Методика выявления активных разломов и реконструкции неотектонических полей напряжений

 

Методика выявления активных разломов и реконструкции неотектонических полей напряжений

Выявление активных разломов в условиях Беларуси и смежных областей потребовало разработки особого методического подхода и специального анализа. Как известно, в геотектонике и структурной геологии разломами называют поверхности разрыва или зоны в породе, вдоль которых выявляется заметное смещение.  Что же касается разломов, активных на новейшем этапе, то здесь следует учитывать три обстоятельства. Во-первых, они проявляются не в пределах  тектонически  подвижных областей, а на площади относительно стабильной древней платформы. Во-вторых, эти разрывные нарушения относятся к классу ныне живущих (формирующихся) и не на всем своем протяжении обнаруживают признаки смещения. В-третьих, такие разломы преимущественно проступают не одной плоскостью сместителя, а в широкой полосе в форме малоамплитудных смещений, флексурных изгибов и флексуро-разломов, зон повышенной трещиноватости пород.

Следовательно, применительно к Белорусскому региону понятие «активный разлом» можно определить следующим образом: под активным в новейшее время разломом (флексурно-разломной зоной) понимается линейно вытянутое пликативно-дизъюнктивное малоамплитудное нарушение, проявляющиеся на неотектонической стадии и выраженное в строении фундамента и платформенного чехла комплексом признаков - смещениями, флексурными и другими изгибами слоев; повышенной трещиноватостью и проницаемостью земной коры (аномалии подземных вод, газовые эманации, повышенные значения градиентов теплового потока); выражением в рельефе, гидросети и других элементах ландшафта, сейсмичности, аномалиях современных движений земной коры; влиянием на фации верхнеолигоцен-четвертичных отложений, границы геологических тел. Такие нарушения могут быть как активизированными фрагментами разломов доплатформенного и платформенного заложения, так и новообразованными. Исходя из сказанного, при выявлении активных разломов использовался комплексный анализ геологического, геофизического, геодезического, космогеологического, геоморфологического, геохимического, гидрогеологического, неотектонического и другого материала.  В качестве одного из основных признаков, отличающих активные разломы, было определено их влияние на формирование толщи новейших отложений и морфологию рельефа земной поверхности. Поэтому для составления исходной модели активной разломной сети был выполнен специальный анализ форм рельефа, характера гидросети и особенностей строения позднеолигоцен-четвертичных аккумуляций. В ходе геоморфологического и линеаментного анализа (линеаменты, не совпадающие с уверенно выделяемыми разломами, интерпретировались как проявления мегатрещиноватости) были использованы крупно- и  среднемасштабные топографические карты, специальные карты масштаба 1:200000, на которых информация о рельефе соответствовала нагрузке масштаба 1:50000, а также дистанционные (космические) материалы. В результате была выявлена достаточно густая сеть спрямленных элементов разной протяженности, ориентировки и сопряжения. Выяснилось, что многие суперрегиональные линеаменты оперены сложной системой линейных форм меньшего ранга. Анализу соотношения тех и других было уделено особое внимание,  так как именно эта информация позволяет обнаружить признаки горизонтального смещения по разломам, а также сделать выводы о напряженном состоянии приповерхностных горизонтов земной коры. Параллельно с изучением рельефа было выполнено сопоставление выделенных линейных зон с геологическим строением соответствующих участков региона (в основном обращалось внимание на резкие колебания мощности, изменения фациального состава, положения границ разных генетических типов отложений, характер выклинивания геологических тел, сочленение неодинаковых типов разреза, соотношения с древними погребенными врезами и т.д.). Выявлялись границы геологических тел, сформировавшихся не только в позднеолигоцен-голоценовое время, но и в более древние периоды, прежде всего в тех случаях, когда контуры простирания таких образований оформились на анализируемом этапе. В названном отношении особенно информативными оказались геологическая карта дочетвертичных отложений и карта ложа четвертичной толщи.

