|
Согласно традиционной точке зрения современные движения земной
поверхности равнинно-платформенных асейсмичных областей характеризуются
относительно слабыми скоростями, до 5-10 мм/год, в отличие от
орогенных сейсмоактивных регионов, где скорости могут достигать
величин существенно больших, 50 мм/год и более, (Никонов А.А.,
1979; Николаев Н.И., 1987; Лилиенберг Д.А., 1987 и др.). Подобный
вывод вполне обоснованно следует из анализа карт современных вертикальных
движений земной поверхности, построенных по данным повторных нивелирований
больших территорий с интервалами между наблюдениями в десятки
лет.
В начале 60-х годов под эгидой Межведомственного геофизического
комитета при президиуме АН СССР была разработана обширная программа
изучения современных движений земной коры на геодинамических полигонах
различного целевого назначения. Результаты повторных наблюдений
на этих полигонах с интервалами времени между повторениями в месяцы
и первые годы выявили наличие интенсивных локальных движений,
которые имели пульсационный и короткопериодических характер. Это
не явилось большой неожиданностью для специалистов, поскольку
первые геодинамические полигоны закладывались в орогенических,
сейсмоактивных регионах.
В начале 70-х годов Миннефтепромом СССР была начата реализация
долгосрочной программы изучения современных движений земной коры
и в нефтегазоносных осадочных бассейнах с целью использования
результатов геодинамических наблюдений при исследованиях особенностей
геологического строения и для оценки перспектив нефтегазоносности
выбранных объектов. В качестве таких объектов были использованы
территории крупных нефтегазоносных бассейнов древней докембрийской
Русской платформы (Припятский прогиб, западное и северо-западное
обрамление Прикаспийской впадины, Башкирский свод и Соликамская
впадина), Западно-Сибирской плиты (Вартовский свод), предгорных
и межгорных прогибов складчатых областей (Терско-Каспийский, Предгиссаррский,
Рионо-Куринский) (Сидоров В.А. и др., 1989; Сидоров В.А., Кузьмин
Ю.О., Болдырева В.А. и др., 1994). Примечательно, что основные
параметры измерительных сетей (густота, частота опроса и точность
наблюдений) на геодинамических полигонах, расположенных в платформенных
асейсмичных районах, оказались идентичными полигонным системам,
расположенным в орогенных, сейсмоактивных областях. Это обстоятельство
позволило провести последовательное сопоставление характеристик
современных движений и деформаций земной поверхности, полученных
идентичными системами наблюдений, расположенными в наиболее контрастных
в геодинамическом отношении областях, которыми в первую очередь,
являются сейсмоактивные и асейсмичные регионы (Кузьмин Ю.О., Сидоров
В.А., 1986, 1989, 1990).
В результате комплексного сопоставительного анализа большого
массива данных удалось сформулировать следующие эмпирические обобщения.
1. Выявлено наличие интенсивных локальных аномалий вертикальных
и горизонтальных движений земной поверхности, которые приурочены
к зонам тектонических нарушений (разломы) различного типа и порядка.
Эти аномальные движения высокоградиентны (свыше 50 мм/год), короткопериодичны
(от 0.1 года до первых лет), пространственно локализованы (от
0.1 до первых десятков километров), обладают пульсационной и знакопеременной
направленностью.
2. Имеют место устойчивые типы локальных аномалий вертикальных
движений земной поверхности в зонах разломов (таблица). При этом
горизонтальные размеры L для g g-аномалий составляют порядка 1-2
км, для s-аномалий 5-10 км, а для аномалий типа b равны 10-30
км. Там же даны соотношения между амплитудой и протяженностью
для каждого типа аномалий, связанных через масштабный коэффициент
m=10-6 (если амплитуда выражена в миллиметрах, а ширина аномалии
в километрах).
3. Основные пространственно-временные характеристики аномальных
движений идентичны, как для сейсмоактивных, так и для асейсмичных
разломных зон. При этом интенсивность деформационного процесса
в разломах асейсмичных регионов выше, чем в сейсмоактивных.
4. Установленные типы аномальных движений находятся в определенном
соответствии с региональными схемами напряженного состояния земной
коры. Так, в районах предгорных и межгорных прогибов (области
сжимающих напряжений) доминируют b-аномалии, а в рифтовых областях
(растяжение) преобладают g-аномалии. Аномалии типа s оказались
чрезвычайно редки для всех изученных регионов.
Как следует из таблицы, наибольшей интенсивностью обладают аномальные
движения типа g. Среднегодовые скорости деформаций для них чрезвычайно
высоки и составляют величины порядка 2Ч10-5/год - 7Ч10-5/год.
Поэтому их следует определить как суперинтенсивные деформации
(СД) земной поверхности в зонах разломов. На Рис.
1 представлены примеры СД для различных регионов. Видно, что
кривые совершенно однотипны по морфологии, у них практически совпадают
ширина (горизонтальный масштаб всех кривых одинаков) и амплитуда.
Важно отметить, что на рис.1 приведены максимальные амплитуды
аномальных движений, но не их скорости. В целом же, если учитывать
длительность между повторными интервалами наблюдений, то окажется,
что среднегодовая скорость СД для разломов Припятского прогиба,
Пермского Приуралья и Среднего Приобья будет выше, чем для разломов
сейсмоактивных областей. Еще одной важной характеристикой СД является
их подобие для условий крупно- и малоамплитудных разломов (рис.
2). Представленные на рисунке разломные зоны относятся к одному
платформенному региону, следовательно, возникшие в их пределах
суперинтенсивные деформации земной поверхности сформировались
в обстановке единого регионального поля напряжений.
Полученный экспериментальный материал показывает, что зоны разломов
нельзя рассматривать только как ослабленные участки геологической
среды, по которым происходят взаимные перемещения блоков под воздействием
меняющегося во времени регионального поля напряжений.
Все это свидетельствует о том, что в качестве источников СД
должны выступать процессы, протекающие внутри самих зон разломов.
Данное утверждение представляется справедливым, поскольку известные
к настоящему времени количественные модели глубинной геодинамики
не обеспечивают наблюдающийся пространственно-временной спектр
современных движений земной поверхности в зонах разломов. Следует
учесть, что физико-механические свойства осадочных горных пород
существенно зависят от флюидодинамических процессов, отличаются
повышенными емкостными характеристиками и пониженными жесткостными
и прочностными параметрами в зонах разломов, наличием поверхностно-активных
веществ в приразломном флюиде и т.д., что способствует формированию
локально-неоднородных, нестабильных во времени полей напряжений.
В связи с этим можно полагать, что возникновение СД непосредственно
не вызваны временным ходом регионального (внешний по отношению
к объему среды, контролируемый системой наблюдений) поля напряжений,
а обусловлены изменениями параметров среды (модули жесткости,
коэффициенты трения и т.д.) внутри самих разломных зон, которые
следует рассматривать как параметрические деформации земной коры.
Термин "параметрические" позаимствован из теории механических
колебаний и волн (Механические колебания, 1987), согласно которой
вывод любой системы из состояния равновесия (возбуждение системы)
возможен двумя путями: либо за счет внешнего, силового воздействия,
либо за счет изменения внутренних параметров самой системы.
Энергетика возникновения параметрических деформаций представляется
следующим образом. Существующие в геологической среде длительное
время региональные квазистатические напряжения тектонического
и гравитационного генезиса производят работу на локальных перемещениях
и деформациях, вызванных флуктуациями во времени жесткостных характеристик
в локализованных объемах разломных зон.
Изучение характера деформирования приразломных зон совместно
с геодинамической и петрофизической обстановками исследуемых регионов,
а также проведение физико-математического моделирования позволило
установить, что:
1) аномалии типа g обусловлены активизацией трещин отрыва вертикальной
ориентации и локальными проседаниями весомой толщи пород в обстановке
квазистатического субгоризонтального растяжения;
2) аномалии типа s вызваны уменьшение жесткостных характеристик
зон наклонных разломов, при субгоризонтальных квазистатических
сжимающих (или растягивающих) напряжениях это приведет к локальным
сдвиговым перемещениям;
3) аномалии типа b связаны с накоплением трещин отрыва горизонтальной
ориентации, что при субгоризонтальных сжимающих напряжениях приводит
к цилиндрическому изгибу верхних слоев земной коры.
Наличие аналитических моделей, связывающих характеристики СД,
наблюдаемые на земной поверхности, с параметрами источников на
глубине, позволяет производить оценку распределения аномальных
напряжений и деформаций по глубине и определять местоположение
источника аномалий (области повышенной трещиноватости) внутри
разломной зоны. Например, диапазон глубин залегания источников
g-аномалий сосредоточен в диапазоне 1-4 км; s - 4-8 км, а b -
8-12, причем выявленная дифференциация по глубине механизмов деформирования
соответствует современным представлениям о реологической расслоенности
земной коры (Николаевский В.Н., Шаров В.И., 1985).
Базируясь на разработанном механизме параметрического возбуждения
СД процессов, можно предложить трактовку наиболее неожиданного
и принципиального, с точки зрения фундаментальных и прикладных
проблем, экспериментального факта - наличия большей активности
асейсмичных платформенных разломов по сравнению с сейсмоактивными.
Для этого используются результаты специально поставленных многолетних
исследований по изучению взаимосвязи между современными деформационными
и сейсмическими процессами в пределах Предкопетдагского передового
прогиба и южного склона Туранской плиты. На рис.
3 (а,б) представлен геодезический профиль, совмещенный с разрезом
земной коры, который начинается на юге в горной части, затем пересекает
прогиб и заканчивается на южном склоне платформы. В течение 10
лет на данном профиле проводились многократные (от 2 до 4 раз
в год) высокоточные (по методике I класса) нивелирования, которые
позволили выявить СД-разломных зон в форме аномалий типа g различной
интенсивности. Оказалось, что по мере удаления от гор к платформе
интенсивность СД процессов увеличивается от 3Ч10-5/год до 3Ч10-6/год.
Сейсмичность, напротив, имеет максимальное проявление в горной
части и исчезает практически полностью за Северо-Ашхабадским разломом.
Для количественной оценки отмеченной взаимосвязи использовалась
величина линейной мощности процессов, которая вычисляется как
отношение выделенной энергии процессов к выбранному интервалу
времени (1 год) и фиксированной "ширине" профиля (50
км). Например, скорости деформации 3Ч10-5/год соответствует линейная
мощность в 20 Дж/мЧс. Этой величине соответствует сейсмическая
энергия 1013Дж. На рис.3 (а) следует, что в зоне Северо-Ашхабадского
разлома уровни выделенной линейной мощности совпадают для обоих
процессов. В зонах других разломов наблюдается попеременное превалирование
одного параметра над другим. Создается впечатление, что накопленный
запас потенциальной энергии реализуется в зоне разлома в виде
двух форм: сейсмичности и СД. Причем существует общий для обеих
форм реализации единый энергетический эквивалент.
Для проверки данного утверждения было проанализировано соотношение
между деформационным и сейсмическим процессами в пределах одной
разломной зоны - Северо-Ашхабадской (рис. 3 в,г) в течение достаточно
продолжительного интервала времени. Учитывая, что в данном случае
имеет место изолированный объект, в качестве обобщенной характеристики
процессов использовалась величина среднегодовой удельной объемной
мощности N, измеряемая в Па/с. Эта величина в случае деформационных
процессов равна половине произведения величины регионального напряжения
на скорость деформирования земной поверхности. Для сейсмичности
N определяется как отношение выделившейся сейсмической энергии
к интервалу времени и среднему объему сейсмического излучения.
Как видно, и в этом случае происходит противофазное поведение
сопоставляемых параметров. Среднее значение годовой реализации
удельной объемной мощности за весь период наблюдений составляет
порядка 10-5 Па/с, что вновь соответствует полученной ранее оценке
по профильным данным.
Таким образом, есть достаточно оснований полагать, что наличие
более мощных деформационных процессов в зонах платформенных, асейсмичных
разломов обусловлено отсутствием там диссипирующего (рассеивающий)
сейсмического фактора, который в сейсмоактивных разломах осуществляет
"переток" части общего энергетического эквивалента в
форму сейсмичности, уменьшая тем самым ту часть потенциальной
энергии, которая реализуется в форме СД.
Обнаружение фактора суперинтенсивных деформаций в зонах платформенных,
асейсмичных разломов приводит к коренному пересмотру представлений
на природу современных движений земной коры платформенных регионов.
Так, например, находит свое естественное объяснение "парадокс
больших скоростей" современных движений земной поверхности
на платформах по сравнению со скоростями предыдущих геологических
эпох. Так как с проявление СД платформенных разломов можно встретиться
повсеместно, то их неучет приводит к завышенным значениям движений
при их экстраполяции на обширные территории, подобно тому, как
это делается при анализе карт современных вертикальных движений
земной поверхности. Особенно актуально это становится при установлении
степени унаследованности современных движений земной коры на основе
подсчета коэффициентов корреляций между скоростями движений и
региональными геолого-геофизическими параметрами среды.
Некоторые исследователи (Никонов А.А., 1979 и др.), пытаясь
трактовать многочисленные факты СД платформенных разломов, обнаруженные
в нефтегазоносных и флюидодинамически активных областях, считают,
что их нельзя отождествлять с тектоническими, так как они могут
быть обусловлены интенсивной добычей полезных ископаемых. С этим
утверждением нельзя согласиться по целому ряду причин. Во-первых,
выявленные типы СД соответствуют региональным схемам напряженного
состояния земной коры. Во-вторых, СД, представленные на рис.3,
получены в зонах разломов, не относящихся к нефтегазоносным. И,
наконец, согласно существующей традиции название движений происходит
от названия приводящих к их возникновению сил. Выше отмечалось,
что энергетику СД процессов обеспечивают (производят работу) тектонические
силы. В этой связи явление суперинтенсивных деформаций платформенных,
асейсмичных разломов следует отнести к новому классу тектонических
движений.
Наличие фактов СД влечет за собой разработку новых возможностей
практического приложения результатов изучения современной геодинамики
разломов. Наиболее важными из них являются:
- учет фактора СД при составлении карт сейсмического районирования
и сейсмического риска различного масштаба, поскольку традиционные
подходы не допускали существования аномальной современной геодинамики
платформенных, асейсмичных разломов;
- включение представлений о СД платформенных разломов в систему
оценок экологического риска в качестве нового фактора эколого-геодинамического
риска;
- использование данных по СД при разработке ведомственных нормативов
по учету современного геодинамического состояния недр в условиях
длительной эксплуатации особо ответственных объектов (АЭС, ГЭС,
магистральные нефтегазопроводы, крупные месторождения УВ и объекты
их обустройства, объекты захоронения радиоактивных и токсичных
отходов и т.д.);
- разработка новых подходов и норм по страхованию экологических
и иных рисков с учетом фактора СД платформенных, асейсмичных
разломов.
Для количественной оценки риска наступление аномальных геодинамических
событий и прогноза связанных с ним негативных экологических и
социально-экономических последствий необходима постановка системы
комплексного эколого-геодинамического мониторинга потенциально
опасных объектов, результаты которого должны реализовываться в
виде человеко-машинных систем экспертного прогнозирования текущей
эколого-геодинамической ситуации в реальном масштабе времени с
целью разработки превентивных мероприятий, снижающих уровень возможного
ущерба.
Литература.
1. Кузьмин Ю.О., Современная геодинамика разломных зон осадочных
бассейнов и процессы подготовки землетрясений.// Прогноз землетрясений,
№11, М.: Душанбе: Дониш, 1989, с.52-60.
2. Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О. Современные движения земной коры
осадочных бассейнов.// М.: Наука, 1989, 199 с.
Рис. 1 Примеры локальных аномалий современных
вертикальных движений земной поверхности типа g для различных
регионов. Условные обозначения: 1 - зоны разрывных
нарушений; 2 - зоны аномальных вертикальных движений; 3 - амплитуды
современных вертикальных движе-ний земной поверхности; 4 - пробуренные
скважины.
Рис. 2 Пример современных суперинтенсивных
деформаций (аномалии типа g) для условий крупно- (а) и мало амплитудного
(б) разломов.
Рис. 3 Сопоставление энергетических характеристик
современных деформационных и сейсмических процессов (а) по профилю
Ашхабад-Бахардок (б), графики удельной объёмной мощности деформационных
(в) и сейсмических (г) процессов.
Условные обозначения: 1 - номера пунктов нивелирования
в аномальных зонах; 2 - глубинные разломы; 3 - осадки; 4 - граниты;
5 - базальты; 6 - поверхность Мохоровича.
|
