CC BY
21
ОСЕТИНСКАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СПУТНИКОВАЯ СЕТЬ: СОЗДАНИЕ И ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
В.К. Милюков1,В.Н. Дробышев2, А.П. Миронов3, Г.М. Стеблов4, Х.М. Хубаев5
Аннотация. Осетинская часть Большого Кавказа, будучи одним из самых тектонически активных регионов Кавказа, до последнего времени не была охвачена высокоточными геодезическими измерениями, основанными на спутниковых методах. Начиная с 2010 г. авторами данной работы в этом регионе была создана сеть геодезических пунктов для проведения периодически-повторных измерений мобильной ЭРв-аппаратурой, а также установлены три стационарные ЭРЭ-станции. В работе приводятся методика обработки и результаты ЭРЭ-измерений 2010-2013 гг. Оценки скоростей горизонтальных смещений приведены в трех системах отсчета: в общеземной системе координат !ТРР2008, относительно неподвижной Евразии и в локальной системе отсчета, определенной стационарной станцией АНйЫ. Полученные результаты, помимо общего субмеридионального движения региона, связанного с конвергенцией Евразийской и Аравийской плит, выявили ряд тектонических особенностей, обусловленных, по-видимому, продолжающимися локальными процессами формирования тектонической структуры этого региона.
Ключевые слова: спутниковая геодезия, ЭРЭ-измерения, современные движения земной коры, региональные тектонические процессы.
удк 551.244
ВВЕДЕНИЕ
Большой Кавказ в целом и осетинский регион в частности - это сложный с точки зрения тектонической структуры регион, который рассматривается в рамках плейттектонической концепции как результат взаимодействия двух крупных ли-тосферных плит - Евразиатской и Аравийской. Считается, что сближение этих плит формирует современную геодинамику региона, которая характеризуется продолжающимся образованием складчато-надвиговой структуры, сложной системой разломов, вулканизмом, повышенной сейсмичностью, активными движениями земной коры. Вне зависимости от того или иного подхода к интерпретации тектонической структуры Большого Кавказа не вызывает сомнения то, что формирование этой структуры связано, в первую очередь, с напряжениями субгоризонтального сжатия, ориентированными в общем вкрест ее простирания. Изучение механизмов очагов землетрясений региона показывает, что и на современном этапе развития такие напряжения играют определяющую роль. Современные высокоточные геодезические GPS-измерения позволяют проверить эти представления и оценить их на количественной основе.
Система GPS является в настоящее время основным измерительным средством при решении самых разнообразных задач современной геодинамики на всех масштабных уровнях, на-
чиная с изучения деформаций в пределах отдельных горных сооружений и разломов и до глобальных перемещений литосферных плит. С середины 80-х годов в рамках ряда международных проектов такие работы проводятся в зоне взаимодействия Евразиатской, Аравийской и Африканской литосферных плит. Исследования затронули территории Греции, Турции, Египта, Ирана, Армении, Азербайджана и Грузии. Правительства этих государств, понимая важность проводимых исследований прежде всего для оценки рисков природных катастроф, уделяют огромное внимание развитию национальных сетей GPS-станций. В качестве примера можно привести Национальную фундаментальную GPS-сеть Турции (TUTGA), которая состоит из 600 станций.
В результате национальных и международных исследований, проводимых в зоне взаимодействия этих трех крупных литосферных образований, к настоящему времени получена детальная оценка компонентов горизонтальных скоростей тектонических движений по GPS-измерениям, выполняемым с 1988 г. по настоящее время [16]. Скорости определены на основании данных 440 GPS-станций (337 полевых пунктов повторно-периодических измерений и 103 постоянно действующие станции).
В 90-х годах система GPS стала применяться для изучения современной геодинамики Кав-
1 Милюков В.К. - д. ф.-м. н. МГУ им. М.В. Ломоносова, зав. лаб. Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга, (vmilyukov@yandex.ru).
2Дробышев В.Н. - сотрудник Владикавказского научного центра РАН и РСО-А.
3 Миронов А.П. - м. н. с. МГУ им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга,
4 Стеблов Г.М. - д. ф.-м. н.,. г. н. с. Института физики Земли им О.Ю. Шмидта, ст. н. с., зав. сектором геодинамического мониторинга ГС РАН, г. Обнинск.
5 Хубаев Х.М. - сотрудник Владикавказского научного центра РАН и РСО-А.
ТОМ 14
Рис. 1. Большой Кавказ и его осетинская часть (выделенный квадрат), являющаяся предметом исследования данной работы
казскои горной системы, а также возможных постсейсмических деформаций в эпицентральной зоне сильнейшего из инструментально зафиксированных на Кавказе Рачинского землетрясения (29.04.1991 г.). Первые GPS-измерения были проведены в 1991-1997 годах в рамках Российско-Американского соглашения о совместных исследованиях в области охраны окружающей среды (Проект IX - исследования по предсказанию землетрясений) [3; 6; 16; 17; 14]. Вторые - в период 1993-1994 годов в рамках международного проекта SELF (SEa Level Fluctuations) [Becker, 2002]. Была создана сеть из двух десятков пунктов на территориях Армении, Грузии и России. Целью этих работ была оценка поля деформаций существенной части Альпийско-Гималайского подвижного пояса протяженностью около 3 000 км.
