Прогнозирование тектонически-опасных территорий Республики Турция с помощью линеаментного анализа

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Кафедра экологии и наук о Земле

Курсовая работа

по дистанционным методам геологического дешифрирования

Прогнозирование тектонически-опасных территорий Республики Турция с помощью линеаментного анализа

студентки VI курса группы 6022

Овсиенко Е.П.

Руководитель: Анисимова О. В.

Дубна, 2011

Оглавление

  • Введение
  • Теоретическая часть
    • 1. Представление о линеаментах, их поиск и изучение
    • 2. Методика линеаментного анализа картографических материалов
    • 3. Физическая природа линеаментов
    • 3.1 Физические механизмы проявления линеаментов на космических изображениях
    • 4. Использование метода линеаментного анализа для прогнозирования тектонически-опасных территорий
    • 4.1 Физическая природа линеаментов, регистрируемых на космических изображениях при мониторинге сейсмоопасных территорий
    • 4.2 Типы землетрясений
    • 4.3 Виды прогноза
    • 4.4 Сейсмические зоны
  • Практическая часть
  • Список литературы

Введение

Аэрокосмические методы исследования природной среды в настоящее время представляют источник основополагающей информации в решении теоретических и прикладных проблем природопользования и развитии наук о Земле. По дешифрованным снимкам можно сделать выводы о многих аспектах экологического состояния Земли в целом и ее регионов в частности.

Геологические тела и их комплексы слишком велики, чтобы при наземном изучении находиться в едином поле зрения наблюдателя, и не могут изучаться сразу по всей площади распространения. Большая обзорность и выраженность геологических тел в фотоизображении делают реальным картирование геологических образований, основанное не на интуитивных соображениях, а на объективных данных дешифрирования. КС (космические снимки) не заменяют ни более крупномасштабных аэроснимков, ни тем более наземных наблюдений и сколько-нибудь полно их возможности реализуются только при совместном анализе данных дешифрирования МДЗ (методом дистанционного зондирования) и данных, полученных другими методами геологических исследований. Использование К С в структурно-геологических исследованиях, во-первых, позволяет улучшить существующие геологические карты (как за счет уточнения рисовки контуров геологических тел, так и за счет детализации структурных характеристик последних), а, во-вторых, расширяет набор картируемых геологических образований ввиду выявления малоамплитудных и «рассеянных» зон тектонических деформаций, нетрадиционных линейных и площадных геологических объектов различной конфигурации и пр.

Дешифрированные снимки помогают «посмотреть с высоты» на геологическое строение выбранной территории. Полученная информация может быть использована по-разному в зависимости от поставленных задач. Исходя из этого, также, выбирается метод дешифрирования.

С давнего времени людей интересовала тектоническая активность земной коры, последствия этой активности и способы предугадать ее место и время. С течением времени ученые выяснили причины этого явления, но вот предсказать его получалось не всегда, хотя были предприняты многочисленные попытки к разгадке этой тайны. Одним из самых эффективных методов прогноза является изучение опасных мест с помощью линеаментного анализа КС.

Теоретическая часть

1. Представление о линеаментах, их поиск и изучение

На поверхности Земли ясно видны гигантские прямые или слабоизогнутые линии: ровные контуры значительных по протяжённости участков берега некоторых континентов и островов, водоразделов и горных систем, а так же речных долин. Такие ориентированные в одном направлении контуры географических объектов американский геолог Уильям Хоббс в 1911 году назвал линеаментами. Однако лишь в космическую эру они стали считаться одной из главных особенностей структуры поверхности нашей планеты. На глобальных и региональных космических снимках, выполненных во все времена года и в разных зонах спектра, отчётливо дешифрируется огромное количество «штрихов», отсутствовавших на картах любого масштаба. При детальном изучении этих линий на локальных снимках выяснилось: их изображение складывается из хорошо выдержанных по простиранию границ ландшафтных зон, всевозможных уступов, цепочек озёр и других понижений, ледниковых трогов, линий раздела различных типов почв или растительности. Протяжённость наиболее крупных линеаментов достигает 25 000 километров, ширина — первые сотни километров. Была охарактеризована сеть крупнейших линеаментов и выделено среди них пять групп. Меридиональные линеаменты, образуют равномерную систему сближающихся от экватора к полюсу линейных структур, расположенных в 600−800 км одна от другой и не отклоняющихся более чем на 15о от меридионального направления. Широтные приурочены в основном к северо-востоку Азии и находятся на расстоянии 800−1000 км друг от друга. К диагональным линеаментам отнесены структуры северо-западного, северо-восточного и дугообразного простирания. Самая западная линеаментная зона, открытая в 1925 году немецким геологом Хансом Штилле и получившая его имя, протягивается от Тронхейма, в Норвегии, на юг через озеро Мьёса, вдоль западного побережья полуострова Ютландия и меридиональную долину реки Рейна. Далее к югу по долине реки Роны зона прослеживается через острова Корсика и Сардиния на Африканский континент. Протяжённость европейского отрезка «линии Штилле» составляет более 3500 километров. Заслуга выделения глобальной линейной Урало-Оманской структуры принадлежит А. Карпинскому. В 1894 году он описал меридиональные нарушения, проходящие вдоль Уральского хребта и продолжающиеся до низовьев Амударьи. Французский геолог Раймо Фюрон доказал, что они тянутся через Иран далеко к югу — до острова Мадагаскар. При детальном изучении было установлено, что эта линеаментная зона в виде широкой (более 300 км) полосы прослеживается от Пай-Хоя примерно по меридиану 60о по Уралу, через Каракумы и Иранское нагорье. За Оманским заливом зона отклоняется к юго-западу и достигает западного побережья Мадагаскара. Её длина определена в 15 000 километров.

