ПРИМЕНЕНИЕ БИОГЕОФИЗИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРИЧИН И ПРОГНОЗЕ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОПРИРОДНЫХ КАТАСТРОФ (НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ)
ПРИМЕНЕНИЕ БИОГЕОФИЗИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРИЧИН И ПРОГНОЗЕ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОПРИРОДНЫХ КАТАСТРОФ (НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ) |
|
| Доклад на семинаре "СТИХИЯ", проводимом Институтом "СИНЭКО" |
Н.Н.Новик, Ю.М.Вольфман, Г.Д.Недря
Постоянное увеличение техногенной нагрузки на геологическую среду, наруше-ние условий природного водообмена, искусственное изменение рельефа земной по-верхности и другие аспекты жизнедеятельности человека нередко провоцируют ак-тивизацию негативных геологических процессов (оползнеобразование, подтопление, карстообразование, суффозия и т.п.), имеющих в некоторых случаях катастрофиче-ские последствия. Только в Украине за последние годы произошло множество тех-ноприродных катастроф: оползни в Черновцах, Киеве, Житомире, на Южном берегу Крыма, оползень-поток в Днепропетровске, карстовые провалы во Львовской облас-ти (санаторий "Шкло"), многочисленные аварийные осадки зданий и сооружений в условиях чрезмерного подтопления территорий промышленно-городских агломера-ций.
Для того, чтобы ослабить или полностью исключить влияние негативных природ-ных процессов и явлений на среду обитания и жизнедеятельности человека, необхо-дима разработка превентивных и постоянно действующих мероприятий по инженер-ной защите осваиваемых или эксплуатируемых территорий. Эта разработка должна осуществляться на основе качественной информации о составе и строении этих тер-риторий с использованием всесторонне разработанных прогнозных сценариев изме-нения геологической среды и развития тех или иных процессов под воздействием как естественных причин, так и техногенных нагрузок.
Опыт изучения причин возникновения природных и техноприродных катастроф показал необходимость комплексного использования известных и разработки новых методов для всестороннего изучения строения и свойств геологических объектов (геосистем), развитие которых при определенных условиях чревато катастрофиче-скими для человека последствиями. Для этих целей сотрудниками Института геофи-зики НАНУ и Компании "Геоэколог" был разработан комплекс методов структурно-кинематического анализа территорий, который включает натурное геолого-структурное картирование, сейсмотектонические, неотектонические исследования (морфоструктурное дешифрирование топокарт и космоаэрофотоснимков и морфо-метрические построения), тектонофизическое изучение тектонической трещиновато-сти и др. методы. Так, геолого-структурное картирование предполагает визуаль-ное изучение в обнажениях структурно-вещественных комплексов, слагающих ис-следуемый объект. Морфоструктурное дешифрирование осуществляется с целью выявления новейших разрывов и их систем в пределах исследуемых регионов, изу-чения внутреннего строения зон новейших разломов и оценки их пространственно-кинематических параметров, в том числе - ширины зоны динамического влияния. При этом основными признаками новейших или активизированных разрывов явля-ются их морфологическая выраженность в современном рельефе и смещения вдоль них денудационных, эрозионных или аккумулятивных форм рельефа. Избиратель-ность эрозионных процессов по отношению к наиболее ослабленным разломным зо-нам связана с релаксацией тектонических напряжений у дневной поверхности вдоль разломно-трещинных структур, которые генетически соответствуют (или близки) существующим полям напряжений. Такая связь становится тем более тесной, чем больше тектоническая напряженность района в целом. Морфометрические по-строения осуществляются с целью определения характера и степени деформаций новейших поверхностей выравнивания. Для этого применяется метод количествен-ной оценки новейших вертикальных тектонических движений (НВТД) и выделения зон активных разломов, разработанный на основе эрозионной модели