CC BY
43
УДК 528.389.551.242.5
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТРЕХКРАТНОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ ЮГО-ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Вячеслав Георгиевич Колмогоров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (913)941-78-90, e-mail: [email protected]
В статье представлен анализ результатов трехкратного нивелирования по сибирским линиям.
Ключевые слова: современное вертикальное движение земной поверхности, направление, интенсивность, скорость, платформа, геосинклинали, корреляционно-pегpессионный анализ, максимальная деформация.
ANALYSIS OF SOUTH-WEST SIBERIA TRIPLE LEVELING RESULTS
Vyacheslav G. Kolmogorov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof., Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (913)941-78-90, e-mail: [email protected]
Analysis of South-West Siberia triple leveling results is presented.
Key words: current vertical motion of the Earth surface, direction, intensity, velocity, platform, geosynclines, correlation-regression analysis, maximum strain.
Периодичность и механизм ритмичности современных вертикальных движений земной поверхности (СВДЗП) изучены недостаточно, главным образом, из-за отсутствия количественных данных многократного (хотя бы тройного) нивелирования протяженных линий в течение длительного периода. Периодичность pегиональных СВДЗП анализировалась в редких случаях по отдельным линиям, в основном, с использованием результатов нивелиpования1901-1920 гг., выполненного ГУГК не с целью изучения современных движений, а для решения других задач народного хозяйства. Поскольку анализ результатов многократного нивелирования любой протяженной трассы, пересекающей различные тектонические структуры, позволяет в какой-то мере прояснить вопрос о периодичности современных вертикальных движений, в статье представлены результаты тpехкpатного нивелирования трех сиб^ских линий: Омск-Ачинск, Ачинск - Абакан, Локоть -Алтайская - Новосибирск.
Как известно, [1-12] при вычислении скоростей СВДЗП (vh) ^инимается гипотеза о постоянстве направленности и интенсивности скорости движений между смежными моментами нивелирования. На этом основании полученное среднее значение скорости движений за интервал времени между нивелировками pассматpивается как ноpмиpованная величина, которая может быть исполь-
зована для сравнения перемещения отдельных точек земной поверхности за неодинаковые промежутки времени для всей трассы (или различных регионов).
Интервалы между первым и вторым, вторым и третьим нивелированиями вышеназванных линий почти одинаковы - 21 и 23 года. Возможны разные варианты проявления вертикальных движений за рассматриваемый период. Первый вариант - вертикальные движения в течение 45 лет были однонаправленны и равномерны, т.е. у12 = у23 = у13. Второй вариант - вертикальные движения в течение первой и второй эпох были разнонаправленными, но одинаковыми по интенсивности. В этом случае скорость равна разности скоростей у12 и у23. На графиках относительных скоростей СВДЗК, отражающих вертикальные подвижки различных крупных тектонических структур Сибири, оба случая имеют место.
Сопоставление результатов нивелирования линии Омск-Ачинск (1942, 1963, 1987 гг) показало, что для структур мезозойского комплекса ЗападноСибирской плиты для всех трех эпох характерны небольшие (1,0-1,5 мм/год), одинаковые по величине и знаку, отрицательные скорости вертикальных движений (рис. 1).
Рис. 1. Графики изменения скоростей СВДЗП:
а - по линии Омск-Новосибирск-Ачинск за 1942-1964 гг. (1), 1962-1986 гг. (2), 1942-1986 гг. (3); б, в - изменение высот во времени отдельных реперов
Значения скоростей современных вертикальных движений близкие к нулю в районе Убинского антиклинория, указывают на стремление последнего сохранить устойчивое положение на протяжении 45-летнего периода. Наибольшие амплитуды и скорости прогибания испытывают орогенные структуры герцинской Томь-Колыванской области - Новосибирский и Митрофановско-Буготакский
антиклинории, скорость прогибания которых существенно уменьшилась в течение 1964-1987 гг. В пределах этих антиклинориев геофизическими методами установлен избыток плотности в коре и высокое положение границы литосфера-астеносфера [13]. По-видимому, эти факторы обусловливают изостатиче-ское опускание всего блока литосферы и, как следствие этого, современное прогибание земной поверхности в течение периода 1942-1987 гг. со скоростью 3-4 мм/год [14].
Участок Юрга-Ачинск, пересекающий салаирскую систему Алтае-Саянской области и межвпадинную зону, отделяющую Тегульдетскую впадину на севере от Назаровской на юге, по данным нивелирования в течение этого времени испытывала опускание с постоянной скоростью 3-4 мм/год.
Линия Локоть-Алтайская-Новосибирск, пересекающая с юга на север Барнаульский устойчивый массив и мобильную зону сопряжения ЗападноСибирской плиты с Алтае-Саянской областью, отнивелирована в 1932-1933, 1955 и 1980 гг. Как видно из рис. 2, на фоне почти устойчивого положения Барнаульского массива Алейская и Барнаульская впадины в течение 50 лет сохраняют постоянную скорость своего прогибания, равную 3 мм/год. Относительно Барнаульского устойчивого массива Буготакско-Митро-фановский и Новосибирский антиклинории за период 1932-1955 гг. прогибались, затем, после смены знака движений, вернулись к своему первоначальному положению.
Рис. 2. Графики изменения скоростей СВДЗП по линии Локоть-Барнаул-Новогсибирск за 1932-1955 91), 1955-1980 (2), 1832-1980 (3) гг.; 4 - области позднегерцинской складчатости; 5 - области байкальской складчатости, переработанные герцинским тектоногенезом; 6 - область ссалаирской складчатости; 7 - доверительный интервал возможных погрешностей определения скоростей СВДЗП за период 1932-1955 гг.
Трасса Ачинск-Абакан протяженностью 400 км начинается в пределах Аргинского горста, пересекает Назаровскую впадину, проходит по структурам складчатого чехла Хакасского устойчивого массива и заканчивается в пределах западного борта Южно-Минусинской впадины (рис. 3). Эта линия отниве-лирована в 1931- 1932, 1950 и 1985-87 гг. Сравнение этих нивелировок позволило установить колебательный характер СВДЗП: если в первый период (1932-1950 гг ) прогибалась относительно г. Ачинска только Назаровская впадина, а остальные структуры воздымались, то во второй (1950-1986) уже вся территория испытывает опускание, но относительная скорость прогибания меньше скорости поднятия и за 54 года вся территория, за исключением Назаровской впадины, поднялась (рис. 3).
Рис. 3. Графики изменения амплитуд СВДЗП по линии Ачинск-Абакан:
а - по профилю за 1932-1950 (1), 1932-1986 (2), 1950-1986 гг. (3); б - изменение во времени высот отдельных реперов.
Как видно из приведенных графиков, скорости региональной составляющей СВД, порождаемых процессами, происходящими в нижней части коры, малы и по всему протяженному профилю, пересекающему Западную Сибирь, не превышают 1-2 мм/год. За 45-летний период эти движения не изменили ни направленности, ни темпа. Локальная же составляющая СВДЗК, являющаяся результатом коровых процессов, в некоторых районах меняла за этот период и направленность, и темп. Особенно ярко это проявилось в зоне сопряжения За-
падно-Сибирской плиты с Алтае-Саянской областью и Енисейским кряжем. Анализ результатов трехкратного нивелирования протяженных профилей на юге Сибири показал, что последний период (после 1950-1960 гг) развития многих структур характеризуется инверсией вертикальных движений или ослаблением тектонической активности.
Аналогичным образом проанализированы 32 линии повторного нивелирования, расположенные на территории Байкальской рифтовой зоны и Западного Забайкалья, 35 линий, пересекающих Западно-Сибирскую плиту и Алтае-Саянскую область [14, 15]. Анализ неуравненных скоростей СВДЗК по протяженным профилям позволил довольно уверенно разделить движения земной коры на первичные (региональные), обусловленные глубинными процессами, и вторичные (локальные), представляющие собой местную реакцию разных по механическим свойствам пород на сложные напряженные состояния, возникающие в земной коре при ее первичных движениях. Эти данные позволили сравнить темп и характер современного развития платформ, геосинклиналей и складчатых областей и сделать следующие выводы.
1. Характерные размеры областей вертикальных движений земной поверхности одного знака как в пределах платформ, так и орогенов Сибири образуют упорядоченную иерархическую систему. Совместное рассмотре-ние современных вертикальных движений со структурами складчатого фундамента и платформенного чехла показало, что дифференциация современных движений на локализованные зоны поднятий и опусканий обусловлена главным образом неоднородностью строения фундамента.
2. По данным повторного нивелирования не только выявлены неоднородности геологической среды, но и дана количественная оценка подвижек отдельных блоков земной коры или ее отдельных структур. Установлено соответствие положения прогибов и поднятий кровли фундамента и зон отрицательных и положительных значений скоростей СВДЗК. Это свидетельствует о том, что отрицательные структуры I порядка складчатых систем фундамента, например, Западно-Сибирской плиты, на современном этапе своего развития продолжают унаследовано прогибаться. На фоне этого регионального опускания структуры II и высших порядков опережают прогибание региональных структур.
3. Молодая Западно-Сибирская плита и древняя Сибирская платформа отличаются меньшей интенсивностью и контрастностью современных региональных движений, наличием обширных областей слабого опускания и поднятия от Байкальской рифтовой зоны, где региональные движения характеризуются высокой контрастностью и дифференцированностью, а значения их скоростей в несколько раз выше, чем на платформах. Однако скорость локальной составляющей современных вертикальных движений платформенных областей сопоставима со скоростями таких же движений в геосинклинальных регионах.
4. На основе корреляционно-регрессионного анализа разработана методика прогнозирования и картирования скоростей СВДЗК на территории, покрытые редкой сетью повторного нивелирования, что позволило впервые составить
карты, отражающие современную кинематику земной поверхности различных регионов Сибири.
Максимальные деформации земной поверхности наблюдаются в зоне сочленения Западно-Сибирской плиты и Сибирской платформы, прогибающихся примерно с одинаковой интенсивностью в северо-восточном и северо-западном направлениях соответственно. Объяснением этого явления могут служить пульсационное перемещение базальтовой магмы в зонах Вильменской, Кан-ско-Тасеевской впадины и Присаянского прогиба, с одной стороны, и высокий темп погружения Усть-Енисейского прогиба с возможным динамическим влиянием Худосейского грабен-рифта, с другой стороны [13].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Каленицкий А. И., Васильева Е. Е. Оценка площади физической поверхности участка на территории Алтайского края // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 68-73.
2. Каленицкий А. И., Ким Э. Л. О комплексной интерпретации данных геодинамиче-ско-гравиметрического мониторинга техногенной геодинамики на месторождениях нефти и газа // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 3-13.
3. Карпик А. П., Каленицкий А. И., Соловицкий А. Н. Новый этап развития геодезии -переход к изучению деформаций блоков земной коры в районах освоения угольных месторождений // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 3-9.
4. Лесных Н. Б., Мизин В. Е. О корреляциях функций случайных ошибок измерений // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 21-27.
5. Лесных Н. Б., Мизин В. Е. Разности повторных измерений как объекты статистического анализа // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 1 (21). - С. 27-30.
6. Лесных Н. Б., Мизин В. Е. Сравнительная характеристика результатов двух статистических методов анализ разностей повторных измерений // Вестник СГГА. - 2012. -Вып. 1 (17). - С. 46-51.
7. Современная геодинамика Дальнего Востока по результатам геофизических и геодинамических измерений / В. Ю. Тимофеев, Д. Г. Ардюков, В. М. Соловьев, С. В. Шибаев, А. Ф. Петров, П. Ю. Горнов, Н. В. Шестаков, Е. В. Бойко, А. В. Тимофеев // Вестник СГГА. -2012. - Вып. 3 (19). - С. 30-36.
8. Дорогова И. Е. Интерпретация наблюдений за движениями земной коры на техногенном полигоне // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1. - С. 203-207.
9. Дорогова И. Е., Дербенев К. В. Глобальные вихревые движения блоков земной поверхности // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 244-247.
10. Каленицкий А. И., Ким Э. Л., Середович В. А. Об особенностях мониторинга техногенной геодинамики в районах интенсивного извлечения нефти и газа // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Пленарное заседание : сб. материалов (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 223-230.
11. Колмогоров В. Г. Теоретические основы изучения современных деформаций земной поверхности // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 1, ч. 2. - С. 9-13.
12. Мазуров Б. Т., Дорогова И. Е., Дербенев К. В. Горизонтальные движения земной коры вращательного характера, наблюдаемые на геодинамических полигонах // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоин-
форматика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 239-243.
13. Трофимов В.Т. Основные закономерности строения Западно-Сибирской плиты // Природные условия Западной Сибири. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1980. - Вып. 7. -С. 13-36.
14. Колмогоров В.Г. Кинематика земной поверхности Западной Сибири по результатам инструментальных наблюдений // Геология и геофизика. - 1977. - Т.38, № 9. - С. 1538-1548.
15. Колмогоров В. Г. Современная геодинамика Сибири по результатам геодезических и геолого-геофизических исследований: монография. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 236 с.
© В. Г. Колмогоров, 2015