Енисейско-Салуэнский линеамент проходит от Карского моря по долине реки Енисей через стык Алтая и Западного Саяна. Затем он следует в Центральной Азии приблизительно по меридиану 95о, через верховья Янцзы и вдоль сближенных долин Иравади, Салуина и Меконга. В Индийском океане линеамент представлен подводным Восточно-Индийским хребтом. Его общая длина составляет 9000 километров. К глобальным структурам в настоящее время относят и Верхояно-Марианскую (18 000 км). В Северном Ледовитом океане к ней принадлежит подводный хребет Гаккеля, далее она фиксируется на Новосибирских островах и через Верхоянское сооружение хребет Сетте-Дабан прослеживается по Сахалину, Хоккайдо и Хонсю. Южнее линеамент проходит по островам Бонин и Марианским и, обойдя с востока остров Новая Гвинея, достигает акватории между Австралией и Новой Зеландией. К категории наиболее чётко дешифрируемых линеаментов принадлежит Чаунско-Олюторский (7500 км). От Чаунской губы он протягивается через весь северо-восток Азии примерно вдоль 170о в.д. до Олюторского полуострова и далее, почти не меняя направления, фиксируется в виде подводного Императорского хребта. Группа широтных линеаментов уступает меридиональным. Самый северный начинается близ Воркуты и, проходя по стыку Полярного Урала и Пай-Хоя, устанавливается на севере Западно-Сибирской равнины, на плато Путорана. Далее он оконтуривает с юга Анабарское плато, пересекает Верхоянский хребет, а восточнее фиксируется в рельефе в виде кряжа Полоусный и хребта Улахан-Сис. Затем линеамент выявляется на Чукотском полуострове и прослежен на Аляске в виде хребта Брукс. Его общая длина составляет 7500 километров. Корякско-Ухтинский линеамент (7500 км) начинается от низовья Северной Двины и, пересекая Урал, оконтуривает с севера Сибирские Увалы. Затем он «заставляет» течь широтным курсом Нижнюю Тунгуску и Вилюй, а далеко на востоке проявляется в структурах Корякского нагорья тогоже направления. Охотско-Московский линеамент начинается у Куршской косы (южное побережье Балтийского моря). Восточнее эта протяжённая структура (9500 км) отмечается на Восточно-Европейской равнине широтными отрезками течения Волги и Камы. Не проявляясь на Урале, она проходит по центральной части Западно-Сибирской равнины, определяет широтное направление долин Ангары и Алдана, а также северного берега Охотского моря. Из линеаментов северо-западной группы наиболее выраженными являются:

Баренцевоморско-Тайваньская структура (25 000 км), состоящая из ряда параллельных ветвей, кулисообразно сменяющих одна другую. Западная часть структуры прослежена от Нордкапа до Тимана. Затем она диагонально пересекает Средний Урал, всю Центральную и Юго-Восточную Азию и затухает на острове Калимантан. Более отчётливо проявляется восточная ветвь этого линеамента. Она отмечена в Печёрской низменности и на Западно-Сибирской равнине, выявлена в западной части Гоби и пустыне Алашань. Затем она достигает острова Тайвань и продолжается по дну Тихого океана. Красноморско-Боденский линеамент (9000 км) берёт начало на острове Ирландия и, проходя по Европейскому материку через Вогезы к Боденскому озеру, упирается в дугу Альп, где не проявляется. Снова линеамент дешифрируется далее к юго-востоку, в бассейне реки Савы. Затем он переходт на западное побережье Малой Азии и протягивается

вдоль Красного моря в Индийский океан до Сейшельских островов. Эльбско-Загросская структура (10 000 км) возникает у южного берега Исландии, по Фарерско-Исландскому порогу пересекает Атлантику и Северное море, появляясь на континенте у основания Ютландского полуострова. Далее линеамент идёт вдоль долин Эльбы и Одры, режет Карпаты и выходит к Чёрному морю в низовьях Дуная. В Малой Азии линеамент дешифрируется в восточной половине Понтийских гор, вдоль хребта Загрос достигает Аравийского моря и протягивается параллельно всему западному берегу полуострова Индостан. К северо-восточной группе линеаментов принадлежит пять структур длиной от 4500 до 10 000 километров. Одна из них, Алтынтагско-Охотская (8500 км) начинается на южном побережье Аравии и в море соответствует подводному хребту Меррея. Выйдя на Азиатский материк, она определяет простирание нижних течений Инда и Сатледжа. В Гималаях, дешифрируясь лишь участками, линеамент отмечается в Тибете и чётко проявляется в хребте Алтынтаг. Далее он пересекает в северо-восточном направлении пустыню Гоби и подходит к берегу Охотского моря около Шантарских островов. В группе дугообразных линеаментов относятся: Линия Карпинского (7500 км), она начинается у гор Монтань-Нуар, на юге Франции. Огибая по дуге Альпы и Карпаты, она фиксируется в Свентокшиских горах, в районе Канева, Донецком кряже, Прикаспийской низменности и на полуострове Мангышлак. Затем линеамент проходит через Султан-Увайс, у 61о в.д., и прослеживается до Сулеймановых гор. Пальмиро-Барабинский линеамент (11 000 км), давно известный на отрезке Ливан — долина Куры, на юго-западе переходит в Африку. В Азии он прослежен через Апшерон, северное побережье Аральского моря и озеро Тенгиз в район юго-восточнее озера Чаны. На Среднесибирском плоскогорье он установлен вдоль широтного Московско-Охотского линеамента. А затем через Забайкалье и Приамурье достигает пролива Цугару. Среди линеаментов других континентов можно выделить следующие гигантские линейные структуры: на Африканском материке выявлено продолжение меридиональной зоны Средиземное море — озеро Мьёса. От побережья Туниса она пересекает Сахару на юг и достигает залива Биафра. Длина отрезка более 3500 км. Атласско-Азовский линеамент, начинаясь на побережье Атлантики, проходит вдоль всей горной системы Атлас и через Сицилию и юг Апеннинского полуострова выходит к нижнему Дунаю. Далее он контролирует северный берег Азовского моря и долину нижнего Дона, заканчиваясь у Волгограда. Длина этой структуры на территории Африки 1500 км (общая протяжённость — 6000 км). Широтный линеамент Бохадор-Рибат (5000 км) начинается у мыса Бохадор, на атлантическом побережье материка. Несколько отклоняясь к северу, он пересекает всю Сахару и достигает Суэцкого залива у 30о с.ш. Далее, почти не меняя направление, структура протягивается через Аравийский полуостров и Иранское нагорье, заканчиваясь у 64о в.д. К северо-восточной группе африканских линеаментов относится Леврие-Зоруг (3500 км). От бухты Леврие, у 21о с.ш., около мыса Нуадибу он пересекает Сахару до мыса Зоруг, залив Сидра. В Южной Америке следует отметить два линеамента — Амазонский (3500 км), контролирующий почти широтную долину Амазонки, и меридиональный Парагвайско-Паранский (2500 км).К линеаментным структурам следует отнести и Долину МГГ в Антарктиде.

