Леви К. Г., Аржанникова А. В., Буддо В. Ю. и др. Современная геодинамика байкальского рифта



страница3/3
Дата04.05.2016
Размер0.55 Mb.
1   2   3

Экзогеодинамика активных разломов. Экзогеодинамика активных разломов - относительно новая отрасль современной геодинамики. Изучение активных разломов всегда параллелизуется с динамикой проявления глубинных процессов -сейсмичности, вулканизма, гидротермализма и др. Однако не остаются индифферентными к активным разломам и экзогенные процессы. Это становится очевидным, если взглянуть на активные разломы как на живой тектонический элемент, так или иначе деформирующий дневную поверхность и тем самым нарушающий нормальное течение рельефообразующих процессов. Чтобы разобраться во взаимосвязях экзодинамики с активной тектоникой, необходимо хотя бы на примитивном предварительном уровне классифицировать элементы последней. В реальности активная тектоника, как и любая другая, находит свое структурное отражение в складчатых и разрывных деформациях геологических тел. Юные складки могут формироваться быстро или медленно, быть результатом активных деформаций геологических слоев или земной поверхности или формироваться пассивно - так называемые конседиментационные складки. Активные разломы могут также подразделяться по интенсивности проявления деформаций: на разломы с медленным - тихое скольжение (крип) - или с быстрым проявлением движений, отражающимся в возникновении землетрясений различной мощности. Кроме того, активные разломы в зависимости от глубины проникновения могут быть проводниками гидротермальных растворов или магматических расплавов. Все это в конечном итоге сказывается на режиме развития земной поверхности и течении экзогенных процессов,, многие из которых часто называют инженерно-геологическими процессами, а последние представляют уже не столько теоретический, сколько практический интерес.

Анализируя итоги исследований в области прогноза природных катастроф, снижения ущерба от них или оценки степени риска, мы приходим к выводу о том, что во всех случаях необходимо учитывать обе компоненты природных процессов - как эндогенных, так и экзогенных. Если в настоящее время имеется богатый опыт районирования отдельно взятых эндо- и экзогенных опасностей, то в вопросе оценки опасности в области перехода от первых ко вторым таким опытом похвастаться нельзя. Обзор литературы показывает, что взаимоотношения между активными разломами и экзодинамикой остаются неосвещенными и поэтому необходимо как бы заново искать методические подходы к их решению. Единственными работами в этой области можно считать публикации сейсмогеологов [6 и др.], в которых обращалось внимание на некоторые экзодинамические процессы, связанные с формированием сейсмодислокаций, а также разработки японских ученых, нашедшие свое отражение на полосовых картах активных разломов Японии [22]. Эти карты практически вместили в себя информацию об активных, или сейсмоактивных, разломах в сочетании с некоторыми элементами инженерной геологии. Они носят утилитарный характер и предназначены для использования в целях детального сейсмического районирования.

В нашем представлении анализ должен начинаться с составления полосовых карт активных разломов в виде неких информационных слоев, характеризующих геологическое строение среды, в которой развивается активный разлом: геофизические поля, которые он возмущает; проявления магматизма или гидротермализма, связанных с его развитием; аномалии геоморфологической среды;

комплексы различных осадков, отложение которых контролируется разломом; наиболее характерные инженерно-геологические процессы и скорости их течения; скорости современных движений земной поверхности; плотности мегатрещиноватости; градиентов скоростей неотектонических движений и т.п. Набор таких карт должен обеспечить возможность осуществления различных видов статистического анализа взаимоотношений между числовыми параметрами, характеризующими информационное пространство "активный разлом - Экзогеодинамика". Это фундаментальный аспект исследований. В основе должен лежать корреляционно-регрессионный анализ, по результатам которого затем производится выбраковка числовых полей по степени их информативности. Затем -кластерный анализ информативных параметров для выявления пространственной близости между ними и, наконец, факторный анализ для создания количественной основы для районирования и оценки инженерно-геологического риска активных разломов. Последнее же необходимо для прямого использования результатов фундаментального анализа в практике. Таким образом, в недале-



17

ком будущем мы ожидаем решение проблемы в рамках системы "активный разлом - экзогеодинамика" на количественном и полуколичественном уровне, т.е. сумеем описать в виде уравнений эти взаимоотношения и на базе уже экспертных, систем прогнозировать их дальнейшее развитие.

GPS - технология в решении задач современной геодинамики Байкальского рифта. Байкальская рифтовая зона в настоящее время является наиболее детально изученной континентальной рифтовой зоной. Несмотря на это ряд актуальных проблем не может быть решен без использования новых технологий, среди которых особое место занимает GPS-технология - спутниковая навигационная система, которая позволяет с высокой точностью определять абсолютные и относительные координаты точек на поверхности Земли. Перечислим основные задачи, в решении которых GPS-технология может позволит получить новые данные. К ним относятся:

количественная оценка величины горизонтального спрединга в Байкальской рифтовой впадине;

количественная оценка вертикальной составляющей тектонических движений в связи с горизонтальным спредингом;

проявление гляциоизостатических движений в центральной части Байкальского рифта;

оценка роли совокупности вертикальных и горизонтальных тектонических движений в сейсмическом процессе;

колебания уровня Байкала и оценка согласованности этих колебаний с колебаниями уровня мирового океана.

В 1994 г. в районе Южного и Среднего Байкала силами ученых из России, Франции и Бельгии был организован первый в регионе геодинамический полигон, полностью нацеленный на решение задач геодинамики с применением GPS-технологии. Он включает в себя 13 пунктов наблюдений, из которых один в Иркутске является пунктом глобальной сети наблюдений и действует постоянно. Остальные пункты расположены как в пределах стабильных Сибирской и Забайкальской кайнозойских плит, так и внутри Байкальской рифтовой зоны. Такое расположение точек полигона позволит определить направление и скорость относительного смещения плит и оценить количественно внутренние деформации в Байкальском рифте. Предварительные расчеты показали, что относительное положение точек Иркутск и Улан-Удэ, расстояние между которыми составляет 231 км, измеряется с точностью около 4 мм по горизонтальной компоненте и 8 мм по вертикальной. Уровень точности измерений позволяет надеяться на получение данных о скоростях движений больших блоков коры, превышающих ошибки при повторных измерениях уже через 2-3 года.

Поскольку статья посвящена современной геодинамике, представляется необходимым поразмышлять о ее будущем развитии в рамках Байкальского региона, хотя все это применимо к любому региону независимо от его геотектонического статуса. Идеи тектоники литосферных плит, базировавшиеся на основах классической физики и ретроспективном анализе геологических фактов, показали, что интерпретация многих геологических фактов, на каком бы совершенном материале и физической базе она ни производилась, содержит в себе в значительной мере элементы научной фантазии. При этом ближе к реалиям мира та интерпретация фактов, которая более строга в их подборе и определении того физико-математического аппарата, который используется при анализе. Поэтому (хотим мы того или не хотим) в один прекрасный день должна была появиться современная геодинамика, базирующаяся на достаточно строгом измерении геологических и геофизических параметров процессов, определяющих развитие оболочек Земли. Ее появление не заставило себя ждать, и более того, в настоящее время она развивается с невероятной быстротой, при этом в исследованиях используется передовой инструментарий и современные вычислительные технологии. Уже сегодня о многих геолого-геофизических процессах мы можем судить, основываясь не на домыслах, как следствии интерпретации геометрии геологической среды, с которой имеет дело геологическая наука, а на вполне обоснованных физических параметрах состояния среды в каждый конкретный момент реального времени. Поэтому естественно, что основой современной геодинамики являются все виды геологического и геофизического мониторинга.

Можно говорить о геофизическом мониторинге среды, но совершенно не обязательно понимать под ним необходимость непрерывного слежения за тем или иным процессом. В мониторинге, как и любом другом методе исследований, необходима разумная гра

дация временных рамок наблюдений за процессами и явлениями, происходящими в земной коре и на ее поверхности. Сроки повторных наблюдений должны строго соответствовать скоростям течения или эволюции того или иного процесса.

Сейсмичность - быстро текущий процесс, нуждающийся в постоянном и непрерывном слежении, линейная денудация - аналогично, что и происходит в действительности на сетях сейсмических наблюдений и подобных им сетях гидрометеорологических станций и постов. Но сейсмичность есть результат проявления критических деформаций среды, которые не возникают мгновенно, а развиваются медленно, на протяжении многих десятков, а порой и сотен лет. При таком течении деформационных процессов не рационально следить за их развитием непрерывно. Для вполне адекватного их понимания достаточно дискретных по времени наблюдений с периодичностью порядка одного цикла опроса характерных точек системы наблюдений в течение 2-3 лет. Это могут быть геодезические, геофизические наблюдения, но суть мониторинга от этого не меняется. Допустим, мы решили наблюдать за напряженным состоянием сеисмоактивной среды с помощью современных вибротехнологий с использованием калиброванных источников сейсмических колебаний. Возникает вопрос: должен ли такой источник работать непрерывно на протяжении многих дней, месяцев, лет.

Конечно, нет. Это должны быть периодичные, возможно, 1-2 раза в год включения аппаратуры с соответствующим слежением на сети сейсмостанций за изменениями физических свойств среды. Таким образом, мы приходим к выводу о том, что мониторинг -это не обязательно непрерывный процесс наблюдений. Это могут быть и дискретные наблюдения во времени, промежуток между которыми должен быть регламентирован и достаточен для получения адекватной процессу информации. Отсюда мы заключаем, что в целях успешного решения проблем современной геодинамики необходимо всемерно развивать наблюдательные сети для фиксирования изменений параметрических характеристик максимально возможного количества экзо- и эндодинамических процессов.



Вторая проблема современной геодинамики вытекает из неадекватности данных, получаемых при геологическом и геофизическом изучении среды. Геологи работают в основном с геометрическими параметрами структурных форм и физико-химическими характеристиками минералов и горных пород, полученными в нормальных условиях или при определенном спектре температур и давлений. Однако не всегда учитывается тот факт, что равные РТ-условия в среде могут быть достигнуты как за счет литостатического, так и добавочного, как иногда говорят, "бокового" давления. Здесь порой кроется первый подводный камень. Действительно, литостатическое давление легко определяется плотностью вышележащей колонны горных пород, а вот боковое давление - вопрос вопросов, так как оно зависит не только от массы и высоты уже упомянутой колонны пород, но и от масс взаимодействующих литосферных блоков. Физические и геофизические методы исследований всегда констатируют только физическое или физико-химическое состояние среды и параметры реально протекающих в ней процессов. Именно поэтому прямая корреляция данных геологических исследований и геофизического мониторинга чаще всего оказывается плохой, в силу несопоставимости существа включаемых в анализ геометрических параметров в геологии и физических параметров процессов в геофизических. С другой стороны, физические параметры среды чрезвычайно быстро меняются, а время этого изменения достаточно легко вычисляется посредством стандартных физических констант и уравнений, тогда как возникшие однажды геологические структуры могут сохраняться почти неизменными на протяжении миллионов лет. Поэтому часто фантастическими выглядят попытки объяснения эволюции некоего геологического пространства, допустим, в протерозое с привлечением современных геофизических данных о состоянии среды. Следовательно, только в рамках современной геодинамики появляется возможность построения геолого-геофизических моделей среды в реальном времени, а для этого необходимо преобразовать описательные или геометрические геологические параметры в числовые параметры процессов, создающих те или иные геологические тела. Однако порой это оказывается совершенно не возможным. С другой стороны, геофизические параметры процессов могут быть геометризированы и сопоставлены с геологическими объектами. Определенные успехи таких преобразований геофизических параметров находят свое место в комплексе сейсмических исследований.

18

Представление о сейсмоактивной среде и ее структурах, объемные характеристики которых контролируют энергетические параметры землетрясений [8], длины сейсмогенных разрывов и энергия землетрясений (Солоненко В.П., 1977), мощность зон разломов, их протяженность и глубина проникновения в связи с изменением РГ-условий с глубиной [11] и т.п. являются ярким примером возможности таких подходов. Таким образом, в рамках решения задач современной геодинамики должны лежать подходы к преобразованию описательной геологической информации в числовую и при этом адекватную геофизическим параметрам среды. Это возможно только в рамках изучения современной геодинамики, так как здесь появляется возможность прямого сравнения между собой геологических и геофизических параметров процессов, структур и явлений.

Особое место в исследованиях по современной геодинамике должны занимать методы физического и тектонофизического моделирования. Однако им уделяется все еще не достаточно внимания. Необходимо напомнить об уникальных экспериментах В.И.Найдича (1977) в области модельного сейсмического просвечивания глубинных неоднородностей, к сожалению, уже не проводящихся, хотя они были бы уместны для изучения очаговых зон землетрясений в лабораторных условиях или для разработки новых геофизических методов исследований. Методы моделирования не только позволяют установить реальные взаимоотношения между параметрами, но и наметить или прогнозировать дополнительные параметры, которые могут быть измерены в природе и использованы для дальнейшего сопоставления с геофизическими данными о среде и протекающих в ней процессах. Таким образом, в рамках изучения современной геодинамики необходимо развивать методы физического моделирования, которые должны стать технологией современных исследований.

Современная геодинамика как научное направление оказалась несмотря на свою молодость наиболее прикладной геологической дисциплиной, основой изучения которой стало исследование современных геологических процессов. Здесь она легко нашла свое место в области природных катастроф, прогнозирования, оценки возможного ущерба от них, оценки различного рода опасностей и управления риском.

Какими же представляются исследования в области современной геодинамики и что необходимо для дальнейшего ее развития? В условиях Прибайкалья, где новейшая активизация тектонических процессов напрямую связана с рифтогенезом, сопровождающимся сейсмичностью, а в прошлом и вулканизмом, исследования в области современной геодинамики должны ориентироваться прежде всего на выявление количественных взаимосвязей между современными тектоническими и сейсмотектоническими движениями, деформациями земной коры, современным разломообразованием, сейсмичностью, термическим режимом и гидротермализмом и реакцией комплекса экзодинамических процессов на упомянутые явления.

Реализация решения этих проблем, вероятно, должна начинаться с развития и оснащения системы мультидисциплинарного мониторинга геологических и геофизических полей. Для этого необходимо значительно модернизировать сеть сейсмических наблюдений путем подключения цифровых станций к существующим гальванометрическим, изрядно устаревшим, но достаточно надежным, организовать связь и передачу информации от сети станций и обсерваторий в центр для математической обработки и формирования базы данных. В обсерваториях должен вестись комплекс наблюдений, синхронизированных в реальном времени. Это могут быть прецизионные гравиметрические наблюдения, электромагнитные, деформометрические, GPS-позиционирование, гидрогеологические, вибросейсмические и т.д. Центр должен быть оборудован современной вычислительной техникой, работающей в сетевом режиме и с соответствующим программным обеспечением, в рамках которого будут реализованы методы статистической обработки данных и разработаны экспертные системы для решения как фундаментальных, так и прикладных задач.

Работы на обсерваториях должны иметь структурно-геологическое сопровождение, в рамках которого должна осуществляться привязка тех или иных геолого-геофизических полей к реально существующим неоднородностям среды. В конечном итоге, нужно уйти от примитивного решения классических задач, ориентированного на сплошную бездефектную среду, так как в противном случае никакого прогноза вариаций физических полей не будет.

Но как осуществить структурно-геологический контроль, когда геологи лишь фиксируют факт наличия той или иной неоднородности, т. е. являются носителями статической информации. Эта проблема тем неменее разрешима, правда в самом первом приближении, путем привлечения методов физического или тектонофизического моделирования с учетом условий подобия. В эксперименте, зная конечное условие (результат полевого структурно-геологического обследования), можно, используя условия подобия, воссоздать временную последовательность этапов развития структурного элемента или последовательность их комплексов, опираясь при этом не на идеи о бездефектности физической среды, а практически задавая существующие дефекты, закартированные в реальности. Такое комплексирование методов даст абсолютно новый материал для теоретических построений и разработки прогностических подходов. Если мы заговорили о прогнозе тех или иных природных явлений, то необходимо сказать, что эта наисложнейшая проблема не может быть реализована путем использования только геологических или геофизических данных. Основы ее решения лежат в тесном комплексировании методов и данных как картировочных работ геологов, геофизического (включая сейсмологический) мониторинга, так и комплекса экспериментальных данных, которые заблаговременно могут дать исходные конструкции статистических зависимостей и предсказать дальнейший ход развития процесса при соблюдении начальных условий.

Работа выполнена при финансовой поддержке международных фондов ISF (грант RLG300) и 11МТА8(грант 93-0134), Миннауки РФ, Национального научного фонда Франции и Сибирского отделения РАН.

ЛИТЕРАТУРА

1. Активная тектоника Байкала / Леви К.Г., Бабушкин С.М., Бадардинов А.А. и др.//Геология и геофизика. -1995. -№10.-С. 154-163.

2. Балла 3., Кузьмин M.ff., Леви К.Г. Кинематика раскрытия Байкала// Геотектоника. -1990. - №2. - С. 80-91.

3. Богданов Ю.А., Зоненшайн Л.П. Обнажения миоценовых осадков на дне озера Байкал и время сбросообразования (по наблюдениям с подводных обитаемых аппаратов "Пайсис") //Докл. АН СССР. -1991. - Т. 320. - №4. - С. 931-933.

4. Взбросо-сдвиговые палеосейсмодислокации по зоне Главного Саянского разлома / Чипиэубов А.В., Смекалин О.П., Белоусов О.В. и др. //Докл. РАН. -1994. - Т. 338. - №5. - С.672-674.

5. Голдырев Г.С. Осадкообразование и четвертичная история котловины Байкала. - Новосибирск: Наука, 1982. 6. Деформация и разрывообразование при сильных землетрясениях в Монголо-Сибирском регионе. / Молнар П., Курушнн Р.А., Кочетков В.М. и др. // Глубинное строение и геодинамика Монголо-

Сибирского региона. - Новосибирск: Наука, 1995. - С.5-54. 7. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б. Ледники. - М.: Мысль, 1989.

8. Weeu К.Г. Неотектонические движения в сейсмоактивных зонах

литосферы. - Новосибирск: Наука, 1991.

9. Мишарина Л.А., Солоненко Н.В. Механизм очагов и поле тектонических напряжений // Сейсмогеология и детальное сейсмическое районирование Прибайкалья. - Новосибирск: Наука,1981. -С.110-113.

10. Нагорья Прибайкалья и Забайкалья // Логачев Н.А., Базаров

Д.Б. и др. - М.: Наука, 1974.

11. Разломообразование в литосфере. / Отв. Ред. НАЛогачев. - Новосибирск: Наука, 1991.

12. Разломы и сейсмичность Севере-Муйского геодинамического полигона / Саньков В.А., Днепровский Ю.И., Коваленко С.Н. и др. - Новосибирск: Наука, 1991

13. Шерман C.И., Днепровский Ю.И. Поля напряжений земной коры и геолого-структурные методы их изучения. - Новосибирск: Наука, 1989.

14. Шерман С.И., Леви К.Г. Трансформные разломы Байкальской рифтовой зоны и сейсмичность ее флангов // Тектоника и сейсмичность континентальных рифтовых зон. - М.: Наука, 1978. С. 7-18.

15. AngelierJ. Inversion direc te de recherche 4-D: comparison physique et mathematique de deux methodes de determination des tenseurs des paleocontraintes en tectonique de failles //C.R.Acad.Sci. - Paris. - 1991. -V.312.-P. 1213-1218.

16. Delvaux D. The TENSOR program for reconstruction: examples from the east African and Baikal rift zones //Terra Abstracts. -1993. -V. 5.-P. 216.


19

17. Delvaux D., Levi К., Kajara R., Sarofa J. Cenozoic paleostress and kinematoc evolution of the Rnkwa - North Malawi rift valley (East African Rift System). // Bull. Centres Rech. Explor.-Prod.Explor.-Prod. Elf Aguitaine. -1992. - V.16. - № 2. - P. 383-406.

18. Logatchev N.A. History and geodinamics of the lake Baikal rift in the contex of the Eastern Siberia rift system: a review // Bull. Centers Rech. Explor. -Prod. ElfAquitaine. - 1993. - V.17. - № 2. - P. 353-370.

19. Solonenko A. V.. Solonenko N. V.. Melnikova V.I., Shteiman E.A. The seismicity and earthquake focal mechanisms of the Baikal seismic zone // Bull.Centres Rech. Explor. - Prod. Explor. - Prod. ElfAquitaine. - 1996. - V. 19(2), in press

20. Seismic anisotropy and mantle flow beneath the Baikal rift zone / Gao S„ Davis P.M., Liu H. a.o.// Nature. -1994-V.371.-P. 149-151.

21. Spatial and temporal changes in the state of stress of the Baikal rift

zone / Solonenko A.V., San'kov V.A., Solonenko N.V. a.o. // Baikal as

a Natural Laboratory for Global Change. - Russia. - Irkutsk: May 11-17,

1994.-P.43.



22. Strip of the Median tectonic line active fault system in Kinki./

Edit.T.Sato. - Geol. surv. of Japan, 1994.
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница