Введение к работе
Актуальность проблемы. Учеными давно замечены некоторые иОиОеннооти тектонического и геодинамического режимов Земли. Глубинные разломььимеют , главным образом, субширотное и субмеридиональное простирания. А наиболее сейсмоактивные пояса находятся в зоне 30+40 параллелей и вблизи экватора.
Одной из теорий, объясняющих подобное строение литосферы, является теория М.В. Стоваса. Она гласит, что в литосфере имеется критическая 135 широта, при переходе через которую главные напряжения, вызываемые изменением ротационного режима Земли, меняют знак.
Хотя эта модель согласуется с настоящим геодинамическим -состоянием литосферы, она еще не получила экспериментального подтверждения.
Одним из наиболее дешевых и доступных методов исследования напряжений в верхней части земной коры является мониторинг вариаций радонового поля.
Начиная с середины двадцатого века, по аномальным концентрациям радона производится картирование тектонических разломов, оползней, карстовых образовании, а также прогноз землетрясений и горных ударов в шахтах. При подобных исследованиях радоновый метод дает неплохие результаты. Но незнание зависимости вариаций радоновыделения от изменения деформаций в породах может привести, и зачастую приводит, к ложным вьшодам.
Так, во время подготовки землетрясений,при постоянном увеличении деформаций в очаговой зоне, концентрация радона сначала возрастает до определенного уровня, а затем падает ниже фоновых значений. Следовательно, не зная физической сути процесса радоновыделения под действием деформирующих нагрузок, нельзя надеж-, но идентифицировать радоновые предвестники землетрясений.
На радоновыделение влияет множество внешних факторов,одними из которых являются метеорологические. Многие авторы, исследуя эту проблему, приходили к разным, а иногда и противоречивым, вьшодам. Однако, ввиду того ,что'метеорологические факторы могут создавать в поле радона значительные аномалии (до десятков процентов), проблема учета этих помех требует решения.
Таким образом, актуальность проблемы определена необходимостью экспериментального доказательства наличия критической широты напряженного состояния литосферы , и выявления зависимости радоновыделения от напряженного состояния пород и других факторов, что даст возможность решать геодинамические задачи.
Цель работы. Выявить закономерность радоновыделения от из-
менения напряженно-деформационного состояния пород и на экспериментальном материале, полученном в разных частях планеты, подтвердить наличие критической широты (і35), а также объяснить специфическую форму радоновых предвестников землетрясении. Задачи исследований. В соответствии с целью работы решались следующие задачи:
проанализировать результаты ранее выполненных исследований по использованию поля радона для решения геодинамических задач,
выявить закономерность изменении концентрации радона от колебании угловой скорости вращения Земли путем анализа временных рядов радоновыделения,
на экспериментальном материале по радоновыделению и сейсмичности доказать наличие северной критической широты,
создать модель эмалирования пород под воздействием на них внешней нагрузки,
установить и промоделировать зависимость радоновыделения от метеорологических факторов (атмосферного давления и температуры приповерхностного слоя воздуха),
объяснить бухтообразную форму полученных экспериментально радоновых предвестников крупных сейсмических событий.
Фактическая основа работы. Б основу положены результаты 3-летних наблюдений за концентрацией радона в приповерхностном слое почвы на режимной станции в г. Москве .Там же измерялись атмосферное давление и температура воздуха.
Кроме того в процесс обработки привлекались фактические данные о концентрации радона и метеорологических параметрах американских исследователей Чи-Ю Кинга и В.Ф. Либби, проводивших эксперименты в Центральной и Южной Калифорнии.
Данные об изменении длительности земных суток черпались из бюллетеней Парижской обсерватории за 1975-78 г.г. и "Всемирное время и координаты полюса" ИМВП за 1985-92 г.г.
Также в диссертации использовались данные о землетрясениях из "Сейсмологических бюллетеней" за 1985-87 г.г.
При вычислениях сезонных вариации напряжений, вызываемых в горном массиве неравномерным вращением Земли, автор воспользовался расчетной моделью М.В. Стоваса.
Для построения моделей радоновыделения под действием различных факторов, были обобщены и проанализированы литературные данные по мониторингу радона (Бондаренко В.М..Рябоштан Ю.С., Султанходжаев А.Н..Рудаков В.П..Абдувалиев А.К..Христич В.Д., Гаспарян Р. К., Булашевич Ю.П., King- Chi-Yu, Birchard 6.F., Libby W.F., Shapiro M.H., Melvin J.D., Adams Т., Singh M., Wang
N.H. и др.), геодинамике (Стовас М.В., Гусева Т.В., Мишин А.В.. Белов Н.И.. Мячкин В.И., Соболев Г.A., Zhang В., Schols С.Н., Svres L.R. и др.), инженерной геологии (Бондаренко В.М.. Викторов Г.Г., Демин И.В., Гудзенко В.В., Дубинчук В.Г.- и др.), информатике (Никитин д.А. и др.), механике грунтов ( Спивак А.И., Левин СВ., Kristiansson К., Malmqvist L., Yarhegyi А. и др.) и прогнозу землетрясений ( Уломов П.И..Мавашев В.З., Чалов П.И., Рудаков В.П., Абдувалиев А.К., Тузова Г.В., Султанходжаев А.П., Войтов Г.И.. Masaaki J. и др.).
При проведении статистической обработки экспериментальных данных, а также для расчета числовых моделей, автором были разработаны оригинальные алгоритмы, реализованные на ЭВМ.
Защищаемые положения:
обнаруженная в экспериментальных временных рядах концентрации подпочвенного радона низкочастотная (годовая) составляющая обусловлена изменением напряженно-деформационного состояния литосферы за счет переменной угловой скорости вращения Земли, а не вариациями атмосферных параметров (температуры и давления),
выявленные ранее неизвестные ассиметричные параболические зависимости темпа радоновыделения и частоты землетрясении от напряжений в породах экспериментально подтверждают ранее теоретически обоснованное наличие критических широт (±95) инверсии напряженно-деформационного состояния литосферы при изменении ротационного режима Оемли.
установленные параболические зависимости во временных рядах концентрации подпочвенного радона от деформаций пород на качественном уровне объясняют конфигурацию радоновых предвестников землетрясении.
Практическая значимость. Установленная зависимость изменения концентрации радона от вариации угловой скорости вращения Земли позволяет исключать из полей радона "ротационные" аномалии, и дает возможность в каждой конкретной точке земли изучать только локальные геодинамические процессы.
При долговременных наблюдениях поля радона воздействие метеорологических (факторов возможно исключать простым сглаживанием.
Понимание появления специфической формы радонового предвестника землетрясении даст возможность с высокой точностью определять место, время и магнитуду готовящегося сейсмического события.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 научных работах, было изложено в докладах научных конференций
"Профессорско-преподавательского состава .научных сотрудников, аспирантов и студентов Московской государственной геологоразведочной академии" 1УЯ:-і, 1994 и 19У5 годов и Первого Международ-.ного семинара "Напряжения в литосфере (глобальные,региональные, локальные)" 1994 года.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 137 страниц машинописного текста, 7 таблиц, 35 рисунков. Список литературы насчитывает 56 наименовании. Она содержит 5 глав, введение и заключение.