CC BY
25
интегрированием сигнала н пределах такта с учетом полярное и строб-импульса проводизся итерирование сигнала в пределах таки без изменения знака во второй половине такта ilcf>exoa выходных сигналов кода Ма)1ЧСС|ср-11 через ноль в середине такта Приводит к гому. что выходные сигналы интегрирования без изменения знака существенно меньше выходных сигналов интегрирования с изменением шака (практически нулевые для непрерывных последонагельное »ей нулей и единиц и в 2 и более разз меньше для кодовых плр {Ol| и {10}). Если синхронизация нарушается (первым в фактическом такговом интервале идез импульс строба отрицательной полярности, г. е меандр стробирования смешается на пол такта). то знамения выходных сигналов интегрирования меняются на противоположные как по 1начениим. гак и по соотношению значении, что может использоваться для посюяниого контроля правильности автосинхронизации и для немедленного восстановления синхронизации и исправления кода при сбое синхронизации.
Метол автосинхронизации тактовой частоты приемника и передатчика при использовании достаточно узкополосного селективною фильтра выделения частоты 2t. обеспечивает надежную синхронизацию на уровне статистических шумов на выходе кабеля, мошниц 1ь которых может в несколько раз превышать среднюю мощность сигнала. Известные системы автосинхронизаинн в этих условиях полностью неработоспособны- Соответственно, интегрирование сигнала е пределах четко синхронизированных тактовых интервалов обеспечивает на высоком уровне шумов устойчивое декодирование сигналов Предельное значение уровня шумов может определяться по устойчивости работы системы контроля фазовой синхронизации приемника и передатчика (разноси, инторалов со сменой и без смены знака на второй гюлопине такта всегда должна икеть одну полярность).
Возможность уаерепного приема сш налов на высоком уровне шумов позволяет повысить тактовую частоту кодирооания при передаче сигналов минимум в 2 раза При совместном использовании с блоком коррекции формы сигналов ни выходе каротажного кабеля (2] тактовая частота кодирования можо быть увеличена в Э-4 раза
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
! Васильев Д.В. н др. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Радио и связь, 1У82. 528 с 2. Давыдов A.B., Мамлеев T.Ç. Частичная деконволюция импульсного отклика каротажного кабеля И Известия УГГГА Вып 15 Серия: Геология и геофизика 2002. С. 14У-155. 3 Смберт У.М. Цепи, сигналы, системы Часть 2 М.: Мир. 108S ЗЛО с I Мамлеев 'Г.С., Давыдои A.B. Импульсная пропускная способность каротажных кабелей • Известия УГГГА. Вып 15. Серия: Геология и геофизика. 2002. С. 155-166.
УДК 550.83г551.24
Г Г. Кпсснв, В.В. Филатов
КРАСНОУФИМСКИЙ РАЗЛОМ СТРОЕНИЕ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ДАННЫМ'
Идея о том, что история развития геологических объектов запечатлена в их строении является основой исторической геологин, ревизуется в природе в каждом конкретном случае по своему Изучая Верхнекамское месторождение калийных солей, мы пришли к выводу о тесной связ! .»гг. строения из рячокчныч масштабных уровнях с разломной тектоникой, представляющей собо; дискретную иерархическую систему, которая начинается с отдельных грещии и заканчиваете глубинными разломами. По современным представлениям, разлом любого раита - это объемна геологическое тело, внутреннее строение которого определяется механизмом ею образования историей последующего развития
В истории раззнтия не только Всрхнекамского месторождении, но и земной коры в предеза Среднего и Южного Урплп большую роль играл и продолжает играть Красиоуфимский глубинны
'Работа жаношено При финансовой поддержке ipaKi-i РФФИ, проект Sa #24>5-6423l.f
17Q
разлом. Вопросу внутреннего строения зтой структуры в той ее части, которая служит западной границей месторождения, и посвящена настоящая статья.
Полноценное изучение геологической структуры глубинного заложения невозможно без ее исследования геофизическими методами. Представление о строении глубинной части Красноуфимского разлома дают данные метода ГСЗ; се приповерхностная часть нами детально изучена по результатам площадных высокоточных гравимегровой и аэромагнитной съемок с использованием материалов бурения, результатов геоморфологических и других геофизических исследований.
