Геологически активные зоны Земли

Введение

Почему земная кора подвижна? В соответствие с первым законом Ньютона, движение происходит при условии воздействия силы. В земной коре постоянно действуют силы (одна из них - сила тяжести), вследствие чего геологическая среда всегда находится в напряженном состоянии. Поскольку горные породы всегда перенапряжены, они начинают деформироваться и разрушаться. Чаще всего это выражается в формировании тектонических швов (разрывов) или смещения блоков горных пород вдоль заложенных ранее активных разломов.

Геологически активные зоны Земли

Активный разлом син. Живой разлом– active fault – разлом с признаками подвижек современных и ожидаемых в ближайшем будущем; американский термин (Wallace R.E., 1949), получивший мировое распространение.

До недавнего времени геологи полагали, что имеют дело с образованиями далекого геологического прошлого, и, как правило, даже не искали способа убедиться в их современной активности. Вместе с тем уже давно специалисты обратили внимание на трещины и смещения земной поверхности при катастрофических землетрясениях. Чаще всего их считали приповерхностными нарушениями грунта от сейсмических сотрясений. Но еще в конце XIX века И.В. Мушкетов предположил, что такого рода разрывы являются выходами на поверхность разлома, подвижка по которому и была причиной землетрясения. Впоследствии его догадка подтвердилась, и потребность прогнозирования мест возможных будущих землетрясений заставила обратить на живые разломы особое внимание.

Термин "живой" или "активный" разлом появился в геологической литературе в конце 40-х годов XX века для обозначения разломов, проявляющих подвижность сейчас и способных проявлять ее в ближайшем будущем. Однако понятие "сейчас" в геологии, имеющей дело с событиями, нередко длящимися миллионы лет, неоднозначно. По одним разломам, например на границе Памира и Тянь-Шаня или в Калифорнии, движения земной коры происходят почти непрерывно, сопровождаясь частыми, но относительно слабыми землетрясениями, и фиксируются смещениями стен, заборов и дорожных покрытий на сантиметры в несколько лет. Другие разломы могут не обнаруживать признаков активности сотни и даже тысячи лет, а затем при сильном землетрясении дать импульс смещения амплитудой в метры. Таковы крупнейшие разломы Монголии и отдельные сегменты гигантского разлома Сан-Андреас в Калифорнии. Наконец, есть живые разломы, и их большинство, которые совмещают сильные сейсмические импульсы с медленными движениями в промежутках между ними. Таков, например, Северо-Анатолийский разлом Турции.

Следовательно, необходимо исследовать определенный временной интервал жизни разлома, чтобы установить его активность и определить ее параметры: интенсивность (среднюю скорость, рассчитываемую по амплитуде смещения в установленный промежуток времени), направление и режим движений. К. Аллен посчитал таким интервалом последние 10-12 тыс. лет, а А.А. Никонов расширил его до сотен тысяч лет. Дальнейшие исследования показали, что в подвижных поясах Земли для оценки параметров активности разлома достаточно изучить его жизнь в течение позднего плейстоцена и голоцена, то есть последних 100-150 тыс. лет, а в равнинных областях с вялыми движениями и редкими землетрясениями следует принимать во внимание и среднеплейстоценовую активность разлома, то есть его поведение в последние 700 тыс. лет.

3.Признаки активных разломов

Важнейшим признаком активного разлома являются деформации. Причем это может быть разнонаправленное, знакопеременное движение с небольшой амплитудой. Для того, чтобы зафиксировать такие деформации, необходимы инструментальные наблюдения высокой точности. Погрешность геодезических наблюдений по реперам, установленным в бортах разлома, должна составлять не более 1–3 мм. Для того, чтобы «поймать» незначительные смещения, имеет смысл установить длинную базу между реперами по простиранию разлома. Т.е. две точки, установленные в противоположных берегах разлома, должны быть еще и удалены друг от друга на расстояние не менее 50 м. Частота измерений по выбранным пунктам наблюдения должна составлять не менее 1 раза в сутки. При использовании высокоточных GPS–технологий имеет смысл вести непрерывные наблюдения. Необходимо помнить, что заметные для инструментальных наблюдений подвижки могут происходить нерегулярно и скачкообразно. Предсказать их заранее без серии предварительных наблюдений практически невозможно.

Помимо деформаций, явным признаком активного тектонического разлома являются повышенные фильтрационные свойства скальных пород. Как было сказано выше, любая проницаемая трещина является результатом современного силового воздействия на массив. В зоне разлома, как в зоне повышенного уровня деформаций, открытых трещин всегда будет больше. Наличие в массиве локальной линейной зоны повышенной проницаемости есть важнейший признак активного разлома.

Гидрогеологические признаки выступают в качестве ведущих признаков при изучении современных активных тектонических разломов. Подземные воды являются универсальным индикатором современного напряженного состояния пород. На картах гидроизогипс активные разломы проявляются в виде линейных зон, дренирующих локальные площади. Наблюдения за уровнем подземных вод в процессе дренажных работ или при ведении опытно–фильтрационных работ показывают, что форма депрессионной воронки в трещинном водоносном горизонте практически никогда не соответствует окружности. Ускоренное развитие депрессии происходит вдоль линейных проницаемых зон. Таким образом, формируются своеобразные языки, разбегающиеся вдоль активных разломов. Депрессия уровней в этом случае напоминает изображение амёбы.

Активные разломы могут быть полезны при использовании их в качестве источников водоснабжения, при организации дренажных работ. В случае, когда активный разлом пересекает горную выработку, он может стать источником значительных, иногда катастрофических водопритоков. Кроме того, проницаемые зоны разломов нередко способствуют ускоренному распространению загрязнителей подземных вод вблизи промышленных предприятий.

4.Методы выявления активных разломов
Для обнаружения активности разлома используют комплекс геолого-геоморфологических, геофизических и геодезических методов.

Наиболее широко применяют геолого-геоморфологические методы – выявление смещений и деформаций в зоне разлома молодых отложений и форм рельефа: русел, морских и речных террас. Особенно надежно определять движения вдоль разломов по смещениям современных и древних сооружений (зданий, ирригационных систем), поскольку в таких случаях более точно устанавливаются возраст и соответственно скорость подвижки. Так, вдоль Главного Копетдагского разлома на юге Туркменистана обнаружены горизонтальные смещения на несколько метров древних подземных оросительных галерей и даже стены средневековой крепости. Длительность выявленных подвижек оценивается по возрасту геологических образований и сооружений, смещенных разломом и перекрывающих смещение.

Хорошие результаты дают радиоизотопные методы (радиоуглеродный по отношению ¹⁴С / ¹²С и уран-иониевый по отношению изотопов урана), а также исторические и археологические оценки.
О современных подвижках по разлому можно судить по изменению относительного положения пунктов повторных геодезических измерений, расположенных в его крыльях. Многолетние исследования показали, что более устойчивы горизонтальные перемещения вдоль разлома (сдвиги) и поперек к нему (надвиг одного крыла на другое или их раздвигание), тогда как вертикальная компонента перемещений подвержена частым вариациям, иногда намного превосходящим многовековой тренд. Поэтому наилучшие результаты дают космогеодезические наблюдения с помощью спутников, приемников и средств обработки данных так называемой GPS-системы, у которой точность измерений горизонтальных перемещений достигает первых миллиметров. Сущность системы в том, что спутник с точно определяемыми параметрами орбиты посылает сигналы, прием которых позволяет измерить координаты наземных пунктов наблюдений. Сравнение результатов измерений разных лет показывает относительное перемещение пунктов, то есть деформацию в зоне разлома, которая может сразу сниматься движением по нему, а может накапливаться и по прошествии многих лет реализоваться сильным землетрясением.

Аэрофото- и космосъемка широко при меняются как в отдельности, так и в сочетании с другими методами, например, с геологическими. На снимках хорошо видны как тектонические структуры, так и их влияние и связь с рельефом, гидросетью, характером морских берегов и т.д. Особенно хорошо они видны на стереопарах снимков..

Подробно о дешифрировании космоснимков пишут Н.С. Афанасьева с соавторами (1987). В их работе есть не только сведения о дешифрировании, но также и о геохимических особенностях энергоактивных зон, о их связях с рельефом, гидросетью.

В настоящее время во всем мире выполняется огромное количество работ с применением методов спутниковой радиолокационной интерферометрии. Это оценка деформаций в результате опасных геологических процессов (землетрясения, вулканы, оползни, просадки грунтов и мн. др.), техногенных процессов (просадки сводов туннелей и горных выработок, отдельных зданий и т.д.) и задачи экологического мониторинга (разливов нефти, например).

Спутниковые данные для проведения такого рода исследований являются открытыми и могут быть получены в космических агентствах стран, владеющих спутниками. Тем не менее, объем работ в этом направлении в России невелик, хотя в такой огромной и динамично развивающейся стране как Россия, приложений для методов спутниковой интерферометрии особенно много.

Возьмем в качестве примера Алтайское землетрясение 27.09.2003 г. За три года до этого землетрясения на Алтае был организован геодинамический полигон. Более пяти лет здесь проводятся высокоточные геодезические измерения. Сразу после землетрясения была развернута сейсмологическая сеть, проведены сейсмотектонические исследования. По настоящее время проводится сейсмологический мониторинг. В то же время, весьма информативные исследования по методу спутниковой интерферометрии не проводились, модель поверхности разрыва не была построена. Эти исследования были выполнены нашими коллегами из США и Великобритании, но без использования огромного объема данных, собранного российскими учеными. Первая российская работа по комплексной инверсии наземных и спутниковых данных для очаговых зон землетрясений была выполнена в ИФЗ РАН. В результате была построена комплексная модель косейсмических деформаций для Алтайского землетрясения.

Дата добавления: 2015-07-15