Введение к работе
Введение и . Актуальность работы.
Проблема современных движений земной коры представляет интерес для наук, изучающих Землю как планету - геологии, геофизики, географии, геодезии, астрономии и картографии. Исследование данного вопроса в комплексе сделало возможным не только констатировать мобильность земной поверхности в настоящее время, но и получить данные о глобальной геодинамике Земли.
По современным представлениям причины землетрясений и извержений вулканов кроются в деформационных процессах, происходящих в земной коре и верхней мантии. Сейсмическое событие или вулканическое извержение, как правило, предваряется периодом аномальных деформаций пород, который следует за более продолжительным периодом фоновых деформаций. Аномальные деформации могут достигать значительных величин и проявляться на больших площадях. Известно, что вулканические и сейсмические проявления пространственно приурочены к зонам активных тектонических нарушений. Очевидно, что поле деформаций сейсмоактивной зоны имеет мозаичную структуру, в которой существуют блоки с различными деформационными характеристиками и ю\іь\ нарушений, разделяющие эти блоки.
В этой связи особую актуальность приобретают целенаправленные исследования современной геодинамической активности зон тектонических нарушений или разломных зон, как мест наиболее ярких проявлений деформаций земной коры.
С этих позиций представляет особый интерес сравнительный анализ связи современного геодинамического процесса разломных зон и сейсмической активности региона.
Цель исследований.
Цель работы - установление пространственно-временной структуры современных деформационных процессов в зонах разломов с помощью геодезических (нивелирных) наблюдений с повышенной пространственно-временной детальностью и выявление их связи с сейсмичностью Камчатского региона. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
- создание локального прецизионного нивелирного профиля с учетом геолого-геофизических и сейсмотектонических особенностей места закладки наблюдательных пунктов;
разработка методики наблюдений, первичной обработки материала и оценки точности результатов измерений;
изучение пространственно-временных вариаций деформационной активности среды и выявление её взаимосвязи с сейсмичностью региона;
установление механизма формирования предвестниковых деформаций в период подготовки сильного землетрясения 2 марта 1992 года.
Фактический материал и личный вклад автора.
В основу диссертации положены результаты высокоточного геометрического нивелирования, проведённого в течение 33-х месяцев (с ноября 1989 г. по июль 1992 г.) с частотой, в среднем, 1-2 раза в неделю на нивелирном профиле в пригороде города Петропавловска-Камчатского. Все нивелирные измерения на профиле проведены при непосредственном участии автора или под его научно-методическим руководством геодезической группой Опытно-методической сейсмологической партии Института вулканологии (ОМСП ИВ) ДВО РАН. Данные по сейсмичности Камчатки были любезно предоставлены ОМСП. Данные по геодезическим исследованиям деформаций земной поверхности на побережье Авачинского залива заимствованы автором из отчетов ИВ ДВО РАН и опубликованных работ. Новейшие данные по геофизическим исследованиям в окрестностях г. Петропавловска-Камчатского и г. Елизова и данные по режимным наблюдениям за уровнем грунтовых вод на берегу Авачинского залива любезно предоставлены ведущим специалистом партии Елизовской геофизической экспедиции (ЕГФЭ ККГПРИ) Нурмухамедовым А.Г. и сотрудниками Камчатского территориального гидро-экоцентра (КТГЦ "Камчатгеология"), соответственно.
Научный анализ, обобщение и интерпретация измерений вертикальных движений выполнены автором.
Методика исследований.
Диссертация выполнена на основе экспериментального материала, полученного в результате высокоточного нивелирования, выполненного по методике специально разработанной для ведения измерений на локальном нивелирном профиле с повышенной частотой опроса. Для оценки точности результатов нивелирования был применен дисперсионный анализ полученных данных. При обработке экспериментальных данных использовались методы вероятностно-
статистического анализа и различное математико-статистическое программное обеспечение для персонального компьютера.
Научная новизна работы.
На основе долговременных режимных наблюдений впервые получены результаты высокоточных нивелирных наблюдений, проведенных с повышенной пространственно-временной детальностью (еженедельные повторения и расстояние между измерительными пунктами 80-100 метров) в Камчатском сейсмоактивном регионе.
Разработана специальная методика по обработке и анализу данных, получаемых на локальных нивелирных сетях,расположенных в зонах активных разломов.
Впервые, для условий Камчатки установлено наличие узко локализованных (на базе 100 метров) суперинтенсивных деформаций (СД) с амплитудами до 5-6 см и длительностью от 2-3 до 6 месяцев, обусловленных современной динамикой разломов.
Выявиены прямые и обратные взаимосвязи между СД и сейсмическими процессами. Прямая взаимосвязь обусловлена наличием деформационного предвестника сильного землетрясения, когда увеличению амплитуды деформационных процессов соответствует увеличение сейсмической активности. Обратная - проявляется в противофазном поведении деформационных и сейсмических параметров и вызвана перераспределением накопленной в регионе энергии между двумя различными формами ее реализации: сейсмическим процессом и суперинтенсинпымн деформациями по разлому.
Выявлены высокоамплитудные аномальные деформации (до 13см) земной поверхности, предваряющие землетрясение 2 марта 1992 года и предложен механизм их формирования.
Основные защищаемые положения.
На защиту выносятся следующие наиболее важные результаты:
-
Методика и метрологическое обеспечение высокоточного геометрического нивелирования с повышенной частотой опроса локального нивелирного профиля.
-
Способы статистической обработки и анализа результатов измерений.
-
Установленные пространственно временные закономерности современных деформационных процессов выявленных в условиях повышенной деталь-
ностн измерений.
-
Выявленные типы взаимосвязи локальных аномалий деформаций в зонах разломов с сейсмическими процессами Камчатского региона.
-
Результаты анализа и моделирования аномальных предвестниковых деформаций обусловленных подготовкой землетрясения 2 марта 1992 года.
Практическая ценность работы.
Новые экспериментальные данные и развитые на их основе представления о пространственно-временных закономерностях протекания современных геодинамических процессов в зонах разломов имеют важное практическое значение при исследованиях по изучению физики очага и процессов подготовки землетрясений.
Разработанная комплексная геодезическая технология по созданию локальных высокоточных нивелирных профилей расположенных в зонах активных разломов позволяет производить мониторинг быстропротекающих деформационных процессов, оперативно выделять стабильные и мобильные зоны на земной поверхности, необходимые при оценке риска функционирования особо ответственных объектов.
Использованная технология локального нивелирного профиля позволяет существенно снизить финансовые затраты, которые необходимы при закладке и опросе больших геодезических сетей, значительно повысить эффективность измерений и оперативность получения данных, а также позволяет использовать дешевые ресурсы, которые не требуют использования нестандартных приборов и специального обучения исполнителей.
Апробация работы. Публикации.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
Вулканологических семинарах Института вулканологии ДВО РАН (г.Петропавловск-Камчатский), 1993, 1996; 50-й юбилейной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Московской государственный университет геодезии и картографии, Москва, 1995; Сейсмологических семинарах Института сейсмологии ОИФЗ РАН 1996, 1997; Международных конференциях: Первый Турецкий международный симпозиум по деформациям, г. Стамбул, Турция, 1995; 5-я международная вулканологическая конференция на вулкане Колима, г. Колима, Мексика, 1996.
Основное содержание диссертации изложено в двух статьях, одна из кото-
рых и печати, а также в 11 тезисах и докладах на различных конференциях.
Объём работы.
Работа состоит из введения, четырёх глав, и заключения; содержит 118 страниц, 30 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 146 наименований.
Автору хотелось бы выразить искреннюю благодарность и признательность своим научным руководителям, Кузьмину Юрию Олеговичу за постоянную поддержку, внимание и помощь в работе и Федосееву Юрию Евгеньевичу за полезные консультации, советы и обсуждения материалов исследования.
И процессе выполнения работы автору оказывай! всестороннее содействие и помощь сотрудники и коллеги Лаборатории геодезии, ОМСП и Института вулканической геологии и геохимии: Гордеев А.'.//., Добрынина К.И., Добрынин !!.., Круглое ., Магуськин М.А., Миронов С.А., Нечаев П., Соло.матин А., Салтыков Н.А., Степанов И.И., Чебров И.П., Чурикова /'./'., а так же сотрудники Клизовской геофизической экспедиции Нурмухамедов А.Г. и Камчатского территориального гидро-экоцентра Даничин А.А., и многие другие, которым я признателен за действенную помощь в работе.
Так .же я признателен иностранным коллегии: Dr. Т. Camelbeeck (Королевская обсерватория, Крюссель, Бельгия), Dr. A. Demoulin (Национачьный географический институт г. Льеж; Бельгия), Dr. С. Oppenheimer (Кембриджский университет, Англия), Dr. К. Theunis.sen (Королевский музей Центрачьной Африки, Брюссель, Бельгия), 1'roj. Dr. (j. Woerner, Mr. К. Laxchlowit: ( Университет г. Геттингеїі, Германия) за ценные консультации и помощь в работе.
На заключительном этапе работа бьича поддержана и финансировалась грантом 1NTAS №9-4-3129.