ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 1993, том 332, № 4

УДК 550.3

О РОЛИ ГЕОДВИЖЕНИЙ ВОЛНОВОЙ СТРУКТУРЫ В АКТИВИЗАЦИИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АСЕЙСМИЧНЫХ РЕГИОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ)

© 1993 г. В. П. Рудаков

Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва

Представлено академиком В. Н. Страховым 18.03.93 г. Поступило 05.04.93 г.


Существующие представления о природе катастрофических геодинамических явлений (землетрясений, извержений вулканов и т.п.), базирующиеся на эмпирическом обобщении, ретроспективном анализе и аналогии, в последние годы сталкиваются с необходимостью разработки концептуально новых подходов к обоснованию причин и поиску закономерностей подготовки геологических катастроф [1]. Настоятельная необходимость такой постановки вопроса продиктована тем обстоятельством, что, все более активно осваивая сейсмически опасные регионы, современная цивилизация привносит в них объекты повышенного экологического риска (АЭС, ГЭС, нефтеперерабатывающие заводы и т.п.), а также в асейсмичных регионах в результате техногенного воздействия на геологическую среду провоцирует активизацию локальных геодинамических явлений (оползней, карстообразования, наведенной сейсмичности и т.д.), повышая вероятность возникновения экологических катастроф в густонаселенных районах.

Поиск путей решения проблемы прогноза геодинамических явлений в последнее время все чаще осуществляется в области детерминистских систем (процессов), поскольку именно они направленно формируют неустойчивость геологических объектов, доводя их до состояния разрушения [2].

Анализ иерархии глобальных волновых геодеформационных процессов, в той или иной мере отображающихся в геофизических, гидродинамических, геохимических и прочих полях Земли [3 — 7], показал, что, как правило, они (процессы) непосредственно "управляют" ритмами активизации геодинамических явлений регионального или локального масштаба, в том числе в условиях сейсмически стабильных платформенных областей. Значительную роль здесь, так же как и в сейсмоактивных регионах, играет деформационная волна сезонной (годовой) периодичности. Отличительной особенностью данной волны является то, что она порождается сезонным (годовым) изменением скорости вращения Земли и распространяется в земной коре со скоростью 7 км в сутки, а ее амплитуда изменяется (модулируется) под воздействием более медленных геодеформационных процессов [8].

Чтобы установить характер влияния на процессы сезонной (годовой) периодичности волновых геодеформационных процессов более высокого иерархического уровня, были проанализированы имеющиеся в нашем распоряжении временные ряды относительного изменения сейсмической активности на широте Армении (ф = 40°), на широте Северного Урала (ф = 60°) и относительного изменения уровня подземных вод на территории Москвы (ф = 56.8°) в предположении, что названные параметры в определенной степени содержат информацию о волновом характере режима деформаций в конкретном регионе. При этом, как и в случае волны годовой периодичности [8], процесс распространения длиннопериодных деформационных волн в меридиональном направлении в силу сферической симметрии земной коры подразумевается не зависящим от долготы пункта наблюдения.

Выделение низкочастотных составляющих во временных рядах было реализовано посредством разложения исходных данных на "региональные" (низкочастотные) и "локальные" (высокочастотные) составляющие с многократной энергетической фильтрацией временных рядов оптимально подобранным фильтром [9].

По полученным региональным составляющим методом наименьших квадратов были подобраны параметры синусоидальных кривых, изображенных на рис. 1.

Рис 1. Длиннопериодные составляющие временных рядов: а — скорости вращения Земли4, б — относительно выделения сейсмической энергии на широте Армении (ф = 40°); в — относительного выделения сейсмической энергии на широте Северного Урала (ф = 60°); г. — относительного изменения уровня подземных вод на территории Москвы (ф = 56.8°).

Описанный подход к выделению длиннопериодных колебаний во временных рядах, длительность которых не превышает полного цикла этих колебаний, позволил установить, что фронт выделенной деформационной волны перемещается (по крайней мере во временном отрезке с 1981 по 1991 г.) в сторону северного полюса со скоростью движения фронтов сезонной деформационной волны, т.е. со скоростью порядка 7 км в сутки.

Видимо, в иерархии геодеформационных волн это — одна из ближайших к волне сезонной периодичности, которая, модулируя амплитуду последней, определяет по мере перемещения ее фронтов характер и интенсивность проявления геодинамических процессов (в нашем случае сейсмичность) на конкретной широте, в конкретной геолого-геофизической ситуации.

Одним из характерных примеров воздействия длиннопериодных геодеформационных волн на активизацию геодинамических процессов локального масштаба может служить установленная по данным режимных инженерно-геологических наблюдений [10] связь периодов активизации карстово-суффозионных процессов в северо-западном секторе Москвы с экстремальными значениями амплитуды волны, изображенной на рис. 1г. Хронологически эти периоды, часто отмечаемые возникновением аварийных ситуаций в районе метро Полежаевская, приходятся на 1972/73, 1976/77, 1980/81, 1984/85, 1988/89 гг., в перспективе, видимо, на 1993/94 гг. и т.д.

Очевидно, с тем же процессом длиннопериодного квазигармонического изменения напряженного состояния горных пород в пределах геологической структуры опускания, известной как Рязанско-Саратовский авлакоген, связано неординарное событие, произошедшее 12 апреля 1991 г. в г. Сасово Рязанской области.

По внешним проявлениям (разрушениям и свидетельствам очевидцев) это событие, согласно модифицированной шкале Меркалли, оценивается как пятибалльное землетрясение. Предварявшееся аномальным поведением животных, световыми и звуковыми эффектами, а также вибрацией почвы землетрясение сопровождалось мощным выбросом грунта (объемом порядка 4000 м3 с разлетом комьев на расстояние до 150 м) из карстовой воронки древнего заложения, сформировавшейся на южной окраине города в осушенной в недавнем прошлом пойме рек Цна и Сасовка.

Выброс был настолько сильным, что это создало эффект мощного поверхностного взрыва и в значительной степени "затенило" восприятие жителями разных районов города эффектов, непосредственно обусловленных землетрясением.

В июне 1992 г., аналогичный, но менее мощный выброс грунта, видимо, также из сформировавшейся ранее воронки оседания, произошел в нескольких километрах на северо-запад от первого.

По данным проведенных геофизических (эманационных) съемок место выброса находится на продолжении малоамплитудного тектонического нарушения в породах коренных отложений, в пределах которого произошел апрельский выброс 1991 г.

Несмотря на то, что физическая суть описанного явления пока однозначно не истолкована из-за ограниченного объема проведенных геолого-геофизичееких исследований, его связь с процессом квазигармонического изменения напряженного состояния горных пород региона представляется вполне очевидной.

На рис. 2 приведена полученная по данным экспериментальных наблюдений в условиях Москвы и пересчитанная на условия г. Сасово кривая относительного изменения напряженного состояния (деформаций) горных пород в волне сезонной периодичности, где показаны временные интервалы годового цикла, наиболее "предрасположенные" к возникновению геодинамических явлений. С точки зрения повторяемости в годовом цикле сейсмических событий это — временные интервалы, в которых вероятность совпадения с ними момента события превышает 50% уровень, а с точки зрения деформаций горных пород это — временные интервалы, в которых аномальные значения деформаций превосходят соответствующие уровни деформационной волны сезонного цикла.

Рис 2. Кривая относительного изменения напряженного состояния горных пород в деформационной волне сезонной периодичности на широте г. Сасово (Рязанской обл.). Заштрихованными прямоугольниками обозначены временные интервалы повышенной вероятности возникновения в годовом цикле геодинамических феноменов.

Как следует из рисунка, выбросы апреля 1991 г. и июня 1992 г. не выходят за рамки временного интервала, определяемого развитием в данном регионе волнового процесса сезонной периодичности, т.е. определяемого изменением напряженного состояния горных пород под воздействием переднего фронта сезонной деформационной волны.

Анализируя процессы изменения напряженного состояния горных пород в волне, порождаемой 9 — 11-летней периодикой изменения скорости вращения Земли, в совокупности с деформациями горных пород в волне сезонного цикла, можно предполагать, что в ближайшие 2 года события, аналогичные произошедшим в г. Сасово, равно как активизация карстово-суффозионных процессов на территории Москвы, будут иметь свое продолжение, причем в те периоды года, которые определяются для данного региона деформационным процессом сезонной (годовой) периодичности.

Сходство стратиграфических, тектонических и гидрогеологических условий районов г. Сасово и территории Москвы проявляется в динамике развития карстово-суффозионных процессов и в аномальной реакции флюидонасыщенных зон тектонических нарушений Рязано-Саратовского авлакогена и Московской синеклизы на деформации земной коры и возмущения барического поля. Поэтому не исключено, что геодинамические явления, наблюдавшиеся в г. Сасово, могут произойти в ближайшее время в районах древнего и современного развития карстово-суффозионных процессов в Москве и области, поскольку, как показано выше, перемещение фронта деформационной волны 9 — 11-летней периодичности происходит в северном направлении.

Итак, процессы квазигармонического изменения напряженно-деформированного состояния земной коры, обусловленные геодвижениями волновой структуры различных иерархических уровней (от вековых к сезонным и вплоть до микросейсмических колебаний), приводят к периодической активизации геодинамических процессов в тектонически разуплотненных участках литосферы, в том числе в регионах сейсмически неактивных.

Значительную роль в активизации геодинамических процессов играют колебания земной коры сезонной (годовой) периодичности, отображающие развитие автоколебательного режима планеты, характер и интенсивность которого определяются взаимодействием разнопериодных геодеформационных и метеорологических факторов. Некоторая функциональная определенность (детерминированность) развития этих факторов во времени создает тем самым реальные предпосылки для аналитического прогнозирования проявления геодинамической активности в конкретной геолого-геофизической ситуации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Страхов В. Н. //Природа. 1989. № 12. С. 4—9.

2. Кейлис-Борок В. И. //Там же. С. 10-18.

3. Кропоткин П. Н., Люстих А. Е. //ДАН. 1974. Т.217. № 5. С. 1061-1064.

4. Сытинский А. Д. //Геомагнетизм и аэрономия. 1966. Т.6. № 4. С. 727—732.

5 Молодых В. А. //Солнечные данные. 1983. № 8. С. 89-92.

6. Ривин Ю. Р. Циклы Земли и Солнца. М.: Наука, 1989. 165 с.

7. Рудаков В. П. //ДАН. 1992. Т. 322. № 5. С. 875—878.

8. Рудаков В. П. //ДАН. 1992. Т. 324. № 3. С. 559-561.

9. Никитин А. А. Теоретические основы обработки геофизической информации. М.: Недра, 1986. 324 с.

10. Конев А. Д., Чертков Л. Г., Зайони И. Л., Афанасьев В. Ю. //Инж. геология. 1989. № 6. С. 77—94.

("Доклады Академии наук", том 332, № 4, 1993)

Назад