2. Методика линеаментного анализа картографических материалов

Линеаментный анализ, как комплекс методов геологического картирования, основан на интеллектуальной обработке информации, которая по способам получения и формату данных, ранжируется, минимум, на три класса: материалы дистанционных аэрокосмических исследований, топографические карты и карты геологического содержания, прочие геологические, геофизические и иные данные. Ранжированность информационной базы, широкий набор диагностических признаков и разновидностей линеаментов обуславливает разнообразие методологических подходов к их изучению.

Картирование линеаментов является одной из главных и наиболее успешно решаемых задач морфоструктурного анализа и включает минимум три взаимосвязанных методических подхода — изучение геометрических свойств рельефа, геолого-геоморфологическое картирование, дешифрирование и интерпретация данных других методов геологических исследований (дистанционных, геологосъемочных, геофизических и др.).

Методика геометрического (син. — морфометрического) анализа рельефа земной поверхности предполагает использование топографических карт широкого масштабного ряда. На подготовительном этапе морфометрических исследований решаются задачи по подбору кондиционных топографических карт изучаемой площади, в том числе в цифровом варианте с высоким разрешением изображения, векторизация растровых электронных изображений топокарт и создание цифровых моделей рельефа (ЦМР). Для конкретизации и детализации задач исследований, по материалам предшествовавших работ, также составляются карты геологической изученности территории, геоморфологическая и геолого-структурная схемы с обязательной привязкой на подготовленных топокартах (макетах) главных геологических структур и их элементов, объектов исследований (участков, массивов горных пород, проявлений полезных ископаемых, водоносных пластов, геофизических и/или геохимических аномалий и т. п.). По итогам подготовительных работ составляется геологическое задание, создаются предварительные схемы и модели, определяются эталонные объекты и участки для детального изучения и осуществляется выбор методов исследований.

На сегодняшний день существует достаточно большое количество методов морфометрического анализа рельефа под решение самых разных научных и прикладных задач, многие из которых усовершенствованы под применение цифровых моделей и технологии Географических информационных систем (ГИС). Для решения задач картирования линеаментов наиболее часто применяются морфологический (качественный) анализ, картометрические измерения и расчет морфометрических показателей форм рельефа.

Морфологическое изучение рельефа земной поверхности в линеаментном анализе включает в себя:

— выявление диагностических признаков линеаментов — прямолинейных отрицательных форм рельефа, экспонированных прямолинейных склонов, эскарпов и уступов, последовательности прямолинейных отрезков мелких водотоков, пересекающих в одном направлении водоразделы и долины, прямолинейность осевых линий водоразделов, участков сгущения и перегибов горизонталей и т. д. ;

— классифицирование индикационных форм рельефа, определение их пространственной упорядоченности и изменчивости, оконтуривание зон концентрации предполагаемых линеаментов;

— установление линеаментов и линеаментных зон, трассирующих по направлениям простирания документально засвидетельствованных разрывных нарушений; ранжирование линеаментов и их отображение на картах и схемах определенными условными линиями и знаками.

Метрические измерения в линеаментном анализе, в зависимости от ландшафтных условий местности, обычно выполняются по упрощенной методике, включающей, обычно, составление карт порядковости водотоков и карт базисных поверхностей нужных порядков. При достаточно сильной расчлененности рельефа, развитой овражно-балочной сети, высокой плотности водотоков низких порядков и т. п., измерения углов наклона склонов позволяют оконтурить участки и зоны интенсивной эрозии, участки сохранности древних реликтовых форм рельефа и другие косвенные признаки наличия разрывных деформаций кристаллических горных пород. Также, нередко используются расчеты плотности и глубины заложения водотоков низких порядков, порядковости водораздельных линий, густоты и глубины расчлененности склонов с составлением соответствующих карт и схем.

Подробно, методика морфометрического анализа освещена в работах В. П. Философова, Р. Х. Пириева, В. И. Анисимова, В. А. Червякова и других ученых. В качестве примеров морфометрических исследований с использованием ГИС-технологий можно отметить работы К. А. Мальцева; Ю. О. Антипцевой, Ж. А. Думит; И. Ю. Черновой др.; В. А. Загорулько и др.; И. В. Глейзера и др.

Несмотря на то, что измерения количественных параметров рельефа и определение их распределения являются точными методами в геоморфологии, полностью решить задачи морфоструктурного (линеаментного, в частности) анализа только метрическими методами не представляется возможным. Так, И. В. Глейзер и др. (2006), отмечает, что морфометрические исследования с использованием ГИС-технологий, как правило, не включают в себя анализ изменчивости количественных характеристик рельефа в связи с его возрастом и генезисом.

Изучение линеаментов начинается уже на подготовительном этапе к полевым изысканиям. По картам фактического материала геолого-разведочных работ прошлых лет определяются участки наименьшей геологической изученности, определяются малодостоверные или умозрительные элементы морфоструктур, геологические и геоморфологические границы, геоморфологические поверхности или их элементы (например, террасы). Составляется предварительная геолого-структурная (структурно-формационная) основа, на которой, по результатам дешифрирования фотоснимков, морфологического и морфометрического анализа топографических карт исследуемого района, отображаются предполагаемые линеаменты, опорные участки, разрезы, отмечаются наиболее важные точки наблюдений.

При подготовке к геологическому изучению территории масштаба 1: 50 000 и крупнее, со значительными проектируемыми объемами топографо-геодезических, геофизических, горно-буровых и др. работ, анализ топографических карт в целях сокращения временных затрат часто проводиться по упрощенной методике. На геолого-структурную основу, составленную по материалам предшествовавших геолого-съемочных работ среднего масштаба картирования, выноситься упрощенная геоморфологическая и неотектоническая нагрузка — границы поверхностей, депрессий и крупных поднятий, долины и карстовые понижения, в том числе погребенные, крупные линеаменты, линейные, дугообразные и кольцевые неотектонические морфоструктуры, установленные с высокой достоверностью. На топографической основе поднимаются прямолинейные отрезки русел крупных рек, водотоков низких порядков, тальвегов ложбин и оврагов, которые образуют при соединении пунктиром относительно прямолинейные линии или с незначительным смещением четко выраженные системы, пересекающие друг в друга или утыкающиеся в другие линии, перегибающие или ограничивающие осевые линии поднятий и водоразделов. Среди таких, пространственно упорядоченных линий, проведенных по элементам (руслам, обрывам, тальвегам) отрицательных форм рельефа, обособляются в качестве предполагаемых линеаментов линии, продолжающие по простиранию достоверно установленные или предполагаемые по геофизическим и другим данным разрывные нарушения или зоны трещиноватости пород, также линии совпадающие с контактами интрузивов, вулканических построек или их структурных элементов, даек, жильных зон и рудных тел, линейных геофизических и геохимических аномалий и т. п. Другие линии, выделяемые по сугубо морфологическим признакам, следует классифицировать как потенциально возможные линеаменты.

На схему (карту) обеспечения структурно-геологических и структурно-геоморфологических исследований в ходе полевых геолого-съемочных работ выносятся достоверно установленные элементы геологических структур и морфоструктур, установленные и предполагаемые линеаменты, наиболее крупные линии потенциально возможных линеаментов, опорные участки и разрезы, известные обнажения с пересечениями разломов выходы сильно трещиноватых пород, даек и жильных тел, возможные точки подсечения разломов. В виде накладки составляется оперативная схема маршрутных линий, согласованная с общим планом размешения маршрутов, профилей геофизических, геохимических, шлихоминералогических, горных и буровых работ. В процессе полевых наблюдений предварительная карта и схема размещения маршрутов и точек, как правило, существенно видоизменяются в текущие варианты, за исключением наиболее достоверно установленных базовых элементов геологических структур.

Особенности изучения линеаментов в поле заключаются в следующем. В ходе маршрутных пересечений и первичной документации производиться геоморфологическая привязка опорных точек наблюдений, обнажений и разрезов (в том числе некоторых горизонтов рыхлых пород, например элювиальных), а также выполняются азимутальные измерения линейно ориентированных элементов мезо- и микрорельефа (эрозионных останцов, уступов, тальвегов оврагов и т. п.). В выходах скальных пород, где фиксируются разрывные нарушения, интенсивно трещиноватые породы, дайки и жильные тела, прожилковая минерализация, линейная ориентировка минералов и т. п., наряду с обязательными геологической документацией и инструментальными измерениями залегания структурных элементов, отбором ориентриованных образцов пород, необходимо геолого-геоморфологическое и геофизическое прослеживание по простиранию короткими поперечными профилями, а при поисковых работах рекомендуется подсечение минерализованных зон разрывных нарушений горными выработками (канавами, линиями шурфов).

линеамент картография землетрясение аэрокосмический

3. Физическая природа линеаментов

Системы линеаментов очень динамичны. Это доказывается как результатами автоматизированного линеаментного анализа космических изображений сейсмических областей [1−4, 6], так и геодезическими наблюдениями в пределах платформ и подвижных поясов [7, 8].

По данным работы [7] в разломных зонах земной коры, как на платформах, так и в подвижных поясах наблюдаются очень активные аномальные высокоамплитудные деформационные процессы со скоростями движений поверхности свыше 50 мм/год, то есть порядка 10−4 — 10−5 в год. Они короткопериодичны (от первых месяцев до первых лет), пространственно локализованы (от первых сотен метров до первых километров) и обладают пульсационной и/или знакопеременной направленностью. При этом деформации на платформах значительно интенсивнее деформаций сейсмогенерирующих разрывных нарушений. И лишь в период подготовки землетрясений в последних резко возрастает интенсивность деформаций.

Существующие модели глубинной геодинамики не способны объяснить наблюдающийся пространственно-временной спектр современных движений земной коры и особенно возникновение интенсивных движений в зонах платформенных разломов. Выполненные в работе [7] эмпирические обобщения позволили автору сделать вывод о том, что в качестве источников активности зон разломов должны выступать процессы, протекающие внутри самих разломных зон.

В целом физическую природу возникновения интенсивных деформаций в разломных зонах платформ и подвижных поясов (как в сейсмических, так и асейсмических их участках) можно представить следующим образом [7, 8]. Геологическая среда находится в обстановке внешних и внутренних (эндогенные и экзогенные), квазистатических (глобальные и региональные поля напряжений) и динамических (приливы, неравномерности вращения Земли, процессы подготовки землетрясений, сейсмические волны, техногенные процессы и т. д.) нагрузок. Кроме того, в разломных зонах, особенно осадочных бассейнов, постоянно присутствует и перераспределяется динамически основная и химически агрессивная флюидная система.