До последнего времени осетинская часть Большого Кавказа (рис. 1), будучи одним из самых тектонически активных регионов Кавказа, не была охвачена геодезическими спутниковыми измерениями. Начиная с 2010 года, авторами данной работы в осетинском регионе проводятся GPS-измерения [2]. Данные наблюдения являются первыми на этой территории и должны дать важный вклад в понимание геодинамики региона.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ОСЕТИНСКОЙ ЧАСТИ БОЛЬШОГО КАВКАЗА
Традиционно Большой Кавказ делят по простиранию на Северо-Западный, Центральный, Восточный и Юго-Восточный. Осетинская часть располагается на восточном окончании Центрального Кавказа. По широте простирания она разделяется на зоны Главного хребта и Южного склона. Севернее располагается территория Предкавказья, а южнее - Закавказская межгорная депрессия.
43'30'
43'00'
42'30'
TSEY [3]^ZRMGHILK.
BUGT KRMD
42'00'
43*30'
44*00'
44'30'
45*00'
-у о ARDN" О HETG. л .__ к. ___
7 г' J 4
Рис. 2. Основные тектонические структуры и контактные зоны осетинской части Большого Кавказа и схема расположения 25 пунктов периодически-повторных мобильных GPS-измерений (названия пунктов приведены в таблице 1). Показаны также 3 стационарные GPS-станции региона (ARDN, VLKZ, LATZ) Условные обозначения: 1 - основные надвиги; 2 - прочие разрывные нарушения; 3 - стационарные GPS/ГЛОНАСС станции и их кодовые на-Целью данной работы является пред- звания; 4 - пункты мобильных GPS-измерений и их кодовые названия;
5 - условная граница срединной части Чиауро-Дибрарского синклино-рия; 6 - Главный Кавказский хребет.
Цифры в квадратных рамках - основные надвиги: Владикавказский (1), Бурон-Ларсский (2), Тибский (3), Орхевский (4).
А-В-С-D-E-F - основные элементы тектонической структуры региона (см. пояснения в тексте)
ставление результатов геодинамического мониторинга современных горизонтальных движений основных элементов тектонической структуры осетинской части Большого Кавказа.
ТОМ к
На региональном уровне в осетинской части Большого Кавказа и на прилегающих территориях, для удобства описания построенной геодезической сети и результатов измерений, мы выделяем с севера на юг следующие основные элементы тектонической структуры (рис. 2):
- Бесланская депрессия (А) Восточного Предкавказья, с мощными толщами кайнозойских, мезозойских и, вероятно, палеозойских отложений (между Владикавказским надвигом на юге и Сунженским антиклинорием на севере);
- Северный склон (В) зоны Главного хребта Большого Кавказа, в пределах которого распространены преимущественно юрские и, в меньшей степени, меловые отложения (между Владикавказским и Бурон-Ларсским надвигами);
- Фиагдонская антиклиналь (В1), южная часть Северного склона зоны Главного хребта с древними кристаллическими породами фундамента в ядре антиклинали;
- Полоса «основных сланцев» (С), мощнейшие толщи нижне- и среднеюрских отложений (между Бурон-Ларсским и Тибским надвигами);
- Чиауро-Дибрарский синклинорий (й). прогиб Южного склона, выполнен мощнейшей толщей флишоидных верхнеюрских и меловых отложений (между Тибским и Орхевским надвигами); отдельно рассматриваются северное и южное крылья синклинория;
- Грузинская глыба (Е), выступ древнего кристаллического фундамента, перекрытого относительно маломощными породами юрского и кайнозойского возраста (к югу от Орхевского надвига);
- Гагра-Джавская зона (Р), сложена мощными нижне- и среднеюрскими отложениями.
Осетинская часть Большого Кавказа характеризуется достаточно сложной складчато-надвиговой внутренней структурой [4; 5]. Юж-новергентные надвиги распространены на Северном склоне Большого Кавказа. Это Кар-цинский, Моравхохский, Кариухохский надвиги Скалистого хребта. Южновергентным является и Владикавказский надвиг в Черных горах. Надвиги (также южновергентные) Шаухохский, Адайком-Казбекский, Абайтикауский и некоторые другие выявлены в полосе «основных сланцев». К ряду южновергентных относится и Тибский надвиг. Кроме того, на границе зон Северного склона и «основных сланцев» проходит северовергент-ный Бурон-Ларсский надвиг. На границе зон Южного склона и Закавказской депрессии находится уже упоминавшийся южновергентный Орхевский надвиг.
Сложная геологическая структура района исследований, неравномерно распределенная сейсмичность позволяют говорить о его высокой современной геодинамической активности.
ОСЕТИНСКАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ
СТАНЦИЙ И ПУНКТОВ GPS-ИЗМЕРЕНИЙ
В 2010-2013 гг. были проведены четыре полевых кампании, в результате которых, в соответствии с тектоническим строением исследуемого региона была создана сеть, состоящая из 25 геодезических пунктов для проведения периодически-повторных измерений мобильной GPS-аппаратурой (полевых пунктов). В 2010 г. были созданы первые 8 пунктов, в 2011 г. - 6, в 2012 г. - 6 и в 2013 г. - 5 (рис. 2, табл. 1). Эта геодезическая сеть пересекает основные геологические структуры и контактные зоны осетинской части Большого Кавказа. С 2011 г. на исследуемой территории Осетии действуют стационарные GPS/GLONASS станции ARDN, LATZ и VLKZ Геофизической службы РАН.
Зональная привязка стационарных станций и полевых пунктов с севера на юг следующая (рис.2 и табл. 1).
Стационарные станции ARDN и VLKZ находятся в пределах Бесланской депрессии Предкавказья (зона А) в пос. Ардон и г. Владикавказ. Южнее, в долинах рек Фиагдон и Большая Ли-ахва, в пределах собственно Большого Кавказа располагается группа мобильных пунктов и одна стационарная станция. На Северном склоне зоны Главного хребта Большого Кавказа (зона В) это пункты KARZ, DGIS, KADT и станция LATZ. Пункты FGDN и TLAP установлены в ядре Фи-агдонской антиклинали (зона B1), ограниченной с юга Бурон-Ларсским надвигом. Далее к югу, в полосе «основных сланцев» (зона С) следуют пункты BUGT, HILK, ZAKK и ZRMG. В Чиауро-Дибрарском синклинории (зона D) расположена группа пунктов ROOK, EDIS, ERMN, DZMG, KSLT, MZGM, SLUR. В пределах Грузинской глыбы (зона E) расположены пункты HVCE, SATH, KEHV, HETG. Пункты KVYS и ERTS находятся в Гагра-Джавской зоне (F). Элементы тектонической структуры, на которых расположены пункты DIGR, TSEY и KRMD, на текущий момент не идентифицированы.
Группа из 15 мобильных пунктов - KARZ, DGIS, KADT, FGDN, TLAP, BUGT, HILK, ZAKK, ROOK, DZMG, KSLT, MZGM, HVCE, KEHV и HETG и двух стационарных станций ARDN и LATZ - формируют профиль, ориентированный с юго-юго-запада на северо-северо-восток. Данный профиль вдоль долин рек Большая Ли-ахва и Фиагдон пересекает приблизительно по линии HETG-ARDN Главный Кавказский хребет. Вкрест основному профилю созданы дополнительно два профиля. Первый состоит из 7 пунктов - KVYS, ERTS, HVCE, KEHV, MZGM, SATH, SLUR - и ориентирован вдоль Орхев-ского надвига. Второй ориентирован вдоль Тибского надвига и состоит из пунктов ZRMG, ZAKK и ROOK.
ТОМ 14
Таблица 1
Названия, координаты (в системе WGS84) полевых пунктов и стационарных станций (ARDN, VLKZ, LATZ) GPS-измерений в Осетии и даты проведения измерений
Зона Код Долгота, Широта, Высота, Измерительные кампании (год/месяц/день)
градусы градусы м 2010 2011 2012 2013
A ARDN 44.2910 43.1200 408 с 2011/11/20 по наст. время
VLKZ 43.0462 44.6777 706 с 2011/10/11 по наст. время
B KARZ 44.3654 42.9293 894 2012/11/08 -2012/11/13 2013/08/18 -2013/08/20
DGIS 44.3154 42.8810 1214 2013/08/25 -2013/08/28
KADT 44.2839 42.8337 1357 2013/08/25 -2013/08/29
LATZ 42.8266 44.2958 1273 с 2011/11/19 по наст. время
B1 FGDN 44.2370 42.8034 1483 2012/10/30 -2012/11/06 2013/08/29 -2013/09/02
TLAP 44.2360 42.7941 1571 2013/08/29 -2013/09/02
C BUGT 44.2250 42.7418 2072 2012/10/25 -2012/10/29 2013/10/31 -2013/11/03
HILK 44.1666 42.7043 2570 2012/10/25 -2012/10/30 2013/10/31 -2013/11/03
ZRMG 43.9736 42.7001 1771 2011/08/05 2012/11/28 -2012/12/02 2013/10/13 -2013/10/17
ZAKK 44.1155 42.6404 2155 2012/11/08 -2012/11/13 2013/06/10 -2013/06/13, 2013/10/25 -2013/10/31
D ROOK 44.1194 42.5965 2044 2010/06/25 2011/07/30 -2011/07/31 2012/10/02 -2012/10/05 2013/10/07 -2013/10/10
EDIS 44.2172 42.5366 1983 2011/08/02 2012/10/16 -2012/10/20 2013/10/03 -2013/10/07
DZMG 44.0938 42.5331 1452 2010/06/242010/06/25 2011/07/30 -2011/07/31 2012/10/02 -2012/10/04 2013/10/07 -2013/10/10
ERMN 44.2635 42.5076 2274 2011/08/01 2012/10/16 -2012/10/20 2013/10/03 -2013/10/07
KSLT 43.9255 42.4765 1632 2013/09/26 -2013/09/30
MZGM 44.0037 42.4249 1222 2010/06/262010/06/27 2011/07/28 -2011/07/29 2012/10/06 -2012/10/09 2013/09/30 -2013/10/03
SLUR 44.2078 42.2910 1274 2013/09/18 -2013/09/21
E HVCE 43.9445 42.4062 1115 2010/06/25 2011/07/31 -2011/08/01 2012/10/06 -2012/10/09 2013/09/30 -2013/10/02