Критерием выявления активных неотектонических флексурно-разрывных нарушений служило также закономерное расположение водно-ледниковых форм, поскольку активизация разломных зон под действием ледниковой нагрузки способствовала образованию макротрещин в теле глетчера. В связи с этим протяженные линейно ориентированные системы ледниковых ложбин, рытвинных озер, озов и камов маркируют простирание разломных зон, активных на плейстоценовом этапе. К тому же экзарация почти всегда проявлялась именно в полосе динамического влияния активных разломов. Был применен один из таких методов морфоструктурного анализа как изучение водно-эрозионных форм, так как русловые потоки, как правило, закладывались в ослабленных и водонасыщенных трещиноватых зонах, а поэтому являются наиболее чутким индикатором нео­тектонических нарушений. Анализ речной сети состоял из ряда последовательных методических приемов. Изучался плановый рисунок рек, в том числе расположение притоков, спрямленность русел, наличие коленообразных изгибов и аномальных меандров. Спрямленные участки русел рек, субпараллельные водотоки, нередко относящиеся к разным бассейнам, но сохраняющие свое направление независимо от литологии и рельефа, отождествлялись с разломными зонами. Анализировался такой признак активных разломов как распределение аномальных уклонов и деформаций продольного профиля русел рек. Выделение аномалий уклонов осуществлялось на основе сопоставления наблюдаемых значений со средними уклонами (в пределах участков  с однородными литологией и рельефом). Таким образом, были исключены литолого-геоморфологические аномалии, а также гидростатические аномалии, связанные с впадением притоков. Отобранные таким путем деформации уклонов и профили рассматривались как нарушения, вызванные пересечением речных долин активными разломами. Для повышения надежности этого метода морфоструктурного анализа дополнительно изучалось распространение террасовых поверхностей долин крупных рек. Сопряженные деформации продольных профилей русел и террасовых поверхностей при однотипных геолого-геоморфологических условиях смежных недеформированных участков интерпретировались как неотектонические нарушения. При выполнении исследований учитывалась информация, полученная в результате анализа различных по информативности дистанционных материалов, прежде всего созданные за последние 5-10 лет на базе структурного дешифрирования материалов космических съемок.

В связи с неравномерной геологической изученностью региона заметную сложность представляла проверка всей выявленной сети разломов «на глубину», т.е. обнаружение признаков ее отражения в строении разреза четвертичных и более древних отложений. Поэтому для решения поставленной задачи в качестве эталонных были избраны те участки, для которых имеются результаты бурения по достаточно густой сети скважин, пройденных в ходе геологической съемки или других геологоразведочных работ. Такие площади, локализующиеся в пределах разломных зон, удалось выделить в раз­ных местах Беларуси. Как свидетельствуют выполненные по эталонным участкам построения,  активные разрывные нарушения нередко заметно влияют на условия залегания слоев, распреде­ление фаций отложений, выклинивание толщ и др. Детальные геологические профили показывают, что за позднеолигоцен-четвертичное время,  а нередко и за более короткие интервалы дифференцированные вертикальные движения могли достигать нескольких десятков (до 35-40) метров в пределах одной разломной зоны. Профильный метод хотя и оказалось возможным использовать лишь по отдельным детально разбуренным участкам, все явился одним из самых надежных доказательств существования новейшей деформации по разломным зонам.

Помимо описанных методов и приемов, для решения поставленных задач были использованы результаты геофизических исследований. При этом использовалась стандартная методика анализа геофизических полей для  выделения аномалий, которые могут быть связаны с ныне активными разломами. Полученные данные были сопоставлены с моделью новейшей разломной сети (совпадение в плане и по ориентировке).

Для проверки выявленной системы разрывных нарушений был проанализирован материал по газово-гидрогеохимическим аномалиям. Выяснилось, что в основном такие аномалии контролируются долинами рек в зонах разломов, являющиеся областями разгрузки глубинных вод. В процессе исследований устанавливались места, в пределах которых минерализация вод превышала гидрогеохимический фон, а также наблюдалась повышенная концентрация гелия. Эти сведения  дали дополнительную информацию не только об активности разломов, но и об их потенциальной сейсмичности. Купить облегченные берцы по самым лучшим ценам вы сможет на сайте byteks.ru. На данном сайте с легкостью можно прочитать про самые известные модели облегченных берц, как правильно выбрать и многое другое.

Важнейшим подтверждением современной и плейстоценовой геодинамической активности разломных зон являются данные изучения сейсмического режима.  Как отмечалось ранее, в ходе работ по сейсмическому районированию было признано целесообразным оценивать сейсмическую активность разлома за период не менее 800 тыс. лет.

Оценка сейсмической активности разрывных нарушений в таком достаточно продолжительном геохронологическом интервале потребовала широкого использования геолого-геоморфологических методов, которые позволили не только удостоверять активность разломов, но и определять их важнейшие для сейсмического районирования параметры: размеры и морфологию, тип и среднюю скорость перемещений, палеосейсмические проявления, дающие возможность приблизиться к оценке максимальной магнитуды (Мmах) и среднего интервала повторяемости землетрясений в зоне разлома.

Методика геолого-геоморфологического сейсмотектонического изучения активных разломов первоначально разрабатывалась в подвижных складчатых поясах, где относительно велика скорость движений и нередки смещения при современных и исторических землетрясениях, что облегчает распознавание и определение параметров разломов. Эта методика в общих чертах сводится к следующему. Сначала выявляются новейшие разломы и тенденции неотектонического развития территории. Тем самым определяются наиболее вероятные области и зоны самой молодой активизации, где концентрируются   дальнейшие   исследования.   Для   этого   выполняется   дешифрирование аэрокосмических снимков, позволяющее предварительно закартировать разломы, диагностировать их или, по меньшей мере, наметить участки, наиболее подходящие для наземного диагностирования. Наземными наблюдениями уточняются и дополняются факты деформаций и смещений молодых элементов рельефа и отложений, определяется их возраст, выявляются проявления сильных землетрясений. Дополнительными признаками современной активности служат смещения, выявляемые повторными геодезическими наблюдениями, приуроченность к зоне разлома эпицентров землетрясений, фокальные механизмы землетрясений как показатели направления движений, геотермические и газо-гидрохимические аномалии, свидетельствующие о повышенной современной проницаемости пород в зоне разлома. Данные сейсмопрофилирования и других видов сейсморазведки, гравиметрии и электроразведки позволяют оценить поведение разломов на глубине. Особое внимание обращается на характерную черту локализации большинства сильных землетрясений: приуроченность их эпицентров к участкам кулисного сочленения крупных разломных сегментов, узлам пересечения сдвигов, и, следовательно, на повышенную сейсмическую опасность любых пересечений активных разломов. В таких случаях повышенная сейсмическая опасность обусловлена наличием дополнительного препятствия непрерывности движений, а также меньшей нарушенностью горных пород на участках кулисного сочленения разломов.

В платформенных областях с относительно слабой современной подвижностью используется иная методика выявления сейсмической активности разломов. Как и в подвижных поясах, существенную помощь оказывают интерпретация аэрокосмических снимков, анализ рельефа и дренажной сети. Однако эти приемы удостоверяют, как правило, верхнеолигоцен-четвертичную или, в лучшем случае, среднечетвертичную активность, но оставляют открытым вопрос о позднеплейстоценовых и голоценовых смещениях. В областях с мощным осадочным чехлом прибегают к выявлению геофизическими методами разломов, смещающих более протяженный линеамент и прослеживают их вверх по разрезу. При этом слабые позднечетвертичные смещения обычно не улавливаются. Поэтому в платформенных областях возрастает роль косвенных индикаторов самых молодых движений. К их числу относятся слабые деформации речных долин, выраженные изменениями их строения, продольного уклона и состава аллювиальных отложений. Информативны данные о распределении заболоченных территорий и характере изменения во времени контуров (миграции) болот и озер. Значительно больший вес, чем в подвижных поясах, имеют результаты геодезических наблюдений (преимущественно повторного нивелирования), анализа слабой сейсмичности, гидрогеологических данных, результатов газо-гидрохимического изучения аномальных участко повышенной проницаемости пород, где наиболее значимым представляется распределение содержания метана, водорода, гелия, радона.

При комплексном изучении сейсмически активных разломов слабо подвижных платформенных областей сеть активизированных разломов как правило выявляется на основе интерпретации космических снимков и анализа крупномасштабных топокарт, результатов наземных геологических и геоморфологических наблюдений, структурно-тектонического анализа разрывов и трещин в шахтах, данных радоновой и гелиевой съемки. Подобный комплексный подход позволяет идентифицировать активные нарушения, нередко уловить вертикальную составляющую движений, в тоже время практически неизвестны случаи измерения горизонтальных смещений на платформах по геологическим данным. Такие перемещения можно лишь предполагать по особенностям структурного рисунка разломов, сходным с рисунками разломов подвижных зон с доказанными смещениями. Определению угла наклона поверхности активного разлома и соответственно разделению надвигов, взбросов и сбросов помогает их отождествление с ранее проявившимися разломами осадочного чехла, по которым более древние комплексы пород смещены на заметную величину, а наклон определен сейсмопрофилированием и бурением. В последние годы специально исследуется отражение сильных палеоземлетрясений в платформенных областях (палеосейсмодислокации). Одним из наиболее характерных признаков таких землетрясений являются нептунические дайки.

На картах активных разломов отражается установленный либо обоснованно предполагаемый кинематический тип движений (надвиг, взброс, сдвиг, сброс, раздвиг), предусмотрено выделение разломов с неизвестным смещением, флексур и глубинных зон активных нарушений, выраженных на поверхности лишь косвенными признаками. С учетом сложности обоснования сейсмической активности разломов на древних платформах и весьма длительного (иногда десятки тысяч лет) интервала повторяемости сильных землетрясений обзательным элементом карт сейсмического районирования и активных разломов являются разломы, проявлявшие активность в среднем плейстоцене (800-100 тыс. лет назад).

Хотя территория Беларуси относится к площадям со слабой сейсмичностью, новые исследования, выполненные с использованием перечисленных методических приемов, позволили получить неоспоримые данные о тектонических смещениях по части известных разломов и зон, что проявилось в сейсмических событиях региона. Судя по историческим данным, в некоторых случаях сила толчков достигала 5-7 баллов.

Комплексный подход  к выделению активных разрывных нарушений потребовал привлечения результатов изучения современных движений земной коры. В Беларуси такие работы в основном проводились при изучении современной геодинамики отдельных, как правило крупных тектонических структур (Припятского прогиба, Воложинского грабена и др.), причем признаки активных разломов устанавливались по профилям с сопоставлением характера современных вертикальных движений земной поверхности и некоторых геофизических (вариаций во времени гравитационного поля), геохимических (газово-геохимические аномалии) и геолого-структурных показателей. Эти работы позволили  выявить дифференциацию движений на границах разных блоков, что имеет большое значение для оценки современной активности разломных зон.

При выявлении соотношений между новейшим структурным планом и  глубинным строением земной коры и литосферы важная информация была получена по результатам проведения глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). В настоящее время на территории Беларуси имеется сеть профилей ГСЗ, пересекающих основные структуры фундамента. Значительный объем сейсмических данных по этим профилям позволил разработать на основании гравитационного моделирования новую плотностную модель земной коры территории Беларуси.

Важное значение для понимания природы неотектонических процессов и определения кинематического типа активных разломов имеет изу­чение напряженного состояния земной коры. Реконструкция неотектонических полей напряжений осуществлялась путем использования нескольких методических приемов: во-первых, с помощью анализа сейсмологических данных, во-вторых, по результатам тектонического анализа изучения комплекса геолого-геоморфологических индикаторов (структурно-геоморфологический метод, метод тектонического анализа сопряженных систем  вторичных нарушений), в-третьих, путем обобщения и специальной интерпретации инструментальных данных о современных вертикальных движениях земной коры, в-четвертых, по данным изучения разрывных нарушений в горных выработках.

В первом и третьем случаях ос­новной акцент делался на изучении параметров современного поля напряжений по особенностям динамики сейсмических волн и изменениям градиентов современных движений в условиях напряженного состояния среды, во втором и четвертом - на реконструкцию неотектонических полей напряжений, существовавших (и изменявшихся) на протяжении более длительных отрезков новейшего времени.

Реконструкция неотектонических полей напряжений по сейсмологическим данным является традиционным элементом неотектонических и геодинамических исследований в разных регионах. В тоже время в условиях слабосейсмичных древних платформ неотектоническая интерпретация сейсмологической информации сопряжена с определенными трудностями. Так, известная методика изучения напряженно-деформированного состояния среды путем определения механизмов очагов  сильных землетрясений, практически не применима к территории Беларуси из-за относительно слабой сейсмичности ее территории. Поэтому специалистами Центра геофизического мониторинга была разработана и использована в условиях Беларуси специальная методика определения напряженного состояния среды по динамике сейсмических волн. 

Названная методика учитывает влияние на волновую картину анизотропии геологической среды, через которую проходят сейсмические волны.

Оригинальный метод выделения активных разломов и сопряженных с такими разломами систем мегатрещиноватости по структурно-геоморфологическим и геологическим индикаторам разработан Л.А.Сим (геологический факультет МГУ) и в ходе реализации международного проекта МПГК №346 «Неогеодинамика Балтика» применен Л.А.Сим, Г.Н.Брянцевой, А.К.Карабановым и Р.Е.Айзбергом для реконструкции неотектонических напряжений территории Беларуси, а в дальнейшем всего запада Восточно-Европейского кратона. Названный метод  основан на следующих предпосылках.

1. Разломы фундамента, перекрытые отложениями платформенного чехла, активизируются под воздействием даже относительно слабых неотектонических напряжений. При этом вблизи дневной поверхности, на которой касательные напряжения отсутствуют, две из осей главных нормальных напряжений должны быть ориентированы субгоризонтально, а третья ось - субвертикально.

2. В таких условиях деформирования крутые (с субвертикальной плоскостью сместителя) разломы произвольной ориентации развиваются как сдвиги, т.к. вертикальная компонента касательных напряжений на поверхностях таких разломов приближается к нулю.

3. В платформенном чехле над активным разломом фундамента (или активизированным фрагментом такого разлома)  формируется флексурно-разломная зона, сопровождающаяся повышенным числом трещин (мегатрещин). По данным тектонофизического моделирования новообразованные трещины ориентированы по отношению к плоскости разлома как R-L - сколы (то есть, соответственно, малоамплитудные право- и левосторонние сдвиги) и отрывы (малоамплитудные трещины растяжения), которые составляют три парагенетически связанные (сопряженные) системы трещин. При этом ориентация этих трещин зависит от особенностей напряженного состояния среды (внешней нагрузки): при сжимающем характере нормального к плоскости разлома напряжения (σn) ось сжатия σ3, составляет с плоскостью разлома угол более 45°, а при растягивающем - менее 45°.

При выявлении на определенном участке по комплексу структурных и геолого-геоморфологических данных трех сопряженных систем трещин в зоне крутопадающего активного разлома, можно восстановить ориентацию субгоризонтальных осей сжатия и растяжения, знак сдвигового смещения (правый или левый) и условия его формирования (обстановку сжатия или растяжения).

Предпосылка о субвертикальности плоскостей разломов в пределах платформ и их преимущественно сдвиговой природе подтверждается геологическими и геофизическими данными. Анализ геофизических данных по западу Восточно-Европейского кратона показал, что все выделяемые разломы субвертикальны до глубины 4-5 км. Полевые исследования трещиноватости также свидетельствуют о преимущественно крутом падении тектонических трещин, характеризующихся в зонах разломов поясным распределением полюсов трещин. Такие пояса трещиноватости позволяют восстанавливать ориентировку плоскости разлома и линию главного перемещения по этой плоскости. Измерения разрывных нарушений, обнаруженных в мезокайнозойских отложениях платформенного чехла Восточно-Европейского кратона, свидетельствуют о крутом падении сместителей активных разломов и о преимущественно сдвиговом перемещении по таким разломам.

Для реконструкции неотектонических напряжений рассматриваемым методом было необходимо отдешифрировать все мегатрещины по мелким прямолинейным элементам рельефа (на топографических картах или фотоснимках, масштаб которых должен быть крупнее масштаба изучения разломов и тектонических напряжений). При этом нередко в зонах неотектонически активных разломов общая плотность мегатрещин мало отличается от соседних участков, но аномалиям плотности однородных по простиранию мегатрещин (меридиональных, ССЗ и т.д.) зоны активных разломов выделяются достаточно уверенно. .При этом знак сдвигового смещения вдоль активного разлома определяется по характерным ориентировкам систем R-L - сколов (оперяющих основной разлом право- и левосторонних сдвигов) и трещин отрыва. При этом установлено, что мегатрещины, интерпретируемые как трещины отрыва, как правило, совпадают с прямолинейными участками речных долин, отличающимися сильным меандрированием русла.

В отдельных случаях выделяются активные разломы, сопровождающиеся лишь мегатрещинами, параллельными его простиранию основного разлома. Согласно данным тектонофизического моделирования, такие разломы принимаются за формирующиеся сбросы. Дополнительным подтверждением сбросовой природы таких нарушений служит резко неравномерное распределение мощности новейших отложений на разных крыльях предполагаемого сброса.

Реконструкция тектонических напряжений позволила более обоснованно определить ранг новейших разломов. К суперрегиональным и региональным разломам относились разломы, по простиранию которых неоднократно восстанавливаются однотипные направления сдвиговых подвижек и близкие ориентировки осей напряжений, остальные же нарушения рассматривались как локальные.

Дополнительную информацию о характере современного напряженного состояния земной коры территории Беларуси дало мо­делирование горизонтальной компоненты поля напряжений, выполненное по методике обработки результатов наблюденных скоростей совре­менных вертикальных движений, разработанной А.Ф.Грачевым, Ш.А.Мухаметдиевым, С.Л.Юнга. При реконструкции характера современных напряжений  верхней части земной коры названным методом  использовались сведения об изгибных деформациях, которые вычислялись не  по  картам современных вертикальных движений земной коры,  а непосредственно по первичным данным  результатов повторных нивелировок.

 Для выявления возможной связи современных вертикальных движений земной коры с  напряженным  состоянием земной коры территории  Беларуси применялась упрощенная модель литосферной плиты,  рассматриваемой в качестве относительно тонкой упругой однородной пластины. Осредненные амплитуды современных вертикальных движений земной коры трактовались как изгибы названной пластины. Один из двух полученных в результате проведенного моделирования тензоров  напряжений интерпретировался  как  тензор глобальных тектонических  напряжений,  передаваемых на платформу от границ литосферной плиты, а второй – как тензор, отражающий региональные (местные) искажения глобального поля напряжений вследствие разных скоростей современных вертикальных движений земной коры. 

И, наконец, определенную роль при реконструкции тектонических напряжений на территории Беларуси и построении геодинамических моделей активных разрывных нарушений сыграло изучение сопряженных систем разрывных нарушений, вскрытых горными выработками  в верхнесоленосной толще Старобинского месторождения калийных солей. Новейший возраст части из выявленных в ходе проведения горных работ трещин и разломов предполагался на основании анализа комплекта структурных карт масштаба 1:25000 – 1:50000 по кровле верхнесоленосной толщи и основным маркирующим горизонтам мезокайнозойских отложений. Рассматривались только те систеьы сопряженных разрывных нарушений, которые располагались согласно с простиранием пликативных локальных структур в толще кайнозойских отложений, а также с системой  линейных элементов рельефа и гидросети (линеаментов). Такие нарушения,  оперяющие активные (точнее активизированные в новейшее время) разломы (Центральный, Восточно-Краснослободский и др.), отождествлялись с мегатрещиноватостью, возникшей в новейшее время в результате подвижек по основным разломам и сопряженной с такими разломами. Реконструкция полей неотектонических напряжений, выполненная А.К.Карабановым по стандартной методике, выявила признаки резкого изменения поля напряжений, которое произошло в среднем миоцене и, скорее всего, было связано со сменой знака движений (инверсией) по Центральному и другим разломам на площади Старобинского месторождения.

Выводы. Использование оригинальной методики реконструкции амплитуд неотектонических движений в сочетании с комплексом методов тектонического анализа геологических, геофизических, геохимических, геоморфологических и других данных позволило выявить сложную историю неотектонической эволюции земной коры в пределах Белорусского региона.

 

24 января 2013 /
Похожие новости
Новейшая тектоника и проблемы геоэкологии
Сейсмичность и сейсмотектоника
Геодинамические модели современного поля напряжений в верхней части земной коры
Геодинамическая модель активного разлома (на примере Центрального разлома Старобинского месторождения калийных солей)
Реконструкция неотектонических полей напряжений и кинематические типы активных разломов
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Столица России?
Ответ:*
Введите код: