Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Наблюдаемые (современные) движения земной поверхности

Наблюдаемые (современные) движения земной поверхности

15.10.2017

Изменения положения земной поверхности могут иметь двоякую природу. Во-первых, они могут быть результатом размывов и осадконакопления, ведущих соответственно к понижениям и повышениям положения земной поверхности. В таком случае эти изменения связываются с разрушением или наращиванием гипергенной оболочки, земная же поверхность в каждый момент своего перемещения будет характеризоваться различными системами вещественных частиц. Во-вторых, изменения положения земной поверхности могут происходить при ее фиксированном вещественном составе, причем в процессе ее перемещения не будет происходить ни разрушения, ни наращивания гипергенной оболочки. Оба случая здесь идеализированы и искусственно обособлены, что необходимо для выделения тектонических движений. В действительности движения обоих типов обычно накладываются друг на друга. Иными словами, тектонические движения могут сопровождаться осадконакоплением и размывом.
Наблюдая и измеряя тектонические движения земной поверхности, надо учитывать, что эти движения обусловлены перемещением масс некоторого слоя, который может быть весьма маломощным, как, например, в случае гипсовой тектоники (движения гидратации), но может распространяться на земную кору или даже более глубокие геосферы. Перемещения масс, включающие движения земной поверхности, мы будем называть тектоническими движениями. Все методы непосредственного измерения и реконструкций тектонических движений заключаются в измерениях и реконструкциях движений земной поверхности. Глубинные перемещения масс (глубинные тектонические движения), которые не сопровождаются движениями земной поверхности, мы не можем ни измерять, ни реконструировать, а следовательно, и сравнивать с обычными тектоническими движениями или классифицировать наряду с ними. Поэтому причисление гипотетических скрытых движений к той категории тектонических движений, которые мы здесь рассматриваем, препятствовало бы полноте изучения последних.
Заметим, что в отличие от предыдущих глав, где речь шла о гипергенной оболочке, поскольку рассматривался вопрос об ее структуре, здесь, говоря о тектонических движениях, мы снова обращаемся к понятию земной коры. Когда мы говорим о тектонических движениях поверхности, связанных с перемещениями лишь в некотором приповерхностном слое, имеющем фиксированную верхнюю границу, то для нас в принципе безразлично, подразумевается ли под этим словом гипергенная оболочка или земная кора, так как дневная поверхность служит верхней границей как для той, так и для другой. Однако обращение именно к земной коре здесь представляет несомненное преимущество. Действительно, если состояние нижних частей гипергенной оболочки и положение ее нижней границы нам неизвестны, то положение подошвы земной коры считается определенным, а физические (сейсмологические) характеристики нижних ее частей и подстилающей ее мантии известны. Благодаря этому, говоря о тектонических движениях, мы можем себе представить движения земной коры в целом и связать их с глубинными процессами, которые можно по геофизическим и другим данным предполагать в области перехода коры к мантии (например, подвижность этой границы по отношению к слоям или структурам гипергенной оболочки или на других уровнях). Представления же о движениях гипергенной оболочки в целом отличались бы крайней неопределенностью.
Связывая движения земной поверхности с перемещениями масс, мы вправе считать, что эти движения обусловлены главным образом процессами, происходящими на некоторой глубине. Отсюда следует, что кроме намеченных двух аспектов изучения тектонических движений необходимо указать на третий аспект, а именно — их изучение в связи с представлением о глубинных тектонических процессах. Исследование тектонических движений в этом отношении должно быть тесно связано с геофизическими данными. Для суждения о глубинных процессах необходимо совместное истолкование тех и других данных.
Непосредственным измерениям доступны лишь современные движения. Заметим, что, говоря о непосредственных измерениях, мы имеем в виду не личные возможности одного исследователя, а возможности ряда последовательных поколений, т. е. исторический этап. Здесь не следует смущаться тем обстоятельством, что отмеченный архитектурными и литературными памятниками исторический этап в разных районах Земли имел различную продолжительность и, таким образом, нижняя возрастная граница времени проявления современных движений не является синхронной для всей поверхности Земли.
Самым важным свойством современных движений нам представляется не их хронологическая приуроченность, а их доступность непосредственным измерениям. Все остальные (не современные в приведенном смысле) тектонические движения лишь реконструируются нами по тем или иным косвенным признакам. Указать же, какова в самом деле их кинематическая характеристика, мы можем только на примере современных движений.
В качестве методов изучения современных движений применяются повторные нивелировки и триангуляции, наклономерные наблюдения, повторные гравиметрические, уровнемерные наблюдения, гидрологические, сейсмометрические, космические методы и изучение исторических (литературных, археологических и др.) данных.
Среди современных тектонических движений Н.И. Николаев различает собственно тектонические движения, называемые эпейрогеническими, волновыми, колебательными и т. д. Эти движения проявляются длительно, они связаны с различными геофизическими и геохимическими процессами, происходящими в глубинных недрах Земли; генезис их неясен. Предполагаемое расчленение этих движений (по происхождению) на планетарные и подкоровые, как считает Н.И. Николаев, связано с большими трудностями. Собственно тектонические, или вековые (будем называть их так), или эпейрогенические движения представляют собой общий фон, на котором происходят движения, имеющие разного рода локальные причины (например, местные поднятия над растущими соляными массивами), а также «упругие» движения, вызывающие лишь обратимые (упругие) деформации земной поверхности. Однако даже такие упругие движения, как приливы в твердой Земле, имеют остаточную компоненту, влияют на структуру Земли и могут рассматриваться как тектонические.
Движения, выраженные, например, в послеледниковых поднятиях, соразмерны во времени с процессами денудации и осадконакопления и могут быть синхронными с ними; если мы представим себе подобного рода движения в геологическом прошлом, то можем рассчитывать, что они могли оставить следы в геологической структуре и, следовательно (при благоприятных обстоятельствах), могут быть в какой-то мере реконструированы. К подобного же рода «квазиупругим» движениям, возможно, относится эндолитогенный компонент, о котором сообщает Н.И. Николаев. Это явление заключается в прогибании поверхности Земли под тяжестью городских и портовых сооружений, установленном в Мехико, Риге, Бремене, Токио, Венеции и других городах и достигающем нескольких сантиметров и десятков сантиметров в год (в Токио 40—56 см за 2—4 года); прогибания связаны со сжатием поверхности грунтов в слое 20—30 м.
Тектонические движения могут быть охарактеризованы траекториями и скоростями. Что касается траекторий, то они представляются сложными, хотя и совершенно недостаточно изучены. Приводимые в литературе многочисленные данные о скоростях современных движений относятся в основном к их вертикальной компоненте, устанавливаемой нивелировками и уровнемерными наблюдениями. Эти методы не позволяют выяснять горизонтальную компоненту. Однако в тех немногих районах, где проводились повторные триангуляции, устанавливается, что горизонтальная компонента иногда значительно превышает вертикальную.
Укажем на приводимые Н.И. Николаевым данные о горизонтальных смещениях триангуляционных пунктов в Баварии со скоростью до 18 мм/год. Карта смещений триангуляционных пунктов показывает, что смещения эти были не случайны, а отражали «перекашивания» крупных (порядка 100 км и более в поперечнике) участков территории Южной Баварии. Замеренные скорости горизонтальных движений (перемещение по сдвигам) в Калифорнии составляют 5—40 см/год, максимальная скорость 7 м за 16 лет. В зонах современной активности советского Дальнего Востока горизонтальная компонента движений на порядок выше вертикальной.
Траектории вековых движений (траектории точек поверхности Земли) можно представить себе как сумму вертикальной и горизонтальной компонент в векторной форме. В действительности эти траектории, по-видимому, не прямолинейны и могут обладать очень сложной формой. Точные данные о них отсутствуют, однако, по-видимому, некоторые такие траектории сходны с известной моделью Монтессю де Баллора, изображающей путь, пройденный точкой земной поверхности во время землетрясения в Токио 15 января 1887 г., в виде сложного петельчато-узловатого узора. Эта модель наглядно показывает, что даже знание обеих — вертикальной и горизонтальной — компонент движения, что весьма редко бывает, далеко не раскрывает полной кинематики движения и не позволяет поэтому ощутить все многообразие различных процессов, влияющих на движение точек земной поверхности. Так что даже при наличии повторных нивелировок и триангуляций сведения о тектонических движениях, которые мы получаем, остаются крайне схематичными.
Когда речь идет о скоростях современных тектонических движений, то в основном рассматриваются вертикальные компоненты этих скоростей, осредненные для интервала времени измерений.
Повторные нивелировки, проводившиеся в большом количестве мест в Советском Союзе и зарубежных странах, показывают, что любая точка земной поверхности находится в движении, испытывая поднятия или опускания; это дает возможность говорить о повсеместности распространения и непрерывности проявления тектонических движений.
Измеряемые повторным нивелированием скорости современных движений не могут быть полностью отнесены за счет тектонических движений. Как указывали Ю.А. Мещеряков и М.Н. Синягина, на результаты повторного нивелирования наряду с тектоническими движениями земной поверхности оказывают влияние ошибки измерений обеих нивелировок и местные смещения марок и реперов нивелирования неотектонического происхождения. Очевидно, невозможен точный подсчет влияния ошибок измерения на получаемую от сравнения обеих нивелировок разность отметок. Кроме того, очень трудно учитывать смещение нивелировочных реперов (например, от проседания или вспучивания грунтов в зависимости от инженерно-геологических условий). Поэтому Ю.А. Мещеряков и М.Н. Синягина рекомендовали корректировать данные нивелировок в соответствии с геолого-морфологическими особенностями местности. Они указывали, что если геологические данные для ряда этапов предшествующего геологического развития говорят о преемственности (унаследованности) тектонических движений (кривая повторной нивелировки имеет тот же характер, то можно считать, что данные нивелировки отражают тектонические движения. При таком подходе в измерения современных движений вносились элементы их реконструирования на основе геологических данных. При этом современные движения нельзя было рассматривать как полностью непосредственно измеряемые, и поэтому они частично утрачивали свое самое важное качество, а именно способность быть эталоном для реконструкции тектонических движений геологического прошлого при использовании метода актуализма. Однако при известной неполноценности непосредственных измерений такой подход для соответствующего ему состояния изученности современных движений и точности их измерения надо считать вполне оправданным. С подобной ситуацией мы уже встречались, когда рассматривали вопрос о значении историко-геологических реконструкций для познания современной геологической структуры.
Составленная Ю.А. Мещеряковым и М.Н. Синягиной с учетом возможных ошибок схема современных движений земной коры по данным повторного нивелирования для полосы Москва — Северный Кавказ иллюстрирует повсеместность движений. Современные движения обнаруживают связь с коренной тектонической структурой. Так, районы, расположенные севернее Ростова (платформа), испытывают поднятие, а районы к югу от Ростова (Предкавказье) — опускания. Средние скорости современных движений составляют: на Кубани — от -3 до -5, в Ейске от -1, до -2, Терской впадине от -5 до -7, на Украинском щите от +6 до + 10, Воронежском поднятии от +11,5 до +21,2, в Орле +17,2, Туле +16,5, Серпухове +15,1, Москве +3,9 мм/год.
При наличии двух надежных последовательных повторных нивелировок корректировка может осуществляться сличением их результатов, и в этом случае обращение к геолого-геоморфологическим данным становится менее обязательным. Так, Ю.А. Мещеряковым и М.Н. Синягиной, спустя 10 лет после получения вышеприведенных величин, было показано для европейской части России, что скорости (и направления) вертикальных движений земной коры остаются постоянными в течение, по крайней мере, нескольких десятилетий. Такой прогресс оказался возможным благодаря тому, что определение величин движений теперь производилось не на основе однократных повторных нивелировок, а только при помощи сетей повторного нивелирования, что позволило контролировать вычисленные значения скоростей современных движений по невязке полигонов, а также, используя избыточные наблюдения, получать вероятнейшие значения скоростей современных движений в отдельных пунктах.
При больших интервалах измерений получаются устойчивые осредненные величины, а при малых интервалах увеличивается влияние случайных отклонений от общей тенденции.
Изучив данные по измерениям уровней ряда пунктов побережья Ботнического залива, Ф. Виттинг показал, что если совместно обработать наблюдения 15 лет, а затем трех лет, и, наконец, одного года, то определяемые движения оказываются все хаотичнее. Он пришел к выводу, что область в целом поднимается как «полупластичная мозаика» из сочлененных друг с другом блоков различного размера.
По данным Д.М. Лиса, по Месопотамской равнине в районе Ахвиза располагается антиклиналь Шаур, формировавшаяся в течение четвертичного периода. В первом или втором столетии нашей эры антиклиналь была пересечена двумя ирригационными каналами. Ложе канала за 1700 лет поднялось на 18 м в пределах участка протяженностью 4 км. Средняя кажущаяся скорость роста антиклинали, таким образом, составляет 10 мм/год. В этом же районе (вне антиклинали) на глубине 2 м ниже поверхности аллювиальной террасы обнажается участок древнего поселения с кремневыми и медными орудиями, датируемыми 3000 лет до н. э. Вычислено, что размах региональных тектонических движений здесь составляет 3 мм/год. Приведенный пример интересен для оценки относительной активности складкообразования и вековых движений.
Вековые тектонические движения сводятся не только к образованию плавных изгибов земной поверхности. Формой их проявления следует считать также медленные движения по разломам, происходящие с соразмерными скоростями. Например, горизонтальные перемещения по известному сбросу Сан-Андреас составляет 10 мм в год, горизонтальные перемещения по «альпийскому сдвигу» Новой Зеландии — 1500 м со времени последнего межледниковья, что отвечает скорости перемещения 25 мм/год. Совместное проявление плавных и разрывных перемещений в пределах отдельных складок и куполов хорошо устанавливается путем историко-геологической реконструкции, например для поднятий Юго-Западной Туркмении, Эмбы, Апшеронского полуострова, Западной Сибири.
Нарушения общего фона вековых движений различными местными аномалиями вызваны локальными движениями, связанными с разнообразными неглубокими очагами или процессами. К такого пода аномалиям относятся современные поднятия поверхности Земля над растущими соляными массивами и опускания над смежными с ними компенсационными мульдами, а также над ядрами некоторых антиклинальных складок.
К локальным движениям относятся движения земной поверхности над горными выработками (техногенные движения). Они затрагивают слой небольшой мощности, соответствующий глубине заложения выработок. Однако данные детального их изучения могут использоваться для сравнительного анализа крупных тектонических прогибаний геологического прошлого. Интересны, в частности, явления горизонтального смещения прогибаний над выработками в зависимости от продвигания забоев (рис. 16).

Интенсивные локальные прогибания старых нефтеносных районов Апшеронского полуострова за период 1912—1928 гг. (Сураханы — 31,5 мм/год, Романы — 16,7 мм/год и Сабунчи — 11,5 мм/год) обусловлены выносом песка из нефтяных пластов в условиях их открытой эксплуатации. В Лонг-Биче (Калифорния) скорости опускания земной поверхности над разрабатываемыми нефтяными залежами достигали 50 мм в месяц. Опускания в районе Делано (Калифорния) связываются с усиленной откачкой грунтовых вод и т. д.
Унаследованность современных движений, устанавливаемая для Восточно-Европейской платформы, прибрежных районов Каспия, Финляндии, Нидерландов и других районов, позволяет считать, что измеряемые параметры современных движений были присущи также тектоническим движениям геологического прошлого, и, следовательно, данные изучения первых можно использовать при реконструировании вторых. Этот общий вывод может быть распространен и на горизонтальные компоненты движений.
Среди современных тектонических движений особое место занимают сейсмогенные движения. Они могут быть по своему распространению локальными, но могут охватывать огромные территории, вполне соразмерные с площадями распространения вековых движений того или иного знака. Так, одна из крупных площадей опусканий (Московская синеклиза и смежные районы) заведомо меньше, чем площадь, в пределах которой колебания поверхности Земли ощущались человеком (5 млн. км2) при Гоби-Алтайском землетрясении. Судя по масштабам, вековые и сей-смогенные движения (не все) можно считать различными по форме проявлениями глубинных процессов, возможно, имеющими единую природу. О связи сейсмогенных движений с вековыми говорит также приуроченность землетрясений к зонам больших градиентов скоростей вековых движений.
Скорость сейсмогенных движений, как правило, не измеряется: настолько быстро и неожиданно они происходят. Об их величинах судят по размерам сейсмогенных дислокаций, образовавшихся в результате землетрясений.
Для характеристики сейсмогенных движений воспользуемся работами В.П. Солоненко и Н.А. Флоренсова по Гоби-Алтайскому землетрясению 1957 г. Судя по их описаниям, сейсмогенные движения проявились как в виде упругих деформаций, так и в виде дислокаций. «Упругая» форма движения выразилась в возникновении волн, которые шли, как «при ритмичном встряхивании матраса»; эти земляные волны «катали овец, как шарики». Величина волн и скорость их перемещения замерены не были. Землетрясение вызвало образование системы разнообразных дислокаций, причем в течение не более трех минут в плейстосейстовой области образовались почти все типы разрывных нарушений, известных в структурной геологии.
Основные перемещения произошли по крупному широтному разлому на протяжении 240—250 км, причем размер сдвиговых перемещений достигал 8,85 м, а вертикальных — 4 м. В плейстосейстовой области были выделены сбросы (с перемещениями до 10,7 м), ступенчатые сбросы, сбросо-сдвиги, взбросы, взбрососдвиги (с горизонтальным смещением до 8,85 м), надвиги, поддвиги, сдвиги, трещины, изгибы-валы (например, высотой 4—5 м, длиной 15—20 м), сейсмокупола (высота 5—6 м) с компенсационными примыкающими к ним опусканиями, грабены, горсты, чешуйчатые надвиги и т. д. Скорости сейсмогенных движений Гоби-Алтайского землетрясения (метры в секунду) превышают скорость вековых тектонических движений (миллиметры в год) на 10 порядков.
По В.П. Солоненко при землетрясении 26 июня 1905 г. наблюдались сбросовые смещения в тоннелях у оз. Байкал с разрушением креплений. 13 января 1962 г. произошло опускание, в результате которого исчезла под водами Байкала Кударинская степь площадью 197 км2 и на ее месте образовался залив «Провал» глубиной до 2,9 м. Очевидно, при последующих землетрясениях происходило дальнейшее опускание дна залива. Сейсмогенные движения в районе Байкала происходят на фоне вековых тектонических движений. Так, в южной части оз. Байкал инструментальными наблюдениями 1906—1907, 1928 и 1937 г. установлено относительное вертикальное перемещение точек до 2 м в столетие, причем во времени это перемещение было неравномерным (значительное уменьшение скорости отмечалось в период 1928—1937 гг.).
При землетрясении в Сан-Франциско в 1906 г. образовался сбросо-сдвиг, параллельный берегу Тихого океана на протяжении 350 км с перемещением 7 м по горизонтали и 1,3 м по вертикали. Сбросо-сдвиг совпал с уже существовавшей сбросовой линией. При землетрясении в 1872 г. в Скалистых горах образовались ступенчатые сбросы; длина главного из них достигла 80 км, вертикальная амплитуда 5—6 м. В 1897 г. в Ассаме образовались три больших сброса. Длина самого большого была 22 км при вертикальном смещении 12 м.
При Большом трещинном Толбачинском извержении в 1975— 1976 гг. (Камчатка) произошло в течение второй половины августа 1976 г. грандиозное обрушение вершинного кратера Плоского Толбачика с образованием провала диаметром 1600 м и глубиной 500 м. Там же были проведены наблюдения над скоростью развития трещин. Образовавшаяся трещина через 20 минут имела длину 450 м, а через 3 часа — 480 м; отмечено, что трещины в скальных породах были много длиннее, чем в рыхлых пирокластических толщах. Были определены скорости формирования геологических тел вулканического происхождения (конусов) — за 72 дня извержения были образованы шлаковые конуса высотой 332, 291 и 141 м. Здесь речь идет не о тектонических движениях, а именно о скорости формирования геологических тел, поскольку данный процесс связан лишь с изменением систем вещественных частиц земной поверхности.
Приведенные примеры показывают, что быстрые тектонические сбросовые перемещения при землетрясениях могут охватывать площади большой протяженности (до 350 км в длину) и обладают как вертикальной, так и горизонтальной составляющей. Об одновременном проявлении быстрых современных тектонических движений на огромных пространствах говорят приводимые Н.П. Кропоткиным данные о распространении резких тектонических импульсов. В 1943 г. возникновение нового вулкана Парикутин в Юго-Западной Мексике сопровождалось землетрясениями как вблизи вулкана, так и в районах, удаленных от него на 350—500 км. При этом наблюдалась перекличка сейсмических толчков; после удара вблизи вулкана тотчас с небольшим интервалом последовало землетрясение в тех же удаленных районах. 18 апреля 1932 г. в чилийско-аргентинских Андах одновременно пришли в действие 25 крупных вулканов, образующих ряд длиной в 800 км.
Распределение горизонтальных сейсмогенных смещений может представлять собой весьма сложную картину.
Некоторые землетрясения сопровождаются огромными оползнями молодых отложений на подводных склонах океана. Размеры таких оползней достигают сотен тысяч квадратных километров, перемещения по ним — сотен километров; подобные же, но меньших размеров подводные оползни водонасыщенных осадков наблюдаются в озерах. Особые тектонические явления сопутствуют землетрясениям при наличии водонасыщенных прослоев (например, плывунов). Такие породы текут через трещины в покрывающих слоях, что приводит к образованию небольших грязевых вулканов и, возможно кластических даек — грязевой вулкан при Ашхабадском землетрясении.
Современные тектонические движения фиксируются в районах действующих вулканов. Например, после извержения вулкана Сакурадзима 1941 г. нивелировкой установлено образование концентрического проседания глубиной 89,4 см, имеющего характер вулкано-тектонической депрессии. При возникновении в 1954 г. нового вулкана Сёвасиндзан на о-ве Хоккайдо наблюдалось перед извержением сводовое поднятие высотой 50 м.
К явлениям динамической тектоники принадлежат и сами «живые» вулканические очаги, изучаемые геофизическими методами. Наблюдаемые явления экранирования поперечных волн позволили Г.С. Горшкову (1958 г.) определить глубину (60 км), протяженность и мощность (25—35 км) и объем (10—20 тыс. км3) магматического очага Ключевского вулкана на Камчатке.