KEHV 43.9368 42.3154 979 2010/06/252010/06/26 2011/07/31 2013/09/26 -2013/09/30
SATH 44.0698 42.2942 1043 2013/09/18 -2013/09/21
HETG 43.8965 42.2054 947 2010/06/26 2011/07/26 -2011/07/27 2012/09/23 -2012/09/28 2013/09/14 -2013/09/17
F KVYS 43.6446 42.5238 1365 2011/07/29 -2011/07/30 2012/09/28 -2012/10/01 2013/09/23 -2013/09/26
ERTS 43.7748 42.4608 1812 2011/07/29 -2011/07/30 2012/09/28 -2012/10/01 2013/09/23 -2013/09/25
DIGR 43.6217 42.9033 1761 2011/07/08 -2011/07/09 2012/09/09 -2012/09/13 2013/08/12 -2013/08/15, 2013-12-02 -2013-12-05
TSEY 43.9013 42.7880 1915 2010/04/07 -2010/04/18 2011/08/03 -2011/08/07 2012/02/27 -2012/02/29, 2012/11/28 -2012/12/02 2013/10/25 -2013/10/28
KRMD 44.4614 42.7424 2951 2010/09/262010/09/27 2011/09/04 -2011/09/08 2013/09/05 -2013/09/09
ТОМ к
6
устойчивое развитие
Техническую базу проведения полевых измерений составляют двухчастотные приемники Javad Lexon-GGD112T (L1/L2 GPS/GLONASS) с антеннами MarAnt+. Пункты сети оснащены геодезическими маркерами, вмурованными в скальную породу. Свободный конец маркера имеет резьбовое крепление, на которое через штатив устанавливается GPS-антенна, что позволяет проводить многократные измерения на пункте без предварительных юстировочных работ. Такая система закладки геодезических меток считается общепринятой для мобильной GPS-съемки в мировой практике. Геодезические маркеры изготовлены по образцам, используемым в европейских сетях GPS-наблюдений (рис. 3).
В основу оценки скоростей положен анализ временных рядов координат GPS пунктов и станций, вычисляемых из первичных данных, которые представляют собой наборы фазовых и кодовых измерений на двух частотах продолжительностью трое суток с интервалом регистрации 30 сек. Для обработки наблюдений на геодезических пунктах необходимо иметь отсчетную основу, состоящую из координат базовых (опорных) GPS-станций. В качестве опорных использовались 6 станций мировой сети IGS, расположенные на удалении до 2 000 км от исследуемого региона: ARTU (Арти, Урал), BUCU (Бухарест, Румыния), CRAO (Крым), MOBN (Обнинск, Московская обл.), TEHN (Тегеран, Иран) и ZECK (Зелен-чукская, Северный Кавказ). Выбранные опорные станции входят в реализацию международной общеземной отсчетной основы ITRF2008.
Обработка GPS-данных выполнялась программным пакетом GAMIT/GLOBK [8; 9; 12; 11; 13] на комплексе хранения и обработки астрономических данных ГАИШ МГУ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
По измерительным кампаниям 2010-2013 гг., оценки скоростей движений получены для 17 полевых пунктов и трех стационарных станций региона.
В общеземной системе координат ITRF2008 (рис. 4, табл. 2) горизонтальные движения пунктов Осетинской геодезической сети характеризуются устойчивой общей северо-восточной направленностью и большими (27-30 мм/год) скоростями смещений, что в целом совпадает с оценкой скоростей современных движений Северного Кавказа по наблюдениям на стационарных GPS-станциях Северо-Кавказского деформационного массива [15]. Быстрое смещение Северного Кавказа обусловлено общим тектоническим движением контактной зоны смежных Евразийской и Аравийской литосферных плит [10].
Величина и направление движений отдельных геодезических пунктов, в системе отсчета,
Рис. 3. Вверху - геодезический маркер с анкерным болтом, штатив для крепления антенны (вертикальный цилиндр) и защитный колпачок на резьбу маркера. Внизу - пример установки мобильной ОРв-антенны иДУАй на геодезический маркер на пункте ИУСБ
связанной с неподвижной Евразией, отображает особенности региональной кинематики (рис. 5, табл. 3). Полученные значения скоростей позволяют провести интерпретацию геодинамической обстановки региона. Можно отметить преобладание субмеридиональных, с той или иной степенью отклонения от меридиана, североориентированных СРБ-векторов смещений геодезических пунктов. Такая североориентированность по-видимому связана с сближением Аравийской и Евразийской литосферных плит, что происходит, как известно, в субмеридиональном направлении [14]. Это можно рассматривать как результат давления Аравийской литосферной плиты, северный дрейф которой считается причиной формирования тектонической структуры и
ТОМ 14
геодинами-
современной ки Кавказа.
В этом же субмеридиональном направлении, практически совпадая с направлением сближе -ния смежных литосфер-ных плит, ориентирован профиль геодезических пунктов НЕЮ - АКРЫ, пересекающий осетинскую часть Большого Кавказа вдоль рек Б. Ли-ахва - Фиагдон (азимут 21.640). Приблизительно также ориентированы и основные напряжения субгоризонтального сжатия, приводящие к современным перемещениям элементов этой структуры. В этой связи рассмотрим более детально смещения геодезических пунктов и стационарных станций в полосе профиля НЕЮ - АРРЫ в локальной системе отсчета.
В качестве опорной станции, определяющей локальную систему отсчета, разумно выбрать стационарную СРв-станцию АРРЫ. Она располагается в поселке Ардон в срединной части Бесланской депрессии Восточного Предкавказья. Судя по имеющимся данным [1; 4], эта часть депрессии характеризуется практически горизонтальным залеганием всех выполняющих депрессию слоистых осадочных отложений. Это дает основание считать эту ее часть практически неде-формированной и, следовательно, предположить отсутствие здесь каких-либо локальных смещений пункта или минимальную их величину.
На рис. 6 и в табл. 4 представлены продольные (азимут 21.640) и перпендикулярные (азимут 111.640) компоненты смещений СРБ-пунктов в направлении профиля НЕЮ - АРРЫ. Грузинская глыба, представленная пунктами НЕЮ, КЕНУ и
Таблица 2
Широтные и меридиональные компоненты (Ve и Vn) и полные вектора скоростей (Ven) горизонтальных смещений полевых пунктов и стационарных станций GPS с ошибками их определений (ctV) в системе координат ITRF2008 по измерениям 2010-2013 гг.
Зона Код Скорость смещения и ошибка, мм/год Азимут,
Ve oVe Vn oVn Ven oVen градусы
A ARDN 25.57 0.18 11.62 0.20 28.09 0.19 CB 66
VLKZ 25.21 0.1 12.41 0.11 28.1 0.11 св 64
B LATZ 25.43 0.10 11.26 0.12 27.81 0.11 CB 66
C BUGT 26.95 1.91 7.33 1.92 27.93 1.92 св 75
HILK 26.36 2.32 17.46 2.72 31.62 2.53 CB 56
ZAKK 28.36 1.32 10.53 1.65 30.25 1.49 св 70
ZRMG 32.44 1.98 5.59 2.56 32.92 2.29 св 80
D DZMG 25.19 1.30 12.50 1.40 28.12 1.35 св 64
EDIS 22.85 1.08 13.23 1.41 26.40 1.26 св 60
ERMN 30.24 0.96 12.34 1.17 32.66 1.07 св 68
MZGM 24.34 1.13 13.97 1.27 28.06 1.20 св 60
ROOK 24.75 0.93 12.69 1.16 27.81 1.05 св 63
E HETG 27.63 0.83 13.06 1.02 30.56 0.93 св 65
HVCE 26.49 1.55 11.20 1.82 28.76 1.69 св 67
KEHV 24.87 1.15 13.47 1.25 28.28 1.20 св 62
F ERTS 26.00 1.45 5.35 1.86 26.54 1.67 св 78
KVYS 18.74 1.62 9.31 1.96 20.93 1.80 св 64
DIGR 28.16 1.35 11.03 2.09 30.24 1.76 св 69
KRMD 24.46 0.79 12.20 0.95 27.33 0.87 св 63
TSEY 26.20 1.25 16.65 1.49 31.04 1.38 св 58
Таблица 3
Широтные и меридиональные компоненты (Ve и Vn) и полные вектора скоростей (Ven) горизонтальных смещений полевых пунктов
и стационарных станций GPS с ошибками их определений (aV) в Евразийской системе координат (EURA) по измерениям 2010-2013 гг.
Зона Код Скорость смещения и ошибка, мм/год Азимут,
Ve oVe Vn oVn Ven oVen градусы
A ARDN -0.26 0.16 1.75 0.18 1.77 0.17 СЗ 352
VLKZ -0.62 0.08 2.43 0.09 2.51 0.09 сз 346
B LATZ -0.35 0.08 1.33 0.1 1.38 0.09 СЗ 345
C BUGT 1.04 1.67 -1.88 1.67 2.15 1.67 юв 151
HILK 0.60 2.32 7.73 2.72 7.75 2.53 св 4
ZAKK 2.02 1.15 0.96 1.44 2.24 1.30 св 65
ZRMG 6.63 1.98 -4.00 2.56 7.74 2.29 юв 121
D DZMG -0.46 1.30 2.76 1.40 2.80 1.35 сз 351
EDIS -2.60 0.93 3.21 1.23 4.13 1.09 сз 321
ERMN 4.05 0.96 2.58 1.17 4.80 1.07 св 58
MZGM -0.89 0.97 3.66 1.12 3.77 1.05 сз 346
ROOK -0.78 0.79 2.52 1.02 2.64 0.91 сз 343
E HETG 1.65 0.71 3.16 0.86 3.56 0.79 св 28
HVCE 0.86 1.55 1.50 1.82 1.73 1.69 св 30
KEHV -0.62 1.00 2.67 1.09 2.74 1.05 сз 347
F ERTS 0.12 1.23 -2.17 1.59 2.17 1.42 юв 177
KVYS -7.29 1.61 1.21 1.96 7.39 1.79 сз 279
DIGR 2.07 1.35 1.10 2.09 2.34 1.76 св 62
KRMD -1.24 0.79 2.56 0.95 2.84 0.87 сз 334
TSEY 0.52 1.25 6.98 1.49 7.00 1.38 св 4
Положительные значения соответствуют смещениям в восточном (широтная компонента) и северном (меридиональная компонента) направлениях.
НУСЕ, смещается в субмеридиональном направлении, с постепенным падением скорости с 2 мм/ год до 0,2 мм/год при приближении к Орхевскому надвигу.
Смещение прилегающего к Орхевскому над-
ТОМ к
8
устойчивое развитие
Рис. 4. Векторы ОРв-скоростей горизонтальных смещений станций и пунктов осетинской геодезической сети относительно системы !ТРР2008 и эллипсы ошибок 1а
Рис. 5. Векторы ОРв-скоростей горизонтальных смещений станций и пунктов осетинской геодезической сети относительно неподвижной Евразии.
Таким образом, на фоне общего напряжения субгоризонтального сжатия на Орхевском надвиге имеет место напряженное состояние растяжения (распора), связанного, возможно, с увеличением пород в этой части сооружения. Можно оценить величину скорости растяжения. Из простейшей системы уравнений v - Av = 0,18 мм/год (HVCE), v + Av = 1,54 мм/год (MZGM) следует Av = 0,68 мм/год, где v - скорость субгоризонтального сжатия, Av -скорость субгоризонтального растяжения на этом структурном элементе.
Очень интересные результаты получены по полосе «основных сланцев». Два из четырех имеющихся в этой полосе пунктов (ZRMG и BUGT) характеризуются перемещениями в южном (!) направлении практически с одинаковой, достаточно большой скоростью, ~2,8 мм/год. Это означает, что эти пункты перемещаются в направлении, противоположном перемещениям Аравийской плиты и Грузинской глыбы. При этом они удаляются от опорной станции ARDN. Такое южное перемещение перечисленных пунктов, а также падение скорости смещения в северном направлении на южной границе Тибского надвига, могут быть связаны с продолжающимся в настоящее время формированием упоминавшихся южновергентных надвигов (Шаухохского, Адайком-Казбекского, Абайтикауского, Тибского), известных здесь по геологическим данным [5]. В то же время один пункт из этой полосы (HILK) смещается в северном направлении со скоростью 5,9 мм/год. Такая «аномальность» пункта требует дополнительной проверки его перемещения.
Стационарная станция LATZ в пределах Северного склона Большого Кавказа так же, как и пункты в зоне «основных сланцев», смещается в южном направлении. Она удаляется от станции ARDN с небольшой скоростью. Но делать какие-либо выводы по единственному пункту применительно ко всей зоне Северного склона в полосе профиля пока преждевременно.
вигу Чиауро-Дибрарского синклинория в субмеридиональном направлении также характеризуется падением скорости при приближении к Тибскому надвигу. Это пункты М2СМ (1,54 мм/год), ЕРММ (2,36 мм/год), йгМС (0,87 мм/год) и Е01Б (0,49 мм/год), и Р00К(0,52 мм/год).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате полевых работ 2010-2013 г.г. в осетинской части Большого Кавказа была создана сеть геодезических пунктов, для проведения периодически-повторных измерений мобильной СрБ-аппаратурой. Эта геодезическая сеть, со-
ТОМ 14
Рис. 6. Значения продольных (а) и перпендикулярных (б) компонентов ОРв-скоростей и среднеквадратические ошибки горизонтальных смещений станций и пунктов осетинской геодезической сети в полосе профиля ИБТО -АРйЫ в локальной системе координат, определенной стационарной станцией АРй1Ч. Положительные значения продольных компонент соответствуют смещениям в направлении С-СВ (азимут 21.640); положительные значения перпендикулярных компонент соответствуют смещениям в направлении Ю-ЮВ (азимут 111.640). Вертикальными линиями обозначены в соответствии с рис.2 основные надвиги региона. На рисунке также показаны высоты профиля
стоящая из 25 пунктов, пересекает основные геологические структуры и контактные зоны исследуемого региона. В регионе также действуют три стационарные GPS/GLONASS-станции: ARDN, LATZ и VLKZ. Обработка данных наблюдений, выполненная программным пакетом GAMIT/ GLOBK, позволила получить оценки скоростей движений для 17 полевых пунктов и трех стационарных станций региона. Оценки скоростей горизонтальных смещений приведены в трех системах отсчета: в общеземной системе координат ITRF2008, относительно неподвижной Евразии и в локальной системе отсчета, определенной стационарной станцией ARDN. Последняя обо-
снована тем, что станция АКРЫ расположена в срединной части Бесланской депрессии Восточного Предкавказья, характеризующейся минимальными скоростями смещений.
Профиль геодезических пунктов НЕЮ -АРРЫ, пересекающий осетинскую часть Большого Кавказа вдоль рек Б. Лиахва - Фиагдон, ориентирован в субмеридиональном направлении (азимут 21.640). Приблизительно также ориентированы и основные напряжения субгоризонтального сжатия, приводящие к современным перемещениям элементов этой структуры. Полученные данные для скоростей смещений СРБ-пунктов в направлении профиля НЕТС - АРРЫ
ТОМ 14
позволили выявить ряд интересных особенностей региона.
Выявлено, что на фоне общего движения в северо-восточном направлении южная граница Орхевского надвига смещается в противоположном направлении. Непротиворечиво этот факт можно объяснить тем, что помимо общего напряжения субгоризонтального сжатия на Орхевском надвиге имеет место напряженное состояние растяжения, связанного, по-видимому, с увеличением пород в этой части сооружения. Этот результат является новым в понимании современной геодинамики осетинской части Большого Кавказа и требует дальнейшего исследования.
Полученные данные об удалении полосы «основных сланцев» от опорной станции АРРЫ в южном направлении не согласуются с тем,
что следовало бы ожидать в рамках плейт-тектонической концепции. Эта концепция применительно к рассматриваемому горному сооружению исходит из представления о сближении смежных Евразиатской и Аравийской литосферных плит и блоков земной коры как причины тектогенеза Большого Кавказа. По-видимому, это также связано с продолжающи-
Таблица4
Продольные (У||) и перпендикулярные (У-^) компоненты ОРв-скоростей горизонтальных смещений полевых пунктов и стационарных станций Осетинской геодезической сети в направлении профиля ИБТв -АРйЫ в локальной системе координат, определенной стационарной станцией АРй1Ч, по измерениям 2010-2013 гг.
Зона Код V|| (мм/год) Vx (мм/год) gV (мм/год)
A ARDN 0.00 0.00 0.17
VLKZ 0.50 -0.59 0.09
B LATZ -0.42 0.07 0.09
C BUGT -2.89 2.55 1.67
HILK 5.88 -1.41 2.53
ZAKK 0.11 2.41 1.3
ZRMG -2.80 8.52 2.29
D EDIS 0.49 -2.71 1.09
ERMN 2.36 3.70 1.07
ROOK 0.52 -0.77 0.91
DZMG 0.87 -0.56 1.35
MZGM 1.54 -1.29 1.05
E HVCE 0.18 1.13 1.69
KEHV 0.72 -0.67 1.05
HETG 2.01 1.26 0.79
F ERTS -3.50 1.80 1.42
KVYS -3.09 -6.34 1.79
DIGR 0.26 2.41 1.76
KRMD 0.39 -1.21 0.87
TSEY 5.15 -1.20 1.38
Положительные значения продольных компонент соответствуют смещениям в направлении С-СВ (азимут 21.640); положительные значения перпендикулярных компонент соответствуют смещениям в направлении Ю-ЮВ (азимут 111.640)
мися локальными геологическими процессами формирования южновергентных надвигов (Шаухохского, Адайком-Казбекского, Абайти-кауского, Тибского).
Новые эпохи измерений на геодезических пунктах осетинской части Большого Кавказа позволят уточнить и детализировать представления о современных движениях и внутренних процессах, определяющих геодинамику этого региона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барковская К.С., Безбородов Р.С., Брод И.О., Буньков М.С., Гринфельд М.И., Живаго Н.В., Ибрагимов Д.М., Кудрявцев М.П., Леонов Г.П., Москвин М.М., Назаров Р.И., Несмеянов Д.В., Николенко В.А. Гдологическое строение восточной части северного склона Кавказа. Тр. Комплексн. южной геол. экспедиции. Вып. 2. - Л.: Гостоптехиздат. 1960. 320 с.
2. Милюков В.К., Дробышев В.Н., Торчинов Х-М.З., Хуба-ев Х.М. Изучение геодинамики Горной Осетии в 2009-2011 гг. //Вестник ВНЦ РАН и РСО-А, Т. 11, № 4, 2011 г. С. 49-53.
3. Прилепин М.Т., Баласанян С., Баранова С.М., Гусева Т.В., Мишин А.В., Надария М., Рогожин Е.А., Розенберг Н.К., Сковородкин Ю.П., Хамбургер М., Кинг Р., Рейлингер Р. Изучение кинематики Кавказского региона с использованием GSP-технологии. // Физика Земли. 1997. № 6. С. 68-75.
4. Шевченко В.И. Происхождение структур горизонтального сжатия в складчатом сооружении. - М.: Наука. 1984. 160 с.
5. Шевченко В.И. Строение Главного хребта Центрального Кавказа между реками Ардон и Терек // Бюл. МОИП, Отд. геол.. 2002. Вып. 2. С. 19-29.
6. Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Мишин А.В., Прилепин М.Т., Рейлинджер Р.Э., Хамбургер М.У., Шемпелев А.Г., Юнга С.Л. Современная геодинамика Кавказа (по результатам GPS измерений и сейсмологическим данным) // Физика Земли. 1999. № 9. С. 3-18.
7. Becker M., Zerbinib S, Bakerc T., Burkid B., Galanise J., Garatef J., Georgievg I., Kahled H.-G., Kotzevg V., Lobazovh V., Marsoni I., Negusinib M., Richtera B., Veise G., Yuzefovich P.
Assessment of height variations by GPS at Mediterranean and Black Sea coast tide gauges from the SELF projects // Global and Planetary Change. 2002. Volume 34. Issues 1-2. P. 5-35. DOI: 10.1016/S0921-8181(02)00103-0
8. Dong D.-N., Herring T. A., and King R. W. Estimating regional deformation from a combination of space and terrestrial geodetic
ТОМ 14
data //J. Geod. 1998. 72. P. 200-214.
9. Feigl K.L, Agnew D.C., Bock Y., Dong D.-N., Donnellan A., Hager B. H., Herring T.A., Jackson D.D., King R.W., Larsen S. K., Larson K.M., Murray M.H., and Shen Z.-K. Measurement of the velocity field in central and southern California // J. Geophys. Res. 1993. 98. P.21667-21712.
10. Heflin M. et al, 2004. http:sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/ series.html
11. Herring T.A., King R.W., McClusky S.C. Introduction to GAMIT/GLOBK. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology. 2010. 12
12. Herring, T.A. GLOBK: Global Kalman filter VLBI and GPS analysis program. Version 10.1. Internal Memorandum. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, 2003.
13. King, R. W. and Y. Bock. Documentation for the GAMIT analysis software, release 9.7. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 1998.
14. McClusky S., Balassanian S., Barka A., Demir C., Ergintav S., Georgiev I., Gurkan O., Hamburger M., Hurst K., Kahle H., Kastens K., Kekelidze G., King R., Kotzev V., Lenk O., Mahmoud S., Mishin A., Nadariya M., Ouzounis A., Paradissis D., Peter Y., Prilepin M., Reilinger R., Sanli I., Seeger H., Tealeb A., Toksüz M.N., Veis G. Global Positioning
System constraints on plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus // Journal of Geophysical Research. 2000. V. 105. Issue B3. P. 5695-5719.
15. Milyukov Vadim, Alexander Kopaev, Vladimir Zharov, Alexey Mironov, Andrey Myasnikov, Mark Kaufman, Dmitry Duev. Monitoring crustal deformations in the Northern Caucasus using a high precision long base laser strainmeter and the GPS/ GLONASS network// Journal of Geodynamics. 2010. V. 49. No. 3-4. P. 216-223.
16. Reilinger R., McClusky S., Souter B., Hamburger M., Prilepin M., Mishin A., Guseva T., Balassanian S. Preliminary estimates of plate convergence in the Caucasus collision zone from global positioning system measurements // Geophysical Research Letters. 1997.V. 24 No 14. P. 1815-1818.
17. Reilinger R., McClusky S., Vernant P., Lawrence S., Ergintav S., Cakmak R., Ozener H., Kadirov F., Guliev I., Stepanyan R., Nadariya M., Hahubia G., Mahmoud S., Sakr K., ArRajehi A., Paradissis D., Al-Aydrus A., Prilepin M., Guseva T., Evren E., Dmitrotsa A., Filikov S.V., Gomez F., Al-Ghazzi R., and Gebran Karam. GPS constraints on continental deformation in the Africa-Arabia-Eurasia continental collision zone and implications for the dynamics of plate interactions // Journal of Geophysical Research. 2006.V. 111. No. B5. P. B05411.
ossetian geodetic satellite network: creation and first results of geodinamic monitoring
Milyukov VK1, Drobishev V.N.3, Mironov A.P.1, Steblov G.M.2, Hubaev H.M.3
1Lomonosov Moscow State University, Sternberg Astronomical Institute, Moscow, Russia, (milyukov@sai.msu.ru)
2Institute of Physics of the Earth of Russian Academy of Science, Moscow, Russia 3Vladikavkaz Scientific Center of Russian Academy of Science and Republic of North Ossetia - Alania, Vladikavkaz, Russia
Abstract. The Ossetian part of the Greater Caucasus, being one of the most tectonically active regions of the Caucasus, until recently wasn't covered by the high-precision geodetic measurements based on satellite methods. Since 2010 the network of geodetic points for carrying out the periodically - repeated measurements by the mobile GPS equipment was developed in this region by the аuthors of this work, and also three permanent GPS stations were established. The technique of data processing and results of GPS measurements in 2010-2013 are given in this work. Estimates of velocities of horizontal movements are given in three reference systems: in the terrestrial coordinate system ITRF2008, relative to fixed Eurasia and in the local reference system determined by the stationary station ARDN. The obtained results, besides the general submeridional movement of the region connected with convergence of the Eurasian and Arabian plates, revealed a number of the tectonic features caused, apparently, by continuing local processes of formation of the tectonic structure of this region.
Keywords: satellite geodesy, GPS measurements, modern earth crust motion, regional tectonic processes
ТОМ 14
