Введение к работе
Актуальность работы. Огромные массивы ге'олого-геофизи-ческой информации, собранные за эпоху инструментальных наблюдений и сконцентрированные в основном в мировом центре данных по физике твердой Земли, принципиально позволяют рассматривать вопросы, связанные с выяснением механизмов современной активизации геодинамических процессов. Анализ длительных рядов наблюдений за вариациями различных геофизических полей (даже при ограниченной точности в начале эпохи) и их комплексный анализ позволяют решать разнообразные задачи, связанные с определением пространственно-геометрических параметров тектонических структур и их динамических характеристик. Основную роль в формировании регматической сети в' литосфере играют процессы концентрации энергии в ограниченных объемах пространства и высокие скорости деформаций. Однако наблюдаемые во многих внутриплитных регионах высокие скорости современных движений земной коры не находят объяснения в рамках общепринятого механизма возбуждения - мантийной конвекции, постоянная времени которой значительно превышает время релаксации напряжений в литосфере. Выяснение природы быстрых геодинамических процессов может быть использовано как в теоретическом плане для разработки различных сценариев эволюции Земли, так и в практическом - для разработки среднесрочного и краткосрочного прогноза различных неблагоприятных явлений.
Однако вопрос комплексного исследования природы быстрых геодинамических процессов и их влияния на структурирование литосферы в известной литературе освещен недостаточно и требует специального'изучения.
Цель исследования - установить общие пространственно-временные закономерности динамики полей деформаций планетарного, регионального и объектного рангов на основе обработки банков данных геолого-геофизической информации.
Основная цель исследования связана с решением трех главных задач:
1. Анализ возможности использования астрофизической информации (в частности данных о вариациях скорости вращения Земли и пространственном положении оси вращения) для решения геодинамических задач, в том числе отыскание обобщенных параметров, характеризующих энергетику геодинамических процессов и позволяю-
вдх обосновать выбор модели эволюции Земли, наиболее полно соответствующей данным эпохи инструментальных наблюдений. ' 2. Исследование процессов современной тектонической активизации на основе анализа пространственно-временных возмущений в различных геофизических полях, в том числе анализ внутриплитных современных движений, сейсмичности шовных зон и короткопериод-ных возмущений.
3. Разработка методических приемов построения моделей структурирования литосферы и динамики процессов на основе сейсмологических и аэрокосмических банков данных, в том числе численных пространственно-временных моделей действующих вулканов и внут-риконтинентальных разломных структур.
Фактический материал. В качестве основного исходного материала для анализа в диссертации использованы машиночитаемые банки данных, предоставленные для исследований Главной астрономической обсерваторией АН УССР (г. Киев), Мировым центром данных по физике твердой Земли (МЦД Б-2, г. Москва) и лабораторией прикладной математики ИФЗ АН СССР (г. Москва), в том числе:
1. По астрометрии:
а) Каталог координат полюса в системе А. Я. Орлова с 1896 г. (с временными срезами 0. 05 года).
б)* Каталог координат полюса в системе Международного бюро времени (г. Париж), обработки Шанхайской обсерватории (КНР) с 1962 г. (с временными срезами в 5 дней).
в)* Каталог координат полюса по данным Международной радиоин-терферомегрической службы (IRIS) с 1980 г. (с временными срезами в 5 дней).
2. По скорости вращения:
а) Каталог среднегодовых изменений длительности суток 1664-
1974 гг.
б) Каталог среднемесячных изменений длительности суток 1961-
1982 гг.
3. По сейсмологии:
а) Каталог сильных.землетрясений мира QSC с 1897 г.
б) Региональные каталоги Международного сейсмологического цен
тра (Newbery, England) 1964-1978 гг., 193 881 сейсмическое
событие.
в) Каталог землетрясений Средней Азии и Казахстана 1962-1983
гг., 27 047 сейсмических события.
г) Каталог землетрясений Калифорнии 1900-1974 гг., Калифор
нийского отдела шахт и геологии, 39 579 сейсмических собы
тий.
д) 'Каталог землетрясений' на Гавайях 1970-1975 гг. Гавайской
вулканологической обсерватории, 31 130 сейсмических событий.
4. Каталоги значений скоростей медленных движений по раз
лому Сан-Андреас по данным 42 деформографических стан
ций 1968-1972 гг. , 1230 измерений.
5. * Каталог среднегодовых значений' уровня Мирового океана
для 628 пунктов, составленный по Британскому каталогу футштоков.
-
Каталог координат береговых линий.
-
Космические снимки формата 050 системы "Метеор" из архивов Западно-Сибирского регионального центра приема и обработки спутниковой информации ГОСНИЦИПРа
$айлы, помеченные *) переведены в машиночитаемую форму в порядке выполнения настоящей работы.
Некоторые параметры геофизических полей заимствовались из различных оперативных бюллетней, отечественных и зарубежных литературных источников.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Института геологии и геофизики СО АН СССР по теме. "Структура и геодинамика разновозрастных складчатых и платформенных областей Сибири в связи с их минерагенией", раздел "Моделирование геологических структур и структурообразующих процессов в прогнозных целях". Номер Гос. регистрации 01860087782.
Основные защищаемые положения
-
Разработаны представления о структурообразующей роли быстрых геодинамических процессов. Возмущения пространственного положения полюса инерции Земли (ось С геоида) вызываются массо-переносом в высокоградиентных зонах и порождают активизацию тектонических процессов. Изменения амплитуды чандлеровских колебаний являются обобщенным параметром для оценки энергетики быстрых тектонических процессов. Установлено запаздывание активизации литосферы относительно возмущений положения полюса с резкими вступлениями.
-
Высокочастотные компоненты современной тектонической активизации содержат периодические (Т=6 и 42 лет) и случайную (Т=0. 2-1.5 лет) составляющие, которые проявляются в аномальном
характере современных движений земной коры и активизации сейсмических процессов.
-
Установлена корреляция между сейсмической активизацией отдельных регионов в виде'. четко выраженных повторяющихся во времени экстремумов нормированного числа сейсмических событий и определенными направлениями смещения полюса инерции Земли в вековом ходе (векторная зависимость сейсмичности).
-
Разработаны методические приемы построения моделей структурирования литосферы и динамики процессов на основе сейсмологических (томографическая идеология) и аэрокосмических (идеология "фазового перехода") банков данных. Апробация методик осуществлена на объектном уровне при анализе внутриконти-нентальной сейсмофокальной зоны Гиндукуша (выявлен ступенчатый
характер разрывов), при анализе структуры магматических камер и подводящих каналов Гавайских вулканов и анализе процессов извержения (предложена модель магматической камеры в виде системы нестационарных мигрирующих каналов) и на региональном уровне при анализе структурных особенностей Байкальской зоны (раздви-говая модель формирования Байкальского рифта)..
Научная новизна. На основании анализа длительных рядов инструментальных наблюдений установлено, что современные геодинамические процессы имеют сложный старт-стопный характер с возвратными компонентами. В силу этого пространственно-временные модели и прогнозные оценки, построенные на анализе коротких временных рядов, могут быть неадекватны основным механизмам тектогенеза. Выделена особая роль быстрых геодинамических процессов (протекающих за время, меньшее времени релаксации) в структурировании литосферы. Установлена связь периодов современной тектонической активизации с возмущениями пространственного положения оси вращения Земли. Обнаружено явление векторной зависимости сейсмичности. Исследована связь периодической активизации сейсмичности с сезонными вариациями скорости вращения Земли. Обнаружена корреляция между уровнем крупнейших бессточных озер и ротационным режимом Земли. Уточнена структура внут-риконтинентальной сейсмофокальной зоны Гиндукуша и оценена скорость развития структурных нарушений. Построена томографическая модель Гавайской вулканической системы, и определены скорости течения магмы на различных глубинах.
Степень обоснованности главных положений диссертации опре-
деляется: а) использованием обширных массивов геолого-геофизической информации, собранных независимыми исследователями, общедоступных для всех пользователей и представленных в цифровой форме в Мировом центре данных по физике твердой Земли и банках данных других организаций; б) применением четких алгоритмов построения моделей и использованием статистических и машинных методов обработки информации.
Практические и теоретические рекомендации сводятся к следующему:
-
Установленная связь между возмущениями пространственного положения оси вращения Земли и периодами тектонической активизации может быть использована при разработке краткосрочного прогноза катастрофических сейсмический событий.
-
Разработанная методика построения количественных томографических моделей может служить основой для определения геометрических параметров коллекторов жидких углеводородов.
-
Корреляция между ротационным режимом Земли и уровнем бессточных водоемов может быть использована при прогнозе гидрологического режима на пятилетний период.
-
Метод "фазового перехода" при анализе космических фотоматериалов может быть использован для рекогносцировочного обнаружения аномальных тепловых зон и ретроспективно - для анализа динамики тепловыделения в ранее сооруженных могильниках для захоронения радиоактивных отходов и исследования динамики зон вечной мерзлоты, подверженных мощным антропогенным воздействиям.
-
Обнаруженные быстрые возмущения положения полюса инерции позволяют объяснить ряд особенностей неравномерного протекания геолого-геофизических процессов: временных флюктуации скорости и направления современных тектонических движений, мигоации сейсмической и вулканической активности и др.
Публикации-и апробации работы. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе одна монография (в соавторстве). Основные положения работы докладывались на Международном симпозиуме "Внутриконтинентальные горные области: геологические и геофизические аспекты" (Иркутск, 1987 г.), Международном семинаре "Использование банков данных при региональных исследованиях" (Махачкала, 1988 г.), Международном симпозиуме "Геодезия-сейсмология: деформации и прогноз" (Ереван, 1989 г.), Тре-
тьей международной геохимико-геофизической школе "Геохимические и геофизические проблемы дифференциации Земли" (Звенигород, 1990), Международной конференции "Структура и геодинамика земной коры и верхней мантии" (Москва, 1991 г.) и других конференциях всесоюзного и регионального масштаба, а также обсуждались на научных семинарах Института геологии и геофизики СО АН СССР (г.Новосибирск, 1983-1991 гг.), Вычислительного центра СО АН СССР (г.Новосибирск, 1988 г.), Института физики Земли (г.Москва, 1989'г.), ' ПГО "Аэрогеология" (г.Москва), а также в других организациях.
Объем и структура диссертации. Диссертация включает в себя введение, семь глав, заключение. Ее объем составляет 206 страниц машинописного текста, 105 иллюстраций, 17 таблиц и список литературы из 322 наименований.