CC BY
103
УДК 528.389:551.242.5
ПРОЯВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ГЕОДИНАМИКИ СИБИРИ, ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ПО ГЕОДЕЗИЧЕСКИМ И ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ДАННЫМ
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]
Виктор Анатольевич Калюжин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (952)907-19-83, e-mail: [email protected]
Владимир Иванович Дударев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (913)901-05-02, e-mail: [email protected]
Наталья Валерьевна Одинцова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ассистент геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (952)909-86-16, e-mail: [email protected]
Рассматривается вопрос постановки регулярных исследований по проблеме «Современные движения земной коры» сибирских регионов.
Ключевые слова: геодинамика, современные движения земной коры.
CURRENT GEODYNAMICS OF SIBERIA DETERMINED BY GEODETIC AND GEOLOGICAL AND GEOPHYSICAL DATA
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]
Victor A. Kalyuzhin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. Prof., head of the Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (952)907-19-83, е-mail: [email protected]
Vladimir I. Dudarev
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. Prof., Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (913)901-05-02, [email protected]
Natalia V. Odintsova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., assistant lecturer, Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (952)909-86-16, e-mail: [email protected]
The problem of regular research on "Current Earth's crust movements" of Siberian regions is considered.
Key words: geodynamics, current Earth's crust movements.
Научный интерес специалистов различных отраслей наук о Земле к исследованиям современных геодинамических процессов резко возрос в 60-80 гг. прошлого столетия в связи с широким использованием их результатов при решении крупных практических проблем: мониторинг подготовки сейсмических и вулканических событий, прогноз и добыча минеральных ресурсов земной коры, взаимодействие человека с окружающей средой. В этом и заключается теоретическая и практическая значимость проблемы современных геодинамических процессов [1-12].
В виду многогранности проявлений современной геодинамики на земной поверхности в основу исследований заложено комплексирование результатов различных дополняющих друг друга методов ее изучения - геодезического, геофизического, сейсмологического, геолого-геоморфологического и других. При таком подходе раскрываются широкие возможности геодезического метода при выполнении обобщений результатов исследований по геодинамике крупных территорий.
Регулярные исследования по проблеме «Современные движения земной коры» в Сибири начаты Институтом геологии и геофизики СО АН СССР под руководством чл.-кор. АН СССР Э.Э. Фотиади и д-ра геолого-минералогических наук Г.И. Каратаева в средине 60-х годов прошлого столетия с создания Байкальского геодинамического полигона [13]. Изучение современных вертикальных движений земной коры (СВДЗК) велось по двум направлениям:
- сбор и анализ геодезических данных с целью построения научных основ прогноза землетрясений;
- выявление закономерностей распределения «вековых», медленных, региональных вертикальных движений земной коры крупных регионов.
В обоих направлениях выявляется корреляционная зависимость между положением разрывных нарушений и их геодинамическими параметрами.
Пространственно-временные закономерности деформирования земной поверхности на геодинамических полигонах. В свете современных представлений причины землетрясений кроются в деформационных процессах, происходящих в верхних слоях земной коры [14, 15]. В 1910 г. Г.Ф. Рейд [16] первым предложил использовать геодезические измерения СВДЗК для обнаружения очагов готовящихся землетрясений. Он обоснованно заключил, что наблюдаемые смещения геодезических пунктов есть не что иное, как проявление разряженных упругих деформаций, которые длительное время накапливались в локальном объеме горных пород в процессе подготовки землетрясения. Аномальные отклонения геодезических данных от их фоновых характеристик являются первичными предвестниками готовящегося землетрясения и служат основой геодинамического метода его прогноза. Стратегия геодезического изучения прояв-
лений землетрясений определяется накопленными фактами регистрации предшествующих, сопутствующих и последующих смещений участков земной коры, связанных с землетрясениями. К настоящему времени выявлены примерные соотношения между радиусом зоны сопутствующих и предшествующих деформаций и магнитудой землетрясения, а также временем проявления аномальных смещений, предшествующих землетрясениям, и магнитудой землетрясений [17].
Для выявления пространственно-временных связей вертикальных смещений земной поверхности и проявлением землетрясений в Байкальской рифто-вой зоне (БРЗ) проведено систематическое повторное нивелирование следующих линий: Ангинской (протяженность около 80 км, работа выполнялась в 1967, 1971, 1972, 1978 гг.), Селенгинской (протяженность 36 км, ежегодное нивелирование производилось в периоды 1966-1970 гг. и 1972-1977 гг.), Гремя-чей, пересекающей одну из кулис Баргузинского разлома (протяженность 6 км, семикратное нивелирование выполнено в период 1973-1977 гг.). Для изучения геодинамической обстановки в районе строящегося Северо-Муйского тоннеля использовалась линия 2 класса ГУГК (протяженность 20 км, шестикратное нивелирование выполнено в период 1974-1981 гг.) [13, 18 - 23].
С 1989 г. по 1994 г. производились геодезические работы на Таштаголь-ском геодинамическом полигоне, созданном с целью изучения связей СВДЗК с сейсмичностью, вызванной техногенными причинами [24]. Здесь нивелирная сеть представляет собой пять замкнутых полигонов, в которых измерения выполнены нивелиром Кот-007 по программе второго класса повышенной точности со средней квадратической ошибкой от 0,35 до 0,5 мм на 1 км двойного хода. Средняя квадратическая ошибка единицы веса, полученная из уравнивания сети, составляет величину от 0,08 до 0,10 мм. Значимость разностей превышений, полученных в разные эпохи наблюдений, оценивалась как по разностям двойных измерений, так и по критериям Стьюдента и Кохрана.
Применение статистических методов оценки точности выполненных в разные эпохи измерений и значимости полученных разностей превышений позволило установить, что изменения высот нивелирных знаков существенно превосходят ошибки нивелирования и не могут быть объяснены только влиянием внешних факторов.
Геологическая интерпретация геодезических измерений. Комплексный анализ результатов десятикратного нивелирования Селенгинской линии позволил подтвердить продолжающееся активное развитие Усть-Селенгинской депрессии, максимальное прогибание испытывает Кудринская степь. Выделено четыре блока, различно изменяющих высоту точек земной поверхности. Максимальная амплитуда вертикальных смещений (до 10 мм) и смена знака их движений зарегистрированы в 1970-1972 гг., когда отмечалось повышение сейсмической активности и произошло два землетрясения 14 и 12 классов в радиусе 100 и 30 км. Амплитуды изменения угла наклона земной поверхности в эпоху 1968-1977 гг. на некоторых участках достигает значений от 10" до 30", до-
минирующим направлением изменения угла наклона земной поверхности является ЮЗ - СВ.
При семикратном нивелировании Гремячей линии, пересекающей Улюн-скую кулису Баргузинского разлома, особенно отчетливо зарегистрированы предшествующие землетрясению, сопутствующие ему и последующие смещения земной поверхности с амплитудой до 12 мм. Предполагается, что нарушение однородности деформирования земной поверхности обусловлены землетрясениями 12 класса, случившимися 14 октября 1973 г. и 21 августа 1974 г. на расстоянии 40 - 50 км от линии нивелирования [25].
Сравнение результатов выполненных в 1974-1981 гг. повторных нивелировок линии, пересекающей Северо-Муйский хребет, выявило высокую интенсивность и дифференцированность СВДЗК в районе строящегося тоннеля. Здесь отчетливо проявляется колебательный характер вертикальных смещений реперов с периодом около трех лет и с максимальными амплитудами свыше 40 мм. Восточный портал тоннеля поднимается со средней скоростью 5 мм/год, а Западный - опускается со средней скоростью 2 мм/год. Основное направление изменения наклонов ЮЗ - СВ, амплитуды варьируют от 3" до 200". Главное направление наклонов совпадает с направлением оси нормального напряжения (ЮЗ - СВ), при этом наклоны некоторых блоков находятся в противоположных фазах.
На всех линиях повторного нивелирования наметилась определенная тенденция в вертикальных смещения земной поверхности и протекания сейсмического процесса. Сопоставление скоростей СВДЗК с сейсмической активностью позволило установить прямые корреляционные связи между этими параметрами для юга Сибири в целом с коэффициентом корреляции г =0,55 ± 0,17.
В результате геодезических исследований установлена пространственно -временная нестабильность процессов, протекающих внутри разломных зон, что отразилось на проявлении СВДЗК. Выявлены главные особенности проявления современных вертикальных движений в зонах разломов, заключающиеся в пространственной локализации аномальных изменений высоты и высокоградиентном характере движений, а также во временной высокочастотности и пульсаци-онной (знакопеременной) направленности движений.
Корреляция локальных движений СВДЗК с сейсмическим режимом приводит к выводу о возможной обусловленности аномалий движений в рифтовых структурах БРЗ деформационными процессами, протекающими непосредственно в зонах разломов, удаленных от очагов землетрясений 12 - 14 классов на расстояние от 25 до 50 км.
Медленные движения земной поверхности Сибири. Основная задача СВДЗК на больших территориях в выявлении и характеристике крупных (региональных) особенностей современных движений в форме областей современных поднятий и опусканий и зон перехода между ними. Для решения этой задачи, во-первых, построены комплексные профили по протяженным линиям повторного нивелирования (около 70 линий), которые позволили уточнить бло-
ковую структуру земной коры, оценить подвижки блоков и трассировать активные разломы. Во-вторых, составлены карты скоростей СВДЗК, позволяющие в пределах крупного региона выделить наиболее активные участки земной коры и спланировать будущие детальные геодезические и геолого-геофизические исследования. Характер пространственного распределения скоростей СВДЗК регионов Сибири подробно рассмотрен в публикациях [22, 23, 26 и др.].
О глубинной природе выявленных СВДЗК регионов Сибири свидетельствуют результаты спектрального анализа скоростей вертикальных движений, высот рельефа, аномалий силы тяжести и глубин поверхности Мохоровичича, проведенного по профилю Большой Невер-Аральск длиной 8 тыс. км. Ряды наблюдений вдоль профиля аппроксимировались тригонометрическим полиномом. По методу быстрого преобразования Фурье определялись амплитуды выделенных волн. Для всех функций характерны общие волны длиной 1000, 750, 600 и 200 км, а также и более локальные - 81 км.
Кроме карт скоростей СВДЗК для регионов Сибири с использованием постоянных Гаусса построены карты скоростей изменения наклонов и кривизны земной поверхности [22]. Наряду с названными картами для изучения современного геодинамического процесса предлагается составлять карты современной кинематики земной поверхности. На них будут отображаться выделенные приповерхностные структуры современного развития - абсолютного и относительного поднятия, интенсивного прогибания земной коры и зоны разломов, активизированные на современном этапе развития [27].
Следующий важный этап геодинамической интерпретации - установление корреляционных связей современных движений с основными геодинамическими параметрами земной коры и литосферы в двухмерном пространстве. Полученные таким образом картографические корреляционные модели позволят выделить на исследуемом участке земной коры зоны повышенной геодинамической активности [27].
Из краткого обзора изучения современной геодинамики Сибири геодезическими и геолого-геофизическими методами следует, что научное направление, возглавляемое в 1966-1985 гг. чл.-кор. АН СССР Э.Э. Фотиади, успешно развивалось в Сибири, а результаты исследований широко использовались при решении крупных практических задач. В «лихие» 90-е годы прошлого столетия эти массированные исследования, как и многие другие важные и нужные научные изыскания, были прекращены и выполнялись лишь «любителями -одиночками» без необходимого государственного финансирования. В настоящее время геодинамические исследования в Сибири ведутся некоторыми институтами СО РАН (ИНГГ, ИЗК СО РАН и др.) с использованием современных спутниковых технологий в основном путем измерения горизонтальных смещений по трансформным разломам. По результатам таких измерений определяется изменение напряженного состояния в очагах произошедших землетрясений (например, произошедшего 27.09.2003 г. на Алтае в районе Ча-ган-Узуна).
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 гео - физических 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 // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 1. - С. 203-207.
9. Дорогова И. Е., Дербенев К. В. Глобальные вихревые движения блоков земной поверхности // Интерэкспо ГЕ0-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, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 239-243.
13. Байкальский геодинамический полигон. Методика исследования и первые результаты изучения современных движений земной коры / Э.Э. Фотиади, Г.И. Каратаев, В.Г. Колмогоров и др. - Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1970. - 175 с.
14. Моги К. Предсказание землетрясений / Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 382 с.
15. Певнев А.К. Прогноз землетрясений - геодинамические аспекты проблемы // Физика Земли. - 1988. - № 12. - С. 88-98.
16. Reid H.F. The Mechanism of the Eartquake. The California Eartquake of April 18. 1906 // Rep.of the State Investigation Commiss. - Washington, 1910. - V. 2. - Pt.1. - 55 p.
17. Буланже Ю. Д., Певнев А. К. Геодезия и прогноз землетрясений // Современные движения и деформации земной коры на геодинамических полигонах. - М.: Наука, 1983. -С. 7-15.
18. Боровик Н.С., Гайский В.И., Колмогоров В.Г. и др. Исследования характеристик поля упругих напряжений в Байкальской рифтовой зоне // Геология и геофизика. - 1974. -№ 11. - С. 3-9.
19. Колмогоров В.Г. Систематические геодезические наблюдения за современными движениями земной коры в Байкальской рифтовой зоне // Современные движения земной коры (исследования на геодинамических полигонах). - Новосибирск: Наука, 1978. -С. 13-20.
20. Колмогоров В.Г. Методика и результаты изучения кинематических характеристик земной поверхности на Байкальском полигоне // Междунар. симпоз. КАПГ по изучению современных движений земной коры (Дагомыс, 1988): тез. докл. - Воронеж, 1988. - С. 52-53.
21. Колмогоров В.Г., Колмогорова П.П. Современные деформации и сейсмичность Байкальской рифтовой зоны // VIII Междунар. симпоз. Геодезия-сейсмология: деформации и прогноз: тез. докл. - Ереван, 1989. - С. 27-28.
22. Колмогоров В.Г., Колмогорова П.П. Современная кинематика земной поверхности юга Сибири. - Новосибирск: Наука, 1990. - 153 с.
23. Колмогоров В.Г., Колмогорова П.П. Применение геодезических данных о современных движениях земной коры для решения некоторых задач геологии // Геофизические методы в региональной геологии. Новосибирск: Наука, 1982. - С. 126-136.
24. Колмогоров В.Г., Колмогорова П.П. Изучение деформаций земной поверхности в районе Таштагольского железорудного месторождения // Геология и геофизика. - 1998. -Т. 36. - № 11. - С. 116-124.
25. Колмогоров В.Г. Оценка современной кинематики разломов Сибири по геодезическим данным // Методика и результаты изучения пространственно-временных вариаций геофизических полей. - Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 1992. - С. 159-172.
26. Фотиади Э.Э.. Лазаренко В.А., Колмогоров В.Г. и др. Составление карты скоростей современных вертикальных движений земной коры Западно-Сибирской плиты // Современные движения земной коры. Морфоструктуры, разломы, сейсмичность. - М.: Наука, 1987. -С. 72-75.
27. Колмогоров В.Г. Кинематика земной поверхности Западной Сибири по результатам инструментальных методов // Геология и геофизика. - 1997. - № 9. - С. 1538-1548.
© В. Г. Колмогоров, В. А. Калюжин, В. И. Ду дарев, Н. В. Одинцова, 2015