Взаимодействие и совместное влияние всех этих факторов реализуется, в первую очередь, в условиях повышенной концентрации дефектов среды, то есть в зонах разломов с неустойчивыми механическими характеристиками, посредством кратковременных флуктуаций жесткостных характеристик горных пород в локальных объемах. Это приводит к возникновению интенсивных деформаций в разломных зонах, а, следовательно, выражению их в ландшафтных (микроландшафтных) признаках, проявляющихся на космических изображениях в виде линеаментов.

На основе аналитических и численных моделей, связывающих характеристики интенсивных деформаций разломных зон, наблюдаемых на поверхности Земли, с параметрами источников на глубине, можно оценить распределение аномальных напряжений и деформаций по глубине и определить местоположение источников аномалий (областей повышенной трещиноватости) внутри разломных зон.

С использованием технологий решения обратных задач современной геодинамики разломов можно определить диапазоны глубин, размеры, форму и степень разупрочения областей формирования интенсивных деформаций. Совместный анализ этих результатов с геодинамической и геолого-геофизической обстановкой ряда регионов, проведенный в работах [7, 8], показал, что источники этих деформаций залегают в диапазоне глубин от первых десятков метров до первых километров, имеют (в сечении) форму длинных, субвертикально ориентированных прямоугольников, приуроченных к зонам залегания флюидонасыщенных, трещиноватых пород. Ранее близкие выводы были сделаны в работе [5], в которой показано, что линеаменты, трассирующие зоны повышенной нарушенности, деформированности или раздробленности земной коры, могут отражать подводящие каналы различных флюидов и растворов.

В связи с этим облик линеаментов, выявляемых на космических изображениях, является генерализованным отражением на земной поверхности как деформаций, так и флюидного режима приповерхностных частей земной коры.

3.1 Физические механизмы проявления линеаментов на космических изображениях

Природу линеаментов, проявляющихся на космических изображениях, обычно связывают с отражением на земной поверхности разноглубинных видимых и скрытых разломов земной коры [9]. В наиболее простом варианте, когда разрывное нарушение достигает земной поверхности, линия разлома визуально дешифрируется на космическом изображении в виде явно выраженного линеамента, интенсивности и четкость проявления которого связана с контрастностью движений по линии разлома. Интенсивность линеаментного проявления разлома зависит также от угла наклона поверхности разлома: единичные линеаменты или узкие линеаментные зоны при вертикальном положении разлома, положении, при котором в приразломной части (вблизи поверхности сместителя) возникает целая серия (зона) сопутствующих разрывов (трещин).

Если разлом не достигает поверхности, затухая на той или иной глубине, его поверхностное выражение представляет собой некую зону рассеянных (трещинных) деформаций, которые визуально выделяются на космических изображениях в виде узких или достаточно широких линеаментов в зависимости от мощности перекрывающего его осадочного чехла (чем мощность больше, тем линеамент шире) и от интенсивности движений по скрытому разлому (чем больше интенсивность, тем шире зона трещин и линеамент).

Линеаменты, визуально регистрируемые на космических изображениях, могут отражать через вторичные индикаторы не только формы дислокационного происхождения (разрывы, трещины, складки), но и некоторые линии (зоны, полосы) повышенного или пониженного напряженного состояния коры [9].

Линеаменты и линеаментные зоны являются зонами (каналами) повышенной проницаемости земной коры. Они служат проводящими путями растворов и газов, как правило, более высокотемпературными по сравнению с поверхностью Земли или морского дна. Данное обстоятельство нередко приводит к уникальным современным явлениям и процессам: протаивание протяженных узких зон, возникновение зон дробления льда, к которым, например, на Байкале обычно приурочены нерпичьи лунки пропаривания, апвеллинг, линейность облачного покрова и др. [5].

Степень видимости систем линеаментов на космических изображениях во многом зависит от напряженно-деформационного состояния земной коры. Как нами [1−4, 6], так и другими исследователями, например [5, 9], установлено, что ориентировка линеаментов в пространстве и их геодинамическая реализация достаточно тесно взаимосвязаны: диагональные линеаменты образуют преимущественно зоны скалывания, ортогональные — зоны сжатия (широтные) и растяжения (меридиональные). Поэтому особенности физической природы линеаментов, выделяемых на космических изображениях, связаны прежде всего именно с этими особенностями поля напряжений, обусловливающих характер деформаций и проницаемости земной коры.

Таким образом, степень видимости (различимости) линеаментов на космических изображениях и физические механизмы, ответственные за их проявления, зависят, прежде всего, от характера напряженнодеформированного состояния земной коры и связанной с ним проницаемостью земной коры, которые обусловливают «физиономичность» линеаментов, то есть выраженность в ландшафтах и физико-химических свойствах поверхности Земли, за счет изменения влажности, температуры, степени окисленности, выщелоченности, выветриваемости и других свойств почво-грунтов и горных пород и растительного покрова.

Напряжения, деформации и проницаемость земной коры тесно связаны между собой и зависят от характера поля напряжений, которое в глобальной линеаментной тектонике обусловлено ротационными силами.

Что же прежде всего влияет на степень выраженности линеаментов на космических изображениях — деформации или проницаемость земной коры, то есть ее флюидно-газовый режим?

Как показали геодезические обобщения, выполненные для платформенных структур и подвижных поясов по регулярной сети наблюдений один раз в неделю-месяц, деформации в разломных зонах короткопериодичны и активизируются с тем же или противоположным знаком движения земной поверхности в течение первых месяцев и первых лет [7, 8]. На этом основании делается вывод о том, что причину деформаций следует искать внутри разломных зон, а не вне их, так как никакой из известных тектонических процессов не может обеспечить столь малую периодичность деформационных процессов.

Физическая природа данного явления должна быть связана с очень высоко мобильным механизмом, практически мгновенно (применительно к анализируемому случаю) реагирующим на изменение поля напряжений в периоды подготовки и свершения землетрясения и после него. Из всех вышеназванных причин, способствующих развитию деформаций в зонах разломов, по своей мобильности подходит лишь флюидногазовый режим, который может практически мгновенно «проявить» ослабленные зоны земной коры (в том числе и зоны трещин), обладающие максимальной проницаемостью.

