Введение к работе
Объектом исследований настоящей работы являются современные вертикальные движения земной поверхности, являющиеся прямым проявлением современной геодинамики и дифференциации литосферы Земли в целом и отдельных ее неоднородностей. Научный интерес к таким исследованиям особенно резко возрос в последние десятилетия ввиду широкого использования их результатов при решении крупных практических проблем: прогноз сейсмических и вулканических событий, прогноз, поиск и добыча минеральных рессурсоз земной коры, взаимодействие человека с окружающей средой.
Проблема истолкования современных геодинамических процессов еще далека от своего решения, вследствие чего дискуссионными являются вопросы о природе, иерархической структуре и соподчиненное глобального и локального напряженно-деформированного состояния литосферы в пространстве и времени.не ясны взаимодействия эндогенных, экзогенных и техногенных процессов в формировании современного напряженно-деформированного состояния геофизической среды и т.д. Определение природы глубинных процессов возможно по конечным результатам их действия - современным деформациям земной поверхности и вариациям магнитных, гравитационных и других геофизических полей.
Актуальность проблемы определяется необходимостью решения в науках о Земле класса задач, связанных с воздействием на геосферы интенсивных источников возмущений естественного и техногенного происхождений. Реализация этой проблемы, в свою очередь, требует установления причин изменения регионального и локального напряженно-деформированного состояния структур в свете достижений и представлений в области геодезии, геофизики, геодинамики и других смежных дисциплин. Только совместный результат аналитических, численных, экспериментальных и инструментальных исследований может привести к получению.фундаментальных знаний о Земле в целом.
цель исследований - разработка методов определения основных кинематических характеристик земной поверхности и диагностика геодинамических объектов Сибири на основе статистических методов анализа геодезических и геолого-геофизических данных.
Для достижения камеченкой цели решены следующие задачи:
установлены пространственно-временные закономерности развития и связи современных деформаций земной поверхности Западно-Сибирской плиты. Сибирской платформы и Байкальского сводового поднятия с аномалиями гравитационного поля и геострукгуркыми элементами і
на основе кореляционно-регрессиовного анализа геодезических и геолого-геофизических данных составлен, комплект карт основных кинематических параметров, включающих карты скоростей современных вертикальных движений, изменений наклононов и кривизны земной поверхности различных регионов Сибири;
по данным о современных вертикальных движениях земной коры (СБДЗК). выявленных повторными нивелировками, выделены глубинные разрывные нарцшения. активизированные на современном этапе развития, с количественной оценкой их кинематического типа:
определена пространственно-временная структура вариаций кинематических параметров (скоростей вертикальных движений, изменения наклона и кривизны) земной поверхности на геодияамичес-ких полигонах Сибири:
выполнена геодинамическая интерпретация геодезических данных о современных деформациях земной поверхности и оценена возможность использования ее результатов для решения некоторых задач современной геодинамики, таких, например, как выделение приповерхностных структур современного развития.
Фактический материал и методы исследований. Б основу теоретических исследований заложена теория высот, рассмотренная в изменявшемся во времени гравитационном поле и деформируемой земной поверхности. Выявление . региональных закономерностей проявления деформаций земной поверхности базируется на данных повторного высокоточного и точного нивелирования, выполненного предприятиями ГУГК на территории Сибири. По этим данным составлено и проанализировано более 70 графиков так называемых комплексных профилей. построенных по линиям повторного нивелирования и содержащих в себе измеренные превышения, скорости изменения относительных высот реперов, аномальные геофизические поля, геоструктурные элементы и глубинное строение (протяженность профилей свыше 20 тыс.км). Для апробирования разработанной на основе корреляционно-регрессионного анализа геодезических и геолого-геофизических данных методики составления карт скоростей СВДЗК Сибири были использованы
карты СВЛЗК.составленные на Европейскую часть СССР по данным повторного нивелирования.Изучение локальной компоненты современных вертикальных движений проводилось на созданных автором геодина-шческих полигонах посредством систематических геодезических измерений: десятикратного нивелирования Селенгинской линии (длина 35 км), шестикратного - Северо-Муйской (18 км) и Баргузинских (10 км). четырехкратного - Ангинской (80 км). семикратного - Та-штагольского геодинамического полигона (25 км). Основной метод исследований - сравнение результатов повторных точных нивелировок, выполненных в разные эпохи, оценка полученных разностей превышений "классическими" (ТШГИ) и статистическими (дисперсионный, корреляционно-регрессионный'анализы и др.) методами.
Сформулированы и защищаются научные положения, виводи и рекомендации.
1. Разработан механизм определения основных кинематических параметров (амплитуды и скорости вертикальных смещений,изменения наклонов и кривизны) земной поверхности путем
описания изменений высот земной поверхности, характеризующих современные вертикальные движения и деформации последней, и связи этих изменений с вариациями гравитационного поля и геоструктурными элементами;
применения методов математической статистики как при сравнивании результатов нивелирования, выполненного в разные эпохи, так и при вычислении, оценке и геологической интерпретации скоростей современных вертикальных движений, позволившие получить с высокой степенью достоверности материал о современной кинематике различных структур Сибири:
усовершенствованных методик составления карт скоростей современных вертикальных движений (используя связи скоростей СВЛЗК. определенных по линиям повторного нивелирования, с аномалями силы тяжести, высотами рельефа, неотектоникой и другими статическими геолого-геофизическими параметрами^, изменения наклонов и кривизны земной поверхности (по картам СВДЗК через Гауссовы постоянные величины, определенные по значениям первых и вторых производных скоростей СВДЗК), современной кинематики с выделением приповерхностных структур современного развития и активных на современном этапе зон разломов с указанием их кинематического типа, определенного по геодезическим данным.
2. Основные осоОенности современного тектонического разви
тия глазных регионов Сибири следующие:
на фоне общего погружения Западно-Сибирской плиты со средней скоростью 4-6 мм/год. формируются локальные своды и прогибы. при этом наиболее интенсивное развитие этих структур и зон глубинных разломов происходит з северной части плиты, о чем свидетельствуют высокие значения скоростей локальных СБДЗК (до 20 мм з год и выше) и увеличение поперечных зон динамичекого влияния активных разломов, обусловленных процессом незакончизшегося риф-тогенеза:
Сибирская платформа отличается от других платформенных областей (например»Среднерусской) высокой степень» активизации тектонических движений и по режиму современной геодинамики не представляет единого целого: переходная зона предрифтовых структур, объединяющая структуры Иркутского амфитеатра, является зоной поднятия со скоростями, достигающими значений 7-9 мм/год (относительно Красноярска) и убывающими в направлении с юга на север; севернее Иркутского амфитеатра зафиксирована обширная, наклоненная к центру Тунгусской синеклизы. зона современного прогибания со скоростями более 20 мм/год, связанная с уменьшением толщины земной коры вследствие ее растяжения [Сурков.Жеро.1983);
высокие значения скоростей современных региональных вертикальных движений (8-12 мм/год), изменения наклона ( gradv = 2х10~6 год-1) и кривизны (К = 40.5Х10""12) земной поверхности в пределах развивающегося Байкальского свода обусловлены, главным образом, пониженной плотность» верхней мантии.
3. Характерные черты развития современных локальных деформ
аций земной поверхности, установленные на геодинамических поли
гонах Сибири. - автономность.высокая временная частотность и пу-
льсационный характер их проявления - обусловлены блоковым строе
нием земной коры и пространственно-временной нестабильностью
процессов, протекающих непосредственно в зонах разломов. Указан
ные особенности присущи как сейсмоактивным (Байкальская рифтовая
зона), так и слабосейсмичнкм (зона сочленения Западно-Сибирской
плиты с Алтае-Саянской складчатостью) областям.
4. На основе картографических корреляционных моделей СВДЗК
установлен закономерный характер пространственного распределения
коэффициентов корреляции, экстремальные значения которых гї-\т:і;-
руются упорядочений, тяготея к зонам повышенной геодинамической активности - узлам пересечения крупных разломов, участкам земной коры, претерпевшим в результате растяжения уменьшение толщины и возможное последующее хрупкое разрушение.
Новизна выполненных исследования заключается в том, что
на основе Вычислительной обработки данных повторного прецизионного нивелирования методами теории ошибок и математической статистики (дисперсионный и корреляционно-регрессионный анализы, использование статистических критериев, например, Кохрана. t-кри-терий Стьвдента при оценке разностей превышений) получены амплитуды и скорости современных вертикальных движений различных по тектонике и истории геологического развития регионов Сибири -Западно-Сибирской плиты. Сибирской платформы. Байкальского сводо-зого поднятия:
установлены корреляционные связи скоростей СВДЗК с геолого- геофизическими параметрами - аномалиями силы тяжести Дгв. высотами современного рельефа HD. амплитудами неотектонических движений кн. глубинами залегания поверхностей кристаллического фундамента К* и Мохорсвичича Ь'ы. интенсивностью теплового потока q, отражающие общие определенные генетические закономерности:
по значениям скоростей СВДЗК и их горизонтальных градиентов, полученным на протяженных линиях . повторного нивелирования выявлены активные на современном зтапе разломы Байкальской риф-товой зоны и Западно-Сибирской плиты, на территории которых составлены карты этих разломов;
впервые для разных регионов Сибири на основе корреляционно-регрессионного анализа скоростей СБДЗК и статических геолого-геофизических данных составлены карты скоростей СБДЗК в относительной и абсолютной системах и показано, что для территорий, значительно удаленных от уровкемерных постов, предпочтительнее принимать за начальные "геологические реперы" - срединные и древние кристаллические массивы.отличающиеся от среднего уровня моря большей стабильностью:
построенные картографические корреляционные модели на территорию Западной Сибири позволили по типу и силе корреляционной связи выделить зоны повышенной геодикамическои активности, расположенных в нефтегазоносных районах:
по данным о СВДЗК Западно-Сибирской плиты выделены припо
зерлносткые структуры современного развития и составлены карты современной кинематики земной поверхности Западной Сибири.
Научное и практическое использование полученных результатов в первую очередь направлено на решение важных вопросов теории фигуры Земли (таких, как изменение геодезических высот и вариации гравитационного поля Земли, оценки изостазии и напряженности в земной коре), так и в геотектонике для изучения формирования геоморфологического облика исследуемого региона и локализации очагов геодинамической активизации, к которым, как правило, приурочены очаги землетрясений и полезные ископаемые. Обнаруженные на геодинамических полигонах короткопериодические циклы развития деформаций в зонах разломов могут быть использованы при создании научных предпосылок для оценки напряженно-деформированного состояния верхних слоев земной коры, а также для исследования физических характеристик разломных зон на основе математического моделирования .
В аспекте прикладной значимости следует отметить, что
учитывается влияние деформаций земной поверхности на стабильность геодезических 'построений путем введения соответствующих поправок в координаты пунктов;
составленный комплект карт кинематических параметров земной поверхности и активизированных разломов служит основой сейсмического и геодинамического районирования и построения тектоно-Физических моделей;
использование данных о СВДЗК необходимо при решении таких важных практических задач, как прогноз землетрясений и выявление закономерностей размещения нефтяных и газовых месторождении:
прогнозирование по длинным рядам геодезических наблюдений геодинамического процесса позволит своевременно принять профилактические меры по устранению или ослаблению негативного влияния современных деформаций земной поверхности на сохранность промышленных и гражданских объектов.
Реализация результатов. Научно-методические разработки использованы бывшим предприятием N 8 ГУГК Сныне ПГО "Инжгеодезия") при составлении карты современных движений земной коры Западной Сибири (акт внедрения от 02.11.1381г), Институтом земной коры }№ СО РАН при тектонофизической интерпретации и поиске предвестников землетрясений в Байкальской рифтовой зоне (акт внедрения от
07.02.1985г). Результаты исследований СБДЗК в районе строительства Северо-Муйского тоннеля трассы БАМ и на Таштаголъском техногенном полигоне, выполненные на хоздоговорной основе, переданы заказчикам (тресту "Иркутскгеофизика" Мингео РСЯСР и Отделу архитектуры и градостроительства Таштагольского горисполкома соответственно). Шкеты карт относительных скоростей СВДЗК Западной Сибири высланы Томскому госукиверситегу и кузбасскому политехническому институту на основании писем-запросов ( от 28.01.1387г. N 07/14-01-270). Карта современной кинематики земной поверхности Западной Сибири передана ПО "Инжгеодезия" КХиКР для использования в практической деятельности при уравнивании астроноыо-геоде-зических и нивелирных сетей (акт о внедрении НИР от 30.11.1395г.) Апробация результатов. Основные результаты выполненных исследований представлялись автором в качестве научных докладов на Междуведомственных совещаниях по изучению современных движений земной коры на геодинамических полигонах СССР (Симферополь. 1367; Ашхабад. 1969.1973: Алма-Ата. 1971. 1978: Ташкент 1970: Таллин. 1972; Новосибирск. 1975: Петропавловск-Камчатский. 1381: Сочи. 1384): Всесоюзных совещаниях по изучению современных движений земной коры (Таллин. 1372: Львов 1377; Кишинев. 1982): третьем (Ленинград. 1368). седьмом (Таллин. 1984). восьмом (Сочи. 1388) Международных симпозиумах по СДЗК: Международном симпозиуме'Тео-дезия-сейсмология: деформации и прогноз" (Ереван, 1383): Всесоюзных совещаниях "Проблемы неотектоники и современной динамики литосферы" (Таллин, 1382). "Активные разломы - методы их изучения, морфология, кинематика и геодинамическое значение" (Иркутск, 1383), "Геодинамика,структура и металлогения складчатых сооружений юга Сибири" (Новосибирск, 19S1): Всесоюзной школе-семинаре "Геолого-геофизические исследования в сейсмоопасных зонах СССР" (Фрунзе. 1383): четвертом, пятом и шестом рабочих заседаниях Координационного совета по развитию исследований в области сейсмологии и созданию научных основ прогноза землетрясений при Президиуме СО АН СССР (Иркутск. 1984. 1386. 1383): совещании Иркутского междуведомственного геоморфологического семинара "Рельеф Сибири, процессы его формирования и их прогноз" (Иркутск. 1385): научно-технических конференциях НйИГАиК и КСВАГО (Новосибирск. 1370). Международном симпозиуме "Байкал - природная лаборатория для исследования изменений окружающей среды и климата" (Иркутск.
- s -1994). I Международном семинаре "Напряжения з литосфере (глобальные, региональные, локальные)" (Москва. 1994); научной конференции преподавателей Сибирской Государственной Геодезической Академии (СГГА): научном семинаре кафедры астрономии, гравиметрии и космической геодезии СГГА (Новосибирск, 1995).
Публикации. Опубликовано 83 работы, в том числе 3 монографии в соавторстве. Статьи опубликованы во всесоюзных журналах. тезисы докладов вошли в сборники международных, всесоюзных, региональных совещаний и конференций.
Работа выполнена в Институте геофизики Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО FAH и является итогом исследований современной геодинамики, начатых автором в 60-х годах. В основе этих исследований лежит большой объем результатов повторного нивелирования, выполненного на территории Сибири как предприятиями ГУГК при CM CCCF. так и самим автором на геодинамических полигонах.
Объем и структура работы определяются детальность» и последовательностью решения поставленных задач. Диссертация состоит из введения. 8 глав, заключения и приложений, содержит Z5& страниц машинописного текста. 63 иллюстраций. S таблиц. Библиография содержит zoo наименований.
