля за период 1975-1981 гг. (б)
Рис. 4. Изменение во времени относительного прогиба f (а) и кривизны к (б) отдельных участков Северо-Муйской линии
К сожалению, из-за редкой сети нивелирования определить значения/и к на разломах не удалось. Для детального анализа деформационного состояния над зонами разломов необходимо сгущение реперов (до 5-10 реперов на 100 м профиля), особенно важны такие построения на разломах, разделяющих противоположно наклоняющиеся блоки. Именно здесь, в зонах перегиба, максимальные деформации сдвига в вертикальной плоскости могут вызвать критические напряжения в теле инженерного сооружения, способные привести к разрушению последнего.
Рис. 5. Годографы наклонов земной поверхности выделенных блоков Северо-
Муйской линии
Анализируя годографы изменения наклонов земной поверхности пяти блоков, на которых расположены реперы б/№, 116, 4190, 1266, 48, 2409, 136 (рис. 5), можно сделать вывод, что главные изменения наклонов блоков с реперами б/№, 116, 4199, 1266 направлены вкрест простирания Перевального разлома, а наибольшей активностью отличается блок с реперами 2409 и 136. Кроме того, четко выражен пульсирующий характер изменения наклонов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Колмогоров В.Г. Математическое описание параметров современных движений земной коры. - Вестник СГГА [Текст]. - Вып. 1 (12). Новосибирск: СГГА. - 2010, - с. 70-73.
2. Кочетков В.М. Сейсмическая ситуация Северомуйского района// Сейсмотектоника и сейсмичность района строительства БАМ. - М.: Наука, 1980. - С. 121 - 128.
3. Справочник геодезиста. Под ред. В.Д. Большакова и Г.И. Левчука. - М.: Недра, 1975. - 1055 с.
© В.Г. Колмогоров, 2012