Основной индикатор движения жидких и газовых растворов у поверхности — изменение газового состава, влажности и температурного режима почво-грунтов, в какой-то мере растительности (листьев и травы), а также приземного слоя атмосферы. Чем выше проницаемость (трещиноватость), тем больше тепломассоперенос из земной коры к поверхности, тем больше нарушается гидродинамический режим подземных, грунтовых и приповерхностных капиллярных вод и почвенных растворов, а следовательно, тем больше насыщаются почвы и приземные слои атмосферы парами воды, инертными и другими газами (гелием, водородом, оксидами и диоксидами азота и серы и т. д.). Это вызывает изменение спектральных характеристики почв, грунтов, растительности и пропускание атмосферы для электромагнитных волн видимого диапазона спектра.

Интегральный эффект от перечисленных факторов приводит к изменению текстуры космического изображения. Эти изменения могут быть очень незначительными и незаметными для человеческого глаза, но легко распознаются современными методами обработки, которые выделяют небольшие различия и позволяют выявить «скрытую» полосчато-линейную текстуру космических изображений, обусловленную изменением поля напряжения и флюидно-газовым «дыханием» недр Земли.

Вполне очевидно, что даже подобный «высокоскоростной» процесс не может объяснить выявленные при космическом сейсмическом мониторинге сверхскоростные вариации космолинеаментов продолжительностью в часы и первые дни, так как региональное и тем более глобальное поле напряжений не могут изменяться с подобной скоростью.

Как было сказано выше продолжительность короткопериодических изменений деформационно-напряженного состояния геологической среды и обусловленной им проницаемости земной коры составляет от первых месяцев до первых лет. В сейсмических областях в период подготовки сильных землетрясений, как было установлено нами в целом ряде регионов, начало перестройки поля напряжений и связанных с ним деформаций и проницаемости начинается за 2−3 месяца до него, достигая максимума за 20 дней до события. Это максимально повышенное напряженно-деформационное состояние сохраняется приблизительно в течение 40 дней (20 дней до землетрясения и 20 после), а объем возбуждения — в течение 4−6 месяцев (2−3 месяца до землетрясения и 2−3 месяца после).

Предложенный механизм формирования линеаментов на космических изображениях позволяет вполне просто и объективно объяснить наличие высокочастотных (часы, дни) флуктуаций систем этих линеаментов, обнаруженных в результате осуществления космического сейсмического мониторинга в Калифорнии.

Основной причиной высокочастотных флуктуаций могут являться погодные условия — сила ветра, атмосферные осадки (в момент или накануне космической съемки), интенсивность солнечной радиации, влажность почвы и воздуха.

Сильный ветер, высокая температура воздуха и почвы, дождь, высокая влажность почвы и воздуха могут нивелировать влияние «дыхания» недр и делают аномалии, возникающие под действием изменения напряженно-деформированного состояния и проницаемости геологической среды, менее существенными по сравнению с воздействием погодных факторов. Поэтому обнаруживаемые аномалии становятся менее различимыми на космических изображениях, хотя они и обладают большой обзорностью, высокой степенью генерализации и рентгеноскопичностью.

Эти обстоятельства накладывают определенные ограничения на осуществление космического сейсмического мониторинга. Наиболее достоверные результаты по оперативному прогнозированию землетрясений достигаются в условиях отсутствия сильного ветра и дождливой погоды.

Данный вывод принципиально важен для организации и проведения автоматизированного космического сейсмического мониторинга и поэтому требует проведения комплекса специальных исследований по изучению корреляции степени выраженности систем линеаментов, выделяемых на космических изображениях, от погодных условий.

4. Использование метода линеаментного анализа для прогнозирования тектонически-опасных территорий

По современным представлениям земная кора разбита повсеместно на блоки различных размеров, имеющих самую разную тектоническую подвижность. Нет ни одной точки на земной поверхности, которая оставалась бы в состоянии покоя и не испытывала какого-либо движения. Одни участки земной коры медленно опускаются, другие -- поднимаются, третьи нагромождаются друг на друга. Они сминаются в гигантские складки, дробясь, частично разрушаются и создают громады гор. Однако такие процессы происходят очень и очень медленно -- со скоростью в несколько миллиметров (реже сантиметров) в год.

В ходе горообразовательных процессов в отдельных участках земной коры накапливаются упругие напряжения, в результате которых горные породы деформируются, сминаются в складки, а иногда не выдерживают и разрываются. Так расходуется упругая энергия. При медленных деформациях расход энергии постепенен и практически незаметен. При разрывах и резком перемещении горных пород огромная доля упругой энергии выделяется почти мгновенно, что и проявляется в виде землетрясений.

Согласно современным представлениям о сейсмических процессах, очаги землетрясений не рассеяны хаотично, а приурочены к относительно узким линеаментным зонам активных разломов и на карте эпицентров землетрясений прослеживаются в виде узких полос. Совокупность этих полос и образует систему сейсмических линеаментов, оси которых совпадают с осями сейсмогенных зон.

Сейсмическая опасность с каждым годом не уменьшается, а растет в прямой связи с хозяйственным освоением сейсмоактивных территорий и воздействием человека на литосферную оболочку Земли (строительство крупных гидротехнических сооружений, добыча полезных ископаемых и т. п.). Повышенный сейсмический риск связан и с размещением в сейсмоактивных регионах атомных электростанций и других экологически опасных объектов, поскольку даже незначительные землетрясения могут нарушить их нормальное функционирование.

Для обеспечения сейсмической безопасности нужно исследовать причины и районирование сейсмической активности. Линеаментный анализ — один из методов сделать это.