развития рельефа, отражающей связь между НВТД и флювиальными процессами [1,2]. Основу тектонофизических исследований составил метод комплексного изучения пара-генезисов тектонических разрывов и вторичных разрывных смещений в связи с су-ществующими полями тектонических напряжений и их изменениями во времени [3-5]. Основы этого метода описаны во второй части настоящей статьи. В комплексе с методом определения возраста тектонической трещиноватости по выветрелому слою стенок трещин [2,6 ] тектонофизические исследования позволяют произвести дати-ровку сейсмических событий, обусловивших образование этих трещин, и осущест-вить реконструкцию очагов древних землетрясений по парагенезисам синхронных разрывов. Сейсмотектонические исследования в комплексе с вышеперечисленны-ми методами позволили установить ячеистый характер пространственного проявле-ния коровых землетрясений в пределах сейсмоактивных регионов Украины, их структурную приуроченность к новейшим тектоническим разрывам с концентрацией сильных землетрясений в узлах их пересечений, а также выявить связь силы сейсми-ческих толчков с рангом новейших разрывов, который, в конечном итоге, определяет протяженность и ширину деструктивных полей последних. Это дало возможность определить положение местных зон возможного возникновения очагов землетрясе-ний (зон ВОЗ), описать основные корреляционные зависимости, отражающие связь между характеристиками структурно-тектонических элементов и параметрами сейс-мичности, и установить значения предельных параметров сейсмичности для каждого элемента геодинамической системы. Результаты сейсмотектонического анализа при-менялись для определения предельных пространственно-временных и энергетиче-ских параметров сейсмического режима в пределах сейсмотектонических провинций Украины [7,8].
Биогеофизические исследования; нейротехнический способ геологических поисков и разведки. Однако, существует множество причин, вследствие которых прямое изучение природных и природно-техногенных систем для решения насущ-ных практических задач взаимодействия человека с геологической средой невоз-можно или очень затруднено. Так, проведение каких-либо геолого-съемочных, тек-тонофизических, геолого-геофизических, гидрогеологических или инженерно-геологических исследований в пределах промышленно-городских агломераций, ха-рактеризуемых плотной застройкой и весьма развитой сетью различных наземных и подземных коммуникаций, слабой геологической обнаженностью и недоступностью для непосредственных наблюдений, нередко затруднительно, а зачастую и просто невозможно. В этих условиях дистанционные методы исследований, при условии, что они являются высокоэффективными, имеют сравнительно небольшую стои-мость и обладают высокой оперативностью, приобретают особую роль. Как правило, в условиях промышленно-городских агломераций наиболее приемлемыми, если не единственно возможными, являются биогеофизические исследования (геофизиче-ские исследования с применением биосенсоров), в частности, разработанный авто-рами и широко применяемый ими на практике нейротехнический способ геологиче-ских поисков и разведки. Этот способ позволяет на основе пассивной локации дис-танционным путем изучать в плане и в разрезе полевые эффекты естественного электромагнитного поля Земли, связанные с различными геологическими неодно-родностями, фиксировать изменение этих эффектов во времени и пространстве, оп-ределять, какие из них связаны с деятельностью человека [4,9].
Нейротехнический способ геологических поисков и разведки основан: а) на сенсорной чувствительности нервно-мышечных тканей человека (оператора) к изменению напряженности и амплитудно-частотных характеристик естественных физических полей; б) на возможности регулирования сенсорной чувствительности, которое осуществляется изменением порога возбуждения нервно-мышечных тканей путем воздействия на оператора различными искусственно созданными физически-ми полями (электрическим, магнитным, электромагнитным и др.) или иными (меха-ническим, комбинированным и т.п.) способами.
Все виды биогеофизических исследований (картирование в плане, вертикальное зондирование с определением глубины залегания и вещественного состава горных пород и полезных ископаемых) являются дистанционными. Они осуществляются методом пассивной локации путем регистрации адаптивной реакции оператора на изменение напряженности или амплитудно-частотных характеристик внешнего поля при постоянном или переменном, искусственно регулируемом пороге чувствитель-ности. Регистрация адаптивной реакции осуществляется одним из возможных, физи-чески реализуемых способов индикации возбуждения нервно-мышечных тканей, в том числе, по факту непроизвольного вращения механически неуравновешенного контура (рамки), по факту непроизвольного качания маятника в руке оператора.
Носителем информации при биогеофизических исследованиях является естест-венное электромагнитное поле Земли (ЕЭМПЗ), генерируемое различными геологи-ческими объектами. При этом относительная величина его напряженности оценива-ется в момент проявления адаптивной реакции по пороговым значениям напряжения постоянного тока, подаваемого на оператора для регулирования сенсорной чувстви-тельности его нервно-мышечных тканей.
В зависимости от способа индикации адаптивной реакции нервно-мышечных тканей и применяемых для этого технических средств, представляется возможным изучать дистанционно как в плане, так и в разрезе относительное изменение полного вектора (Н), горизонтальной (Hxy) и вертикальной (Hz) магнитных составляющих напряженности ЕЭМПЗ, определять ориентировку осей эллипса поляризации естест-венного поля, соответствующую простиранию основных структурообразующих элементов в пункте проводимых измерений. При электрическом способе регулиро-вания сенсорной чувствительности нервно-мышечных тканей более низким значе-ниям напряженности ЕЭМПЗ биотропных частот соответствуют более высокие по-роговые значения напряжения постоянного тока, подаваемого на оператора, по из-менению которых судят о наличии литосферных неоднородностей, условиях их за-легания и возможной природе, связанной с изменением электрических и магнитных свойств геологического разреза.
Известно, что процесс возбуждения нервно-мышечных тканей наблюдается толь-ко при воздействии на них переменным магнитным полем сверхнизких частот и от-сутствует при воздействии полем высоких частот. Поэтому для расширения возмож-ностей нейротехнического способа исследований естественное поле модифицирует-ся применением радиотехнических средств, подключаемых к оператору. Таким спо-собом полезный сигнал искусственно формируется в виде биений на биологически эффективной частоте, при которой возникает адаптивная реакция. Для этих целей применяются широкополосный генератор электромагнитных колебаний или специ-альные антенны, резонансные свойства которых можно изменять в процессе измере-ний. Это дает возможность изучать напряженность ЕЭМПЗ на любой частоте спек-тра и выделять полосы частот, в пределах которых напряженность аномальна или отличается от остальной части спектра. Этим способом при вертикальном зондиро-вании (которое по своей сути подобно электрическому каротажу и не уступает ему в информативности, но не требует при этом предварительной проходки скважины) в пункте наблюдения последовательно изучается относительное изменение горизон-тальной составляющей напряженности переменного магнитного поля по всему спек-тру частот, от более высоких к более низким. При этом изменение напряженности естественного поля с изменением его частоты, как и при площадных исследованиях, оценивается по изменению пороговых значений напряжения постоянного тока, а по ним, в свою очередь, судят о последовательной смене литологических разностей горных пород и о присутствии других неоднородностей в разрезе. Так, наличию электропроводящих слоев в разрезе, например, глин, соответствуют низкие порого-вые значения напряжения постоянного тока; наличию диэлектриков, например, из-вестняков, песчаников и др. - высокие. Глубина залегания отдельных элементов разреза, которые устанавливаются по изменению горизонтальной составляющей на-пряженности переменного магнитного поля в соответствии с изменением его часто-ты, равняется половине расчетной длины волны (l/2, м) поля, приведенного к верти-кальному. Расчет значений l/2, соответствующих установленным неоднородностям, выполняется по данным позиционных измерений, которые отличаются между собой условиями приема полезного сигнала и учитывают дисперсию показателя прелом-ления и затухания электромагнитных волн при их распространении в горных поро-дах.
Для изучения вещественного состава горных пород и полезных ископаемых в геологическом разрезе (при вертикальном зондировании), а также при геологиче-ских поисках и картировании их залежей (при площадных исследованиях), измере-ния относительных изменений напряженности естественного поля (преимуществен-но горизонтальной составляющей переменного магнитного поля) выполняются се-лективно с резонансной подстройкой на определенный тип вещества. С применени-ем резонаторов адаптивная реакция на изменение напряженности естественного по-ля возникает только при условии, если в общем спектре электромагнитного излуче-ния присутствуют частоты, характерные для данного вещества. В противном случае проявляется эффект торможения деятельности нервной системы, и никакие значения внешнего стимульного воздействия, в том числе и от искусственного источника, ис-пользуемого для регулирования сенсорной чувствительности, не приводят к ее воз-буждению. При использовании резонаторов исследуются спектры поглощения, по-зволяя оценивать степень соответствия состава горных пород и полезных ископае-мых веществу выбранных резонаторов: степень соответствия тем выше, чем выше пороговые значения напряжения постоянного тока. Таким образом устанавливается наличие горных пород и полезных ископаемых в разрезе и оцениваются относитель-ные концентрации минерального вещества в полигенных образованиях.
Все исследования при нейротехническом способе геологических поисков и раз-ведки осуществляют с применением нейротехнического комплекса (НТК), в состав которого входят: а) оператор, он же чувствительный элемент; б) электронный блок регулирования сенсорной чувствительности нервно-мышечных тканей оператора и формирования полезного сигнала на биотропной частоте; в) контрольно-измерительный блок (включая GPS) и средства индикации адаптивной реакции нервно-мышечных тканей; г) блок сопряжения электронных приборов с оператором и компьютером (интерфейс); д) портативный компьютер для управления контроль-но-измерительной аппаратурой и режимом регулирования сенсорной чувствительно-сти нервно-мышечных тканей оператора, для регистрации, хранения и обработки в режиме реального времени результатов измерений; е) источник постоянного тока; ж) специальное программное обеспечение.
Биогеофизические исследования могут осуществляться как в пешеходном вариан-те, так и с применением любых транспортных средств: автомобиля, вертолета (само-лета), а в пределах морских акваторий - катера или судна. Применение транспортных средств позволяет в весьма короткие сроки осуществить рекогносцировочные ис-следования или поисково-оценочные работы на больших площадях, в том числе, на труднодоступных территориях или в пределах водных пространств.
В зависимости от решаемых задач и условий проведения работ, биогеофизические исследования проводятся по сети точек наблюдений либо по системам профилей с детальностью, позволяющей картировать и оценивать пространственные и другие параметры изучаемых объектов. Для детализации структурного плана в процессе полевых наблюдений в ряде случаев применяется непрерывное прослеживание ус-тановленных неоднородностей поля. При необходимости осуществляется глубинное биогеофизическое зондирование для изучения литолого-структурных особенностей геологического разреза, оценки водонасыщенности его элементов и определения степени их загрязнения нефтепродуктами или другими веществами.
Нейротехнический способ неоднократно апробирован авторами на месторожде-ниях нефти и газа (Крым, Карпаты, Левобережье Днепра, Причерноморье, США /штат Техас/, северо-западный шельф Черного моря, Архангельская область), при изучении оползней Южного берега Крыма и Приднепровья (в том числе, на катаст-рофическом оползне-потоке, произошедшем 6.06.97 г. в г. Днепропетровске), при поисках локальных источников водоснабжения (Крым, Грузия, Карпаты, Придне-провье), при оценке степени загрязнения подземных вод нефтепродуктами (Крым, Приднепровье, США /г. Гуаяма, Пуэрто-Рико/).
Структурно-кинематический анализ зон дезинтеграции пород (разломно-трещинных зон, групп единичных тектонических разрывов, разрывов экзогенного и техногенного происхождения), выявленных различными методами, в том числе и с применением нейротехнического комплекса, а также реконструкция геодинамиче-ских условий их образования (активизации) осуществляется с использованием мето-да комплексного изучения парагенезисов тектонических (в том числе, новейших) разрывов и вторичных разрывных смещений. Метод разработан на основе простран-ственно-кинематических закономерностей разломообразования, которые были уста-новлены авторами в процессе тектонофизического, геолого-структурного, морфост-руктурного, морфометрического и др. изучения тектонических разрывов в пределах некоторых регионов Украины и сопредельных территорий. По данным исследова-ний, проведенных в Крыму, в Карпатах, на Кавказе и на Украинском щите: а) уста-новлены устойчивые парагенезисы тектонических разрывов, соответствующие гло-бальным и региональным системам напряжений, и изменение их ориентировки от-носительно современного положения географического меридиана во времени с на-чала фанерозоя до голоцена; б) прослежен механизм трансформации систем напря-жений с изменением их порядка и симметрии относительно поверхности Земли во времени и в связи с развитием деформаций; в) определены критерии соответствия современного разрывообразования и вторичных разрывных смещений существую-щим полям напряжений разного порядка и ранга; г) предложен способ реконструк-ции механизмов очагов древних землетрясений по парагенезисам трещин, прони-кающих в основание древних сооружений и (или) датированных по выветрелому слою.
В результате многолетних исследований тектонических разрывов, условий их об-разования и особенностей последующей активизации, установлено, что домини-рующую роль в структурообразовании изучаемых регионов играют системы диаго-нальных и ортогональных разрывов земной коры. Эти системы, как показал анализ литературных данных, широко распространены на всех континентах (как в пределах платформ, так и в горно-складчатых областях), образуя особую категорию планетар-ных систем разрывов - планетарную трещиноватость. Ее образование и развитие обусловлено планетарными закономерностями накопления напряжений. При этом общепланетарное поле тектонических напряжений вызвано, в основном, двумя при-чинами: постоянно действующими лунно-солнечными приливными деформациями земной коры (волны сжатия -растяжения) и ротационными силами. Новейшие сис-темы планетарных полей тектонических напряжений обусловили все многообразие структурных форм деформаций земной коры, включая как складчатые, так и раз-рывные нарушения различных рангов, порядков и морфокинематических типов. В общем виде это нашло отражение в образовании закономерно ориентированных планетарных систем альпийских горно-складчатых поясов, срединно-океанических хребтов и планетарных разрывов. Эта закономерность проявляется также на регио-нальном и локальном уровнях новейшего структурообразования, что позволяет применить системный анализ для изучения неотектоники в пределах различных сегментов геологической среды в разных масштабах Планетарная ортогональная система полей напряжений, характеризуемая субме-ридиональным или субширотным направлением оси максимальных сжимающих на-пряжений и горизонтальным положением плоскости максимальных и минимальных главных напряжений, формирует разрывные системы диагональной ориентировки (сдвиги). Эти разрывы мы относим к разрывам 1-го порядка, поскольку они образу-ются в общепланетарном поле 1-го порядка. Это поле достаточно динамично и ха-рактеризуется взаимной переориентировкой осей максимальных и минимальных главных напряжений, которая может происходить за сравнительно короткое время. Нашими тектонофизическими исследованиями было установлено, что формирование разрывов и разрывных смещений диагональной ориентировки происходило как при субширотном, так и при субмеридиональном сжатии. Это фиксируется следами пра-во - и левосдвиговых смещений на поверхностях скольжения одного и того же раз-рыва, а также образованием соответствующих парагенезисов трещинных структур. В поле 1-го порядка при субмеридиональном сжатии теоретически равновероятны правые сдвиги (правосдвиговые парагенезисы трещинных структур) северо-западного простирания и левые сдвиги (левосдвиговые парагенезисы трещинных структур) северо-восточного простирания. При субширотном сжатии теоретически равновероятны правые сдвиги (правосдвиговые парагенезисы трещинных структур) северо-восточного простирания и левые сдвиги (левосдвиговые парагенезисы тре-щинных структур) северо-западного простирания. В природе образование разрыва или разрывное смещение чаще реализуются только по одному из возможных на-правлений. Доминирующая роль разрывов одного из этих направлений, вероятно, обусловлена анизотропией деформационных свойств геологической среды и, как следствие, избирательностью разрывообразования в направлении, более предпочти-тельном для развития деформаций.
В результате сдвиговых смещений по одному из диагональных разрывов 1-го по-рядка происходит трансформация напряжений ортогональных систем в одну из диа-гональных систем 2-го порядка таким образом, что ось максимальных нормальных напряжений поля 2-го порядка ориентирована в направлении действия максималь-ных касательных напряжений 1-го порядка. При этом правосдвиговым или лево-сдвиговым смещениям 1-го порядка обязательно соответствуют одноименные сдви-говые смещения (парагенезисы трещинных структур) 2-го порядка, ориентирован-ные субширотно или субмеридионально. Таким образом, ортогональная система разрывов кинематически связана с диагональной, имеет также общепланетарный ха-рактер и представлена сдвигами различных иерархических уровней - от локальных до надрегиональных. Степень проявленности ортогональных систем разрывов зави-сит, с одной стороны, от активности разрывов диагональных систем, с которыми они кинематически связаны, а с другой стороны, определяется анизотропией свойств де-формируемой среды.
В массивах горных пород в зависимости от особенностей проявления механиче-ских напряжений разрывы сплошности могут проявляться в виде отдельных трещин, систем субпараллельных трещин, локализованных деструктивных зон с повышенной плотностью трещин нескольких систем, образующих парагенезисы. В наиболее об-щем виде все разрывы могут быть сколами или отрывами. В условиях тектоническо-го сжатия преимущество приобретают деструктивные зоны сколовых разломов - зо-ны скалывания. Их развитие происходит последовательно: от образования отдель-ных сколов до их концентрации в относительно узкой зоне и, в конечном итоге, до формирования поверхности, концентрирующей все движение. Зоны скалывания кроме трещинных структур могут включать и другие виды тектонитов: структуры пластического течения и рассланцевания, тектонические брекчии и др. По совре-менным представлениям [10,11], зоны скалывания включают следующие парагене-зисы трещинных структур (разрывов): а) L-сколы, которые параллельны направле-нию основного сдвигания в зоне и совпадают с одной из поверхностей главных ка-сательных напряжений; б) R-сколы, ориентированные под углом p/4 - a (где a - угол скалывания, т.е. угол между направлением оси максимального главного напряжения и поверхностью скалывания) к направлению основного сдвигания в зоне, отклоняясь от него при правом сдвиге вправо, при левом - влево; в) R' - сколы, которые ориен-тированы под углом p/4 + a к направлению основного сдвигания в зоне, отклоняясь так же как и R-сколы; г) трещины отрыва Т, ориентированные под углом p/4 к на-правлению основного сдвигания в зоне. В пределах различных зон скалывания в со-вместном нахождении наиболее часто встречаются L и R-сколы. При этом в одном и том же горном массиве очень часто можно встретить системы разрывов (трещинных структур), которые не образуют единых парагенезисов, а представляют перекрещи-вающиеся зоны скалывания одного тектогенеза или наложенные системы, относя-щиеся к различным тектогенезам.
Рассматривая любое разрывное нарушение как сложно дезинтегрированный объ-ем земной коры, ряд исследователей для их характеристики применяют понятие об-ласти или зоны динамического влияния разлома (ЗДВР), которое включает магист-ральный разлом и серию разноранговых сопутствующих разрывов, образующих де-структивные поля в пространстве, сопредельном с магистральным разломом. В про-стейшем случае зона динамического влияния разлома более высокого ранга может быть построена из субпараллельных зон скалывания низших рангов, формирующих-ся в регулярном (не трансформированном) поле напряжений одного и того же по-рядка, постепенно затухающих при удалении от магистрального разлома вплоть до появления отдельных рассеянных разрывов - трещинных структур. Детальные ис-следования ЗДВР свидетельствуют о том, что сдвиговые смещения и связанное с ними разрывообразование согласуются с общим западным дрейфом литосферы, оп-ределяющим положение активного (перемещаемого по латерали) крыла разрыва. При этом ЗДВР долгоживущих сдвигов одного знака (левых или правых), как прави-ло, асимметричны и имеют в своем строении разрывы 2-го и 3-го порядков, которые располагаются только по одну сторону от магистрального разрыва, в его активном крыле. Невозможность региональных разрывных смещений, направленных против общего дрейфа литосферы, ограничивает возможность возникновения разрывов бо-лее высоких порядков, чем 3-й порядок. Зоны динамического влияния сдвигов, кото-рые во времени изменяют свой знак, могут состоять из одного магистрального раз-рыва, в крыльях которого (поочередно активных) симметрично располагаются со-путствующие однопорядковые разрывы и оперяющие разрывы 2-го и 3-го порядков (например, левого парагенезиса в одном крыле и правого - в другом), или ограни-чиваться парными магистральными сдвигами противоположного знака.
Установлено, что ориентировка систем напряжений и связанных с ними деформа-ций на протяжении геологической истории Земли не была постоянной. В настоящее время траектории максимальных сжимающих напряжений в поле планетарных на-пряжений 1-го порядка при субмеридиональном сжатии отклоняются от линии со-временного географического меридиана примерно на 10o к западу, т.е. ориентирова-ны по азимуту 350o (табл.). Соответственно, возможные траектории современных максимальных сжимающих напряжений остальных систем ориентированы по азиму-там 35o , 80 o и 305o. В системах напряжений, повернутых относительно поверхно-сти Земли, эти направления сохраняются, при этом ось максимальных сжимающих напряжений может иметь какой угодно наклон. Более ранние трещинные структу-ры образуют парагенезисы с отклонением линии симметрии к востоку относительно меридиана. Угол между двумя крайними (установленными в Крыму) положениями траекторий максимальных главных напряжений при субмеридиональном сжатии, одно из которых приходится на голоцен, второе - на конец поздней юры- начало раннего мела, составляет около 28° (табл.).
При изучении парагенезисов трещинных структур в более ранних (протерозойских и палеозойских) образованиях Подольско-го склона Восточно-Европейской платформы нами не было установлено таких, в ко-торых диапазон изменения симметрии относительно географического меридиана превысил бы установленный в Крыму, равный 28°. Имеются данные, позволяющие предположить возможность циклического изменения симметрии систем напряжений относительно географического меридиана в общепланетарном масштабе.
Изменение полей напряжений в горных массивах в связи с развитием деформа-ций, рассмотренное выше, является не единственным объяснением их крайней моза-ичности. Земная поверхность - это поверхность, открытая для разгрузки, поэтому массивы горных пород теряют устойчивость, прежде всего в приповерхностном слое. Об этом свидетельствует и более густая сеть трещин в приповерхностном слое, и более высокая степень их раскрытости.
Таблица.
Парагенезисы субвертикальных сколовых разрывов (трещинных структур)
Примечание: L - сколы ориентированы по направлению действия максимальных ка-сательных напряжений; R - сколы ориентированы по отношению к первым под уг-лом p/4-a, где a - угол скалывания.
Существующие поля напряжений на поверхности и в верхних горизонтах земной коры представляют сложную интерференционную картину воздействия общеплане-тарных, региональных и местных источников напряжений. К такого рода естествен-ным источникам напряжений могут относиться: явления мантийного, соляного и глинистого диапиризма, аномальные пластовые давления при наличии газового и жидкого субстрата, литостатическое давление в условиях глубокого эрозионного расчленения и определенной крутизны склонов, различия в гипсометрических от-метках местности, энергия сейсмических волн, градиенты теплового поля и другие факторы. К техногенным источникам напряжений относятся крупные водохранили-ща, городские агломерации, подтопляемые территории, промышленные, в том числе, и ядерные взрывы и др. Чем выше порядок систем напряжений, тем влияние мест-ных источников напряжений ощутимее. Однако практически невозможно разделить экзогенную и эндогенную составляющую напряжений, а также учесть влияние ло-кальных естественных и техногенных источников напряжений на формирование об-щего поля напряжений горного массива. Из множества синхронных, в том числе, со-временных систем напряжений, полученных нами в результате тектонофизических реконструкций, не было обнаружено таких, симметрия которых относительно со-временного положения оси вращения Земли не укладывалась бы в общие законо-мерности. Эти закономерности определены положением оси максимальных сжи-мающих напряжений, которая, независимо от симметрии систем напряжений отно-сительно поверхности Земли, постоянно находится в плоскости, нормальной к уро-венной поверхности. Вследствие этого в системе географических координат она имеет четыре фиксированных положения: меридиональное (субмеридиональное), широтное (субширотное) и два диагональных (с учетом отклонения оси симметрии систем напряжений от современного меридиана, являющегося функцией времени, о чем было сказано выше). При этом локальные источники напряжений не влияют на симметрию систем планетарных напряжений и их трансформаций относительно со-временного положения оси вращения Земли. Но они существенно усложняют их симметрию относительно поверхности Земли, по крайней мере, достаточно для того, чтобы разность главных минимальных и максимальных напряжений стала критиче-ской, и новообразование разрывов или разрывные смещения по уже существующим разломным зонам стали энергетически выгодными. При реконструкции полей на-пряжений, характерных для парагенезисов современных трещин отпора у обрыви-стых склонов и для парагенезисов трещин в стенках карьеров, образованных при проведении взрывов, было установлено, что во всех случаях системы напряжений при самой различной ориентировке и широком спектре углов падения трещин отли-чаются сложной симметрией относительно поверхности Земли. Но при этом остает-ся выдержанной относительно оси вращения Земли ориентировка оси максимальных сжимающих напряжений, занимающая одно из ортогональных или диагональных направлений. По крайней мере, симметрия современных тектонически обусловлен-ных систем напряжений относительно оси вращения Земли или современного гео-графического меридиана ничем не отличается от установленных возмущенных сис-тем, в том числе тех, возникновение которых обусловлено экзогенными геодинами-ческими процессами (заколов оползней, трещин бокового отпора и т.д.).
Таким образом, следует учитывать, что из множества систем разрывов, сформи-ровавшихся за длительную историю геологического развития, на новейшем текто-ническом этапе будут подвержены активизации лишь те, простирание которых со-гласуется с действующими в этот период планетарными полями тектонических на-пряжений. С ними же должны быть согласованы разрывные структуры, образован-ные на новейшем (позднеальпийском) этапе тектонического развития, в том числе большинство современных структур экзогенного происхождения. Примечательным является то, что как раз новейшие тектонически активные разрывы более интенсив-но проявлены в естественном электромагнитном поле Земли. Опыт показывает, что в пределах закрытых территорий выделение этих разрывов и определение их про-странственных параметров возможно на основании особенностей изменения полно-го вектора напряженности естественного поля (Н), его горизонтальной (Нxy) и вер-тикальной (Нz) магнитных составляющих. Структурно-кинематическая характери-стика этих разрывов и зон их концентрации возможна с использованием закономер-ностей развития парагенезисов субвертикальных сколовых разрывов, отраженных в таблице.
Разностороннее методическое обеспечение позволяет авторам этой статьи решать следующие задачи по изучению геологических объектов, выявлению тектонических, геодинамических и др. причин возникновения природных и техноприродных катаст-роф и их прогнозу:
ЛИТЕРАТУРА
| Design by Egor Susin |