Красноуфимский разлом (в дальнейшем К-разлом) на Среднем и Южном Урале контролирует по глубинным горизонтам западную грашщу Предуратьского краевого прогиба. Правда, некоторые исследователи (Чувашов и др., 1988), используя, главным образом, приповерхностные структурные и фациальные признаки, иначе определяют положение этой границы. К настоящему времени положение К-разлома установлено в разрезе не менее чем на шести широтных профилях ГСЗ и ряде сейсмических профилей. На рис. 1 показаны схематичные разрезы земной коры вдоль Красноуфимского (юг Соликамской впадины) и Свердловского (Юрюзано-Сылвснская впадина) профилей ГСЗ и Кажим-Соликамского сейсмического профиля.
К-разлом относится к системе нозднепротерозойских субмеридионатьных структур, образовавшихся в раннем рифее в области сочленения Русской платформы и Урата (<1]. Разлом закладыватся несогласно с простиранием древнейших субширотных структур карельской складчатости и контролировав заложение крупных рифейских авлакогенов [11]. По К-разлому происходили резкие ступенеобразные погружения поверхности дорифейского фундамента с образованием Вельского и Сосновского авлакогенов на территории нынешних Вельской и Юрюзано-Сыльвенской впадин современного Предуральского прогиба. Мощность осадков рифейского возраста достигает здесь 4-6 км и более. В районе Соликамской впадины дорифейский фундамент также опускался, но на значительно меньшую глубину, вероятно потому, что с запада в это время вторгатся Камский средний массив фундамента, отличавшийся повышенной устойчивостью к действию тектонических сил. Таким образом, как уже было отмечено, К-разлом определил плановое положение западной границы Предуральского прогиба. В послерифейское время также происходили сбросовые движения по К-разлому, но существенно меньшей амплитуды.
После рифея вплоть до верхнекаменноугольного времени земная кора восточной части Русской платформы, включая Предуральский прогиб, развивалась в платформенных условиях, но унаследованные движения блоков фундамента имели место, оказывая влияние на формирование патеозойскнх отложений или в виде образования приразломиых локатьных структур, или в виде речкой смены фациального состава осялков. или изменения мощности отдельны»: горизонтов. Подобные структурные и фациатьные изменения установлены в девонских и каменноугольных отложениях в Пермском Приуралье вдоль К-разлома [11].
В нижнепермское время в Предуратьском прогибе возобновились движения блоков сбросового характера. Они привели к наклону всего Соликамского блока земной коры на восток [3]. Антитетический характер этих движений свидетельствует, по-видимому, о том, что они происходили в условиях горизонтального сжатия. По сейсмическим данным внутри осадочного чехла в зоне К-разлома на фоне флексурной складки >становлено три разрывных нарушения; ширина зоны К-разлома и по поверхностным, и по глубинЕным горизонтам составляет около 8-12 км.
Альпийский цикл тектогенеза характерен для земной коры Урало-Поволжья эпейрогеничсскими движениями наряду с блоковыми смещениями, которые происходили как по уже существовавшим разломам, так и по вновь образованным.
В Предуральском прогибе тектоническая активизация способствовав формированию соляных структур. Ярким примером проявления соляной тектоники служит Красновишерский вал по кровле солей, расположенный в зоне К-разлома. Возраст вата мы считаем раннемезозойским.
В поле силы тяжести К-разлом картируется аномалией горизонтального градиента. Эта аномалия широка в плане, и по ней сложно установить границы разломной зоны. Более уверенно их положение устанавливается по положению локальных гравитационных и магнитных аномалий, отражающих строение рахтомной зоны.
— Я/7—4»-ПП-Л/Г—
Рис. 1. Фрагменты схематических разрезов земной коры:
А, Б - разрезы по Красноуральскому (А) и Свердловскому (Б) профилям ГСЗ (по В С. Дружинину и др); В - разрез по сейсмическому профилю Кажим - Соликамск, РП - Русская платформа; ПП - Предуральский прогиб, ЗУС - Западн> Уральская зона складчатости; I - осевые линии глубинных разломов; 2 - зона Красноуфимского глубинного разлома, 3 -границы раздела в земной коре (Ф - поверхность фундамента, М - поверхность Мохо); 4 - отражающие граннць: ; осадочном чехле; 5 - зоны тектонических нарушений; 6 - возрастные индексы
Н, км
На карте магнитного поля (рис. 2, а) хорошо видна узкая линейная аномалия пониженных значений Л Г; амплитуда аномалий около 30 нТл, се плановое положение соответствует осевой линии зоны К-разлома и Красновишерского вала. Ширина вала у его основания не более 5 км. амплитуда составляет в среднем 200-250 м [6]; вершина вала залегает на глубине 100-300 м, считая от дневной поверхности. Количественный анализ магнитной аномалии дает основание утверждать, что она обусловлена немагнитными соляными породами, залегающими среди более магнитных терригенных пород шешмннского возраста. Вал, по нашему мнению, образовался в результате движения блоков вдоль К-разлома в послепсрмское время. Известно, что под действием давления более плотных пород, перекрывающих соль, последняя гереходит в неустойчивое в динамическом отношении состояние и стремится переместиться вверх по разрезу [10]. При активизации К-разлома соль и перекрывающая ее толща испытыватн давление снизу наподобие штамповых [2]. В результате происходила деформация перекрывающей толщи, ее разуплотнение и пластическое внедрение в нее соли.
Параллельно К-разлому и на некотором удалении от него в магнитном поле картируется несколько линейных незначительных по интенсивности аноматий (см. рис. 2, а), источниками которых служат трещинные струкгуры (рис. 2, б), являющиеся элементами структурного парагенезиса зоны динамического ипияни« К-разлома. Положение этих элсме1Гтов для модели сброса показано на рис. 3, а.
Еще большее своеобразие имеет гравитационное поле в зоне К-разлома: вдоль его оси установлена цепочка отрицательных лекальных аноматий, совпадающих в плане с линейной магнитной аномалией; локальные аномалии имеют эллиптическую форму, а их длинные оси ориентированы по простиранию разлома. Геологическая природа этих аномалий бурением установлена однозначно - они обусловлены брахиантиклннатьными складками по кровле солей и по отношению к соляному валу являются структурами более высокого порядка, осложняя его форму. Последнее обстоятельство усиливает вывод о генетической связи соляных структур с тектоническими процессами, протекавшими и протекающими в зоне К-разлома. Предположение о современной активности разлома основывается на морфомстрнчсских данных: осевая линия разломной зоны совпадает в плане с границей морфоструктуры 1 порядка (Введенская. 1969), с неотектоннческими нарушениями (Сигов, 1969) и с характерными особенностями речной сети.
В кинематическом отношении К-разлом на всех этапах тектогенсза развивался как сброс. Но анализ результатов детальной гравиметрической съемки показывает, что вдоль разломной зоны происходили не только субвертнкапьные, но и горизонтальные движения блоков. Об этом свидетельствует, во-первых, наличие в разломной зоне кулисообразной системы локальных отрицательных аномалий силы тяжести, источниками когорых являются разрывные структуры (см. рис. 2. б), и, во-вторых, такая же кулисообразная система морфоструктур. Обе системы аномалий (гравитационных и топографических) однозначно указывают на то, что в новейшее время произошла смена кинематического типа К-разлома со сброса на правосторонний горизонтальный сдвиг (рис. 3, б). Такая кинематика характерна для многих субмеридиональных разломов в Соликамской впадине [5]. Полоса, образованная системой кулисных аномалий, имеющая ширину около 4-5 км, вероятно, может быть отождествлена с наиболее деструктивной частью области динамического влияния К-разлома.
В связи со сменой кинематики К-разлома в новейшее время следует обратить внимание еще на один факт: на всем протяжении К-разлома наиболее активным в сейсмическом отношении является тол его фрагме1гт, который граничит с Соликамской впадиной (Кассин, Филатов, 2002). Это неслучайное совпадение. Очаги землетрясений, согласно теории упругой отдачи, формируются в зонах разломов - сдвигов.
Соляные брахиантиклинали и локальные грав|ггацнонные аномалии располагаются в зоне К-разлома в пределах Соликамской впадины приблизительно на одинаковом расстоянии друг от друга; расстояния между их центрами составляют: 6,2 - 6,0 - 4,1 - 6, 2 - 5,3 - 6,9 - 5,4 км, в среднем около 5,8 км. Аналогичная квазипериодичность в пространственном положении локальных соляных структур установлена также в зоне К-разлома, но только в Южном Приуралье. Здесь среднее расстояние между 23 соляными структурами составляет 5,1 км. Нам представляется, что отмеченная закономерность обусловлена тем. что соляные структуры в разломной зоне образовались в результате какого-то волнового процесса.
И г
у 5
Рис. 2. Фрагмент карты изодинам ДТ (А) (по A.B. Чурсину) и схема элементов тектоники зоны Красноуфимского разлома (Б):
1 - изодинамы (оцифрованы в сотнях нТл); 2 - границы зон Красноуфимского (К) и Дуринского (Д) разломов: 3 -контуры локальных гравитационных аномалий, обусловлены брахиантиклиналями по кровле осей (по Л.Д. Нояксовой); 4 -осевая линия линейной магнитной аномалии, обусловленной Красновишерским соляным валом; 5 - оси локальных трещинных зон и разрывных структур, установленных по геофизическим и геоморфологическим данным (по Г Г. Кассину и Р.Г. Валееву); 6 - положение скважин и их номера
Соликамск
Рис. 3. Схемы строения разломиых зон:
Л сброс (по У М ЛобацкоЛ) а - шиш.б- тмсневис онотносш psipueoa эдоли проспфания iwu.'iowiion юны; Ь •<кжшгьниП 1ЛИИГ (ИР Н С Буртман и др ) t структуры р»ем*«Ж«. 2 струтры гжатия. J шиш« npwwpww« рал. I - i-рвнилм ед»«ювоВ зоны, 5 - нанрзачеяия сдоига
Явление постоянного возникновения и распространения в литосфере тектонических или формаинонных волн различной частоты и скорости было установлено еще и позапрошлом веке,
175
Это постоянство движений колебательного типа (курсив наш) М.А. Садовский (9J считал вторым по важности свойством земной коры после ее дискретности По мнению А.В Николаева < 1994), фундаментальными является такое свойство земной коры, как ее высокая виброчувствитетьность к слабым сейсмическим воздействиям «Это свойство, - пишет он, - присуще и самой верхней части земной коры, осадочной толще, где оно выявляется как сейсмоэмиссионньгй отклик на воздействие сейсмического вибратора или удаленного сильного землетрясения». Ю А Косыгин и др. (19ЯЯ) указывают, что источником тектонических волн служит поете я иная пульсация Земли, зависящая от силы тяжести, теплового режима, космического влияния и лруi их факторов, и что для описания наблюдаемой ритмичности тектонических движений можно использовать математический аппарат волновой механики.
Взаимодействие деформационных волн с геологическими объектами, характеризующимися частотами собственных колебаний, может приводить при определенных условиях к возникновению резонанса, автоколебательных систем |7|, стоячих волн и как следствие - к концентрации упругой энергии в локальных участках геологической среды. Наиболее интересными объектами н этом отношении являются разломы, особенно глубинные. Результаты теоретических расчетов показывают, что зоны разломов можно рассматривать ках волноводы, в которых формируются стоячие волны |8] Эти волны образуются как под действием внутренних, гак и внешних но шшниению разлом ни и юны силовых источников \I |.
Переходя к характеристике К-разлОма, можно высказать следующие предположения о его модели. В геометрическом отношении образом этого разлома следует считать пласт, крутопалаюший на восток; его дли На по простиранию около 1000 км. по поденно не менее 50 км. т с. он пронизывает земную кору, а ширина в поперечном направлении около 15 км Породы, слагающие разломиую зону, имеют пониженные платность и скорости распространения упругих волн благодаря их относительно повышенной раздробленноети. Под воздействием внешних ¿ внутренних силовых источников в разломной зоне мшу г генерирова ться монотипные волны, для которых боковые грани азаста при благоприятных условиях становятся отражающими границами и тогда при интерференции упругих ноли (также при благоприятных условиям образуются стоячие волны. На участках равноудаленных друг от друга пучностей будет происходип деформирование геологической среды, ее разрушение с образованием соответствующих структур В зоне К-разлома »то соляные структуры. Крисновишерский вал и осложняющие его брачиагпнклинлли. Вероятно, вал образовался на участке пучности длиннопернодной волны, а брахиантиклин&ш короткоиериодной. Первой сформировалась длиннопернодная стоячая волна, второй по времени - короткоиериодиая Современный динамический режим земной корта в районе Верхнекамского месторождения таков, что стоячие волны здесь могут образовываться как под действием внешних, так и внутренних СИЛОЬЫЧ источников. Блок, в котором находится месторождение, двигается, погружаясь с максимальной в Приуральс скоростью С мм/год, а в зонах бнутриблоковых рагломов,н. как было огмечено выше, в зоне К-разлома находятся очаги землетрясений.
Важными свойствами i дубинных разломов являются их фрагментарность, относительная обособленность фрагментов, смена кинематического режима движения в процессе развития, связь внутреннего строения с кинематикой и до. Установление любого из этих свойств представляет непростую задачу. Па примере Соликамского фрагмента К разлома мы показали, пожалуй, влерьые н отечественной практике, как можно решать некоторые из НИХ с помощью геофизических методов: тсктонофизический подход к анализу аномалий в гравитационном и магнитном нолях позволил установить внутреннее строение разломной зоны, обосновать ее кинематический режим на разных этапах геологической истории и высказать гипотезу о механизме формирования в ее пределах соляньгх структур.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I Амурский Г.И. Дистанционные методы изучения тектонической Трешиноватости пород нефтегазоносных территорий. М.; Недра, 164 с
2. Гзовскнй М.В. Моделирование тектонических поло* напряжений и разрывов Н Изв. АН СССР, сер Геофиз. 1974. ife 6 С. 527-545.
3 Касснп Г.Г., Маловичко А.К., Новоселиикий В.М. и др. Гравитационная модель земной коры северо-восточной части Волго-Уральской нефтегазоносной провинции / Гравитационная' модель земной коры и верхней мантии Земли. Киев: Пауковз думка, 1979 С. 168-175
176
4. Кассии Г.Г., Шершней К.С. Разломы Среднего Приуралья // Разломы земной коры Урала ггтоды их изучения. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1983. С. 84-88.
5. Кассии Г.Г., Филатов В.В. К проблеме геодинамического районирования территори Вгрхнекамского месторождения калийных и калнйно-магниевых солей // Изв. УГТГА. Выи. V. Серия: Геология и геофизика. 2001. С. 186-191.
6. Кудрншов А.И. Верхнекамское месторождение солей. Пермь: ГИ УрО РАН. 2001. 429 с.
7. Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1992
:8"с.
8. Николаевский В.Н., Рам азов Т.К. Генерация и распространение тектонических волн вдол глубинных разломов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1986. № 8. С. 3-13.
9. Садовский М.А. Автомодельность геодинамических процессов // Вестник АН СССР. 1986 >Й 8. С. 3-12.
10. Шейдеггер А. Основы геодинамики. М.: Недра, 1973. 384 с.
11. Ярош А.Я. Строение кристаллического фундамента востока Русской платформы и миогеосинклинальной области Урала: Дис.... д-ра геол.-мин. наук. Свердловск, 1968. 433 с.
УДК 553.94
С.М. Крылатков, H.A. Крылаткова, О.Б. Нешсгкнн
ИССЛЕДОВАНИЕ КАРСТООПАСНЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОМОЩЬЮ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
Карстовые процессы достаточно широко распространены на территории России. Важной жатяется задача изучения карста в тех районах, где инженерные сооружения находятся в пределах закарстованных зон. Особую остроту проблема изучения и мониторинга карстовых явлений приобретает для участков железных дорог, как правило, расположенных в благоприятных для развития карста условиях: в долинах рек, межгорьях и т. п. Несмотря на имеющиеся технические решения по обеспечению устойчивости оснований этих сооружений, большие динамические нагрузки, вызываемые движением железнодорожных составов, приводят к значительным изменениям з г рунтах, подверженных карстовым процессам. В результате техногенного воздействия на грунтовое основание скорость и объемы карстовых процессов увеличиваются, что приводит к ухудшению условий эксплуатации железных дорог и как следствие - к их аварийному состоянию.
К настоящему времени накоплен немалый опыт применения наземной сейсморазведки при исследовании карста [1]. Инженерно-сейсмические исследования карстовых участков могут базироваться на том, что имеющиеся различия физических параметров горных пород в областях развития карста создают благоприятные предпосылки для применения наземной сейсморазведки. Сейсморазведка может успешно использоваться при определении мощности и состава рыхлых отложений, глубины залегания УГВ, картирования верхней границы карстующейся толщи и обнаружения в ней карстовых полостей. Для решения этих задач изучаются такие характеристики волнового ноля и упругие параметры массива горных пород, как: тип и количество выделяемых сейсмических волн; форма годографов воли; скорости распространения упругих волн; амплитуды сейсмических волн; спектральный состав колебаний; характеристики затухания упругих еоян.
Традиционно при исследованиях карста наиболее информативными считаются сейсмический, гравиметрический и электрический методы. Важной особенностью сейсмического метода, в отличие от других геофизических методов, является возможность регистрации в рамках одного физического наблюдения (одной многоканальной сейсмограммы) нескольких типов волн - продольных, поперечных, обменных, поверхностных. При этом можно изучать и кинематические (время, скорость), и динамические (амплитуда, частота) характеристики этих волн. Скоростные и динамические характеристики волн позволяют определить состав горных пород. Многообразие траекторий распространения различных сейсмических волн (прямые, отраженные, рефрагированные, головные, дифрагированные и т. д.) позволяет определять положение сейсмических границ в сложно построенной среде в плане и по глубине. Использование в рамках одной методики нескольких типов волн ставит инженерную сейсморазведку в особое положение. Она является комплексом различных