Всестороннее изучение линеаментов показало, что многие из них достаточно корректно идентифицируются с известными по данным наземных геологических и геофизических исследований разломами, разрывами, зонами трещинноватости, флексурными изгибами и другими линейными деформациями, а часть, и немалая, представляет автономные образования, генезис и эволюция которых еще ждет своего специального изучения и аргументирования объяснения, тогда как их контролирующая роль в распространении эндогенных (сейсмических, вулканических и др.) процессов, экзогенных (склонных, карстовых и др.) явлений и гетерогенных минерагенических полей уже сейчас не вызывает никаких сомнений.

Линеаментный анализ схемы размещения эпицентров всех землетрясений нашей планеты выявляет элементы планетарной диагональной линеаментной делимости Земли и реконструирует пять осей субмеридионального сжатия: Урало-Оманскую, Байкало-Австралийскую, Транстихоокеанскую, Трансамериканскую и Срединноатлантическую.

В региональном плане наблюдаются как диагональные сейсмолинеаменты, характерные, например, для регионов Кавказа, Копентдага и Сахалина, так и «ортогональные сейсмические пояса», описанные для территории Китая, что свидетельствует о разной степени современной тектонической (и сейсмической) активности разных составляющих региональной линеаментной делимости земной коры гетерогенных структурных элементов Земли.

Локальная реализация сейсмического воздействия на верхние слои земной коры, выраженная прежде всего в развитии разрывных сейсмодислокаций, часто демонстрирует элементы наложения ортогональной и диагональной делимости земной коры.

Замечательной особенностью взаимодействия процессов делимости и сейсмичности земной коры является то, что очаги исторических и современных землетрясений не рассеяны хаотично в пространстве, а расположены в одних и тех же местах, наименее благоприятных для свободного проскальзывания бортов геоблоков, причем такими неблагоприятными для тектонических движений и, следовательно, наиболее опасными в сейсмическом отношении являются пересечения разломов (узлы) или резкие их изгибы, т. е. участки активного взаимодействия тригональной, тетрагональной и других форм (тел) линеаментной делимости земной коры.

Карта глобальной сейсмической опасности GSH МAP, представленная в пиковых ускорениях колебания грунта, которые с вероятностью 10% могут быть превышены в течение 50 лет, что соответствует периоду повторяемости таких сейсмических воздействий в среднем один раз в 500 лет (точнее, в 475 лет)

Таким образом, в настоящее время можно считать установленной пространственную зависимость между разнообразными формами и отдельными элементами (в первую очередь — узлами пересечений линий делимости земной коры) линеаментной делимости, с одной стороны, и процессами эндогенеза (сейсмичности) с другой.

4.1 Физическая природа линеаментов, регистрируемых на космических изображениях при мониторинге сейсмоопасных территорий

Одним из перспективных методов мониторинга сейсмоопасных территорий является линеаментный анализ космических изображений. Изменчивость систем линеаментов служит хорошим предвестником сейсмических событий [1−4]

При обработке космических изображений, полученных в сейсмоспокойных районах, выявляются стабильные системы линеаментов, устойчивые в течение многих лет. Противоположная картина наблюдается при космическом мониторинге сейсмоактивных районов. Здесь выявлена изменчивость систем линеаментов, выделяемых на космических изображениях, с периодичностью от первых недели до месяцев [1−4]. Это отвечает закономерному изменению деформационно-напряженного состояния земной коры в периоды подготовки и завершения землетрясений. Высокая стабильность (консерватизм) систем линеаментов на древних консолидированных платформах и их высокая динамичность (мобильность) в подвижных поясах доказывает реальность их существования в природе, которая не обусловлена технологическими особенностями проведения автоматизированного линеаментного анализа космических изображений [1−3]. Физические механизмы выраженности линеаментов на этих изображениях должны быть связаны с высоко мобильными процессами, быстро реагирующими на изменение поля напряжений в периоды подготовки, совершения и завершения землетрясений.

4.2 Типы землетрясений

Еще не так давно было широко распространено мнение, что причины землетрясений будут скрыты во мраке неизвестности, поскольку они возникают на глубинах, слишком далеких от сферы человеческих наблюдений.

Сегодня мы можем объяснить природу землетрясений и большую часть их видимых свойств с позиции физической теории. Согласно современным взглядам, землетрясения отражают процесс постоянного геологического преобразования нашей планеты. Рассмотрим теперь принятую в наше время теорию происхождения землетрясений и то, как она помогает нам глубже понять их природу и даже предсказывать их.

Первый шаг к восприятию новых взглядов заключается в признании тесной связи в расположении тех районов земного шара, которые наиболее подвержены землетрясениям, и геологически новых и активных областей Земли. Большинство землетрясений возникает на окраинах плит: поэтому мы делаем вывод, что те же глобальные геологические, или тектонические, силы, которые создают горы, рифтовые долины, срединно-океанические хребты и глубоководные желоба, те же самые силы представляют собой и первичную причину сильнейших землетрясений. Природа этих глобальных сил в настоящее время еще не совсем ясна, но несомненно, что их появление обусловлено температурными неоднородностями в теле Земли — неоднородностями, возникающими благодаря потере тепла путем излучения в окружающее пространство, с одной стороны, и благодаря добавлению тепла от распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах, — с другой.

Полезно ввести квалификацию землетрясений по способу их образования. Больше всех распространены тектонические землетрясения. Они возникают, когда в горных породах под действием тех или иных геологических сил происходит разрыв. Тектонические землетрясения имеют важное научное значение для познания недр Земли и громадное практическое значение для человеческого общества, поскольку они представляют собой самое опасное природное явление.

Однако землетрясения возникают и от других причин. Подземные толчки другого типа сопровождают вулканические извержения. И в наше время многие люди все еще считают, что землетрясения связаны главным образом с вулканической деятельностью. Эта идея восходит к древнегреческим философам, которые обратили внимание на широкое распространение землетрясений и вулканов во многих районах Средиземноморья. Сегодня мы также выделяем вулканические землетрясения — те, которые происходят в сочетании с вулканической деятельностью, но считаем что как извержения вулканов, так и землетрясения являются результатом действия тектонических сил на горные породы, и они не обязательно возникают вместе.

Третью категорию образуют обвальные землетрясения. Это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где есть подземные пустоты и горные выработки. Непосредственная причина колебаний грунта заключается при этом в обрушении кровли шахты или пещеры. Часто наблюдаемая разновидность этого явления — так называемые «горные удары». Они случаются, когда напряжения, возникающие вокруг горной выработки, заставляют большие массы горных пород резко, со взрывом, отделяться от ее забоя, возбуждающая сейсмические волны. Горные удары наблюдались, например, в Канаде; особенно часто они отмечаются в Южной Африке.

Большой интерес вызывает разновидность обвальных землетрясений, возникающих иногда при развитии крупных оползней. Например, в результате гигантского оползня, образовавшегося 25 апреля 1974 г. на реке Мантаро в Перу, возникли сейсмические волны, эквивалентные землетрясению умеренной силы.

Последний тип землетрясений — это искусственные, производимые человеком взрывные землетрясения, возникающие при обычных или ядерных взрывах. Подземные ядерные взрывы, производившиеся в течение последних десятилетий на ряде испытательных полигонов в разных местах земного шара, вызвали довольно значительные землетрясения. Когда в скважине глубоко под землей взрывается ядерное устройство, высвобождается огромное количество ядерной энергии. За миллионные доли секунды давление там подскакивает до величин, в тысячи раз превышающих атмосферное давление, а температура увеличивается в этом месте на миллионы градусов. Окружающие породы испаряются, образуя сферическую полость диаметром во много метров. Полость разрастается, пока кипящая порода испаряется с ее поверхности, а породы вокруг полости под действием ударной волны пронизываются мельчайшими трещинами.

За пределами этой трещиноватой зоны, размеры которой измеряются иногда сотнями метров, сжатие в горных породах приводят к возникновению сейсмических волн, распространяющихся во всех направлениях. Когда первая сейсмическая волна сжатия достигает поверхности, грунт выгибается вверх и, если энергия волны достаточно велика, может произойти выброс поверхностных и коренных пород в воздух образованием воронки. Если скважина глубокая, то поверхность только слегка растрескается и порода на мгновение поднимется, чтобы затем снова рухнуть на подстилающие слои.

Некоторые подземные ядерные взрывы были настолько сильны, что распространившиеся от них сейсмические волны прошли через внутренние области Земли и были записаны на дальних сейсмических станциях с амплитудой, эквивалентной волнам землетрясений с магнитурой 7 по шкале Рихтера. В некоторых случаях эти волны поколебали здания в отдаленных городах.

4.3 Виды прогноза

Различают долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный прогнозы.

Наименее дискуссионным, пожалуй, является долгосрочный прогноз, плавно смыкающийся с задачами районирования. Этот прогноз основывается на наблюдениях за изменением режима землетрясений, т. е. за появлением зон сейсмического застоя, за изменениями напряженного состояния вещества литосферы, изменением ее сейсмической прозрачности, наблюдении за тем, как отдельные небольшие блоки в своем поведении постепенно отказываются от самостоятельности и объединяются в процессе подготовки одного большого удара. Наблюдения над этими процессами могут дать сведения о подготовке землетрясения за срок от нескольких месяцев до нескольких лет.

Среднесрочный прогноз, дающий возможность получить предупреждение о сейсмическом событии за недели-месяцы обладает практической конкретностью. Этот прогностический уровень предполагает сценарий развития процесса разрушения по данным текущих наблюдений за геофизическими полями, за изменениями наклонов земной поверхности, режимные наблюдения над дебитом и химическим составом водных источников и глубоких водяных, нефтяных и газовых скважин. Используются формализированные критерии оценки статистической значимости каждого из предвестников и их комплекса. На основе установленных главным образом эмперических связей между параметрами предвестников и землетрясениями находится оценка места и магнитуды ожидаемого землетрясения.

Краткосрочный прогноз — прогноз с заблаговременностью в несколько часов или дней.

4.4 Сейсмические зоны

По записям сейсмических волн, полученных на различных обсерваториях, можно рассчитать место землетрясения. Таким путем и была построена единая схема распределения землетрясений на земном шаре. Четкие пояса сейсмической активности разделяют крупные океанические и материковые области, внутри которых почти не возникает землетрясений. Другие скопления сейсмических очагов можно увидеть в океанах, например, посреди Атлантического и Индийского океанов. В этих местах находятся гигантские подводные горные цепи, называемые срединно-океаническими хребтами. Сейсмически активные хребты соединяются друг с другом, а срединный хребет Индийского океана обходит с юга Австралию и соединяется с другим хребтом, носящим название Восточно-Тихоокеанского поднятия. Последнее идет на восток к Центральной Америке, а затем входит в Калифорнийский залив.

Неспокойная геологическая обстановка, характерная для всей этой глобальной системы хребтов, проявляется в существовании крупных горных пиков и глубоких рифтовых долин. Часто отмечаются извержение вулканов, а землетрясения, возникающие вдоль хребтов, нередко образуют «рои»: многие сотни толчков происходят на небольшой площади в течение короткого времени.

От Индонезии в южные районы Тихого океана, огибая Австралию, идет гирлянда сейсмически активных дуг, ограниченная на востоке желобом Тонга-Кермадег. На противоположной стороне Тихого океана все западное побережье Центральной и Южной Америки сотрясается множеством землетрясений, сильных и слабых. Крупные землетрясения влекут за собой многочисленные жертвы. В противоположность этому в восточной части Южной Америки почти вовсе не бывает землетрясений, и эту область можно считать хорошим примером асейсмичной территории. Почти никогда не бывает землетрясений на просторах центральной и северной Канады, в большей части Сибири, в Западной Африке, на большей части Австралии. Однако следует отметить протяженную Трансазиатскую зону высокой сейсмичности, идущую в субширотном направлении от Бирмы через Гималайские горы и Центральную Азию к Кавказу и Средиземноморью.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой