Методы изучения тектонических движений, (часть 1). Лекция 7

движения, вертикальные и горизонтальные.
Методы их изучения, в том числе лазерная геодезия,
метод лазерных отражателей на спутниках,
радиоинтерферометрия, GPS.
Изучение современного напряженного состояния земной коры,
сейсмогенные движения и решение фокальных механизмов землетрясений.
Методы изучения движений геологического прошлого.
Анализ фаций и мощностей, в том числе применительно к горизонтальным движениям по сдвигам и шарьяжам.
Объемный метод.
Анализ перерывов и несогласий.
(18-01-2021; длительность 2 часа)
Б
Палеомагнитные методы, основанные на определении ориентировки векторов остаточной намагниченности и на изучении линейных аномалий океанского дна. Специфика изучения новейших (неотектонических) движений, структурно-геоморфологический анализ.
(длительность 1 час)

2

80-х годов 19-го века во многих портах мира были установлены водомерные приборы — сначала рейки, затем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюдений за изменением положения уровня моря.

Современные тектонические движения, вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные движения

Белоусов, 89, с. 47

Общая амплитуда поднятия в центре свода за 9 тыс. лет составила около 250 м. Установлено, что движение носило замедленный характер: 9 тыс. лет назад оно происходило со скоростью 13-8 см/год, 7-6 тыс. лет назад скорость снизилась до 2 см/год, а сейчас она составляет 1 см/год.
В Голландии, где жители уже много веков строят плотины, чтобы защититься от наступающего моря, земная кора опускается сейчас со скоростью 0,1-0,7 см/год.
(Белоусов)

Балтийская система высот (БСВ) — принятая в СССР система нормальных высот, отсчёт которых ведётся от нуля Кронштадтского футштока

3

колебаний уровня Мирового океана (см. Уровень моря), вызванных изменением объема либо морской воды (гляциоэвстазия, в меньшей степени – привнос ювенильной воды, вариации температуры и солености морской воды), либо океанических впадин (тектоноэвстазия и седиментоэвстазия). Эвстатические колебания, амплитуда которых достигает десятков (реже сотен) м, сказываются одновременно во всех частях Мирового океана и приводят к смене трансгрессий и регрессий, существенно влияют на формирование рельефа и осадков прибрежной зоны и шельфа.

4

Рисунок 115. Эвстатические колебания уровня Мирового океана в фанерозое: 1 — по работе (Vail et al., 1976); 2 — осреднённая (огибающая) кривая; 3 — кривая эволюционного изменения уровня океана δh ; 4 — кривая эволюционного увеличения глубины океана, отсчитываемой от среднего уровня стояния гребней срединно-океанических хребтов hok; 5 — периоды оледенений.

В геологической литературе долго шли споры о том, что служит основной причиной колебания уровня океана и связанных с ним морей — тектонические движения земной коры континентов или собственные, эвстатические, колебания уровня океана обусловленные изменениями объема бассейнов или заключенных в них масс воды. Это противоречие было разрешено лишь в 20-е годы нашего века финским геологом В. Рамзаем, указавшим, что в действительности взаимодействуют оба фактора — тектонический и эвстатический. (Хаин)

методом анализа мощностей для движений более отдаленного геологического прошлого, и на порядок выше, чем установленная геоморфологическими методами для новейших движений. Этот «парадокс скоростей» может иметь двоякое объяснение: 1) реальное ускорение вертикальных движений в новейшую и особенно современную эпоху и 2) вертикальные движения имеют колебательный характер и истинное представление об их скорости может дать лишь алгебраическое суммирование за достаточно длительный промежуток времени. Современная эпоха действительно отличается высоким темпом вертикальных движений, но все же это ускорение недостаточно для объяснения «парадокса скоростей».

5

Метод повторного нивелирования. По мере строительства железных дорог появилась необходимость периодического высокоточного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопасности движения. Повторное нивелирование выявило изменение отметок реперов со временем.

0.01 м * 1.000.000 = 10.000 м

повторные триангуляции, которые вначале также проводились не в целях выявления тектонических смещений и лишь затем стали использоваться в этом направлении.
«В настоящее время изучение горизонтальных движений производится с помощью лазерных дальномеров». Основные виды работ - изучение деформаций при землетрясениях (база 2-5 км). Смещения при крупных землетрясениях достигают 1 - 10 м.

В настоящее время используются два других, значительно более точных метода повторного измерения расстояния между отдаленными пунктами:
1) с помощью лазерных отражателей, установленных на Луне или на искусственных спутниках Земли;
2) с помощью регистрации радиосигналов от квазаров (длиннобазовый радиоинтерферометрический метод).
Точность определения относительного смещения плит этими методами достигла порядка сантиметра в год. Поскольку скорость смещения плит составляет обычно несколько сантиметров в год (для некоторых плит более 10 см/год), то данные, накопленные за несколько лет измерений, уже по крайней мере на порядок превосходят возможную ошибку этих измерений.
На основании изучения современных вертикальных и горизонтальных движений установлено, что вся поверхность Земли охвачена этими движениями, первые носят колебательный, а вторые — направленный характер.

6

из самых ярких (в абсолютном исчислении) в видимой Вселенной. Английский термин quasar образован от слов quasi-stellar («квазизвёздный» или «похожий на звезду») и radiosource («радиоисточник») и дословно означает «похожий на звезду радиоисточник». Обнаружены десятки тысяч квазаров. Квазары удалены на расстояния в миллиарды световых лет. Например, самый близкий к Земле квазар расположен в созвездии Девы и находится на удалении в 2,5–3 миллиарда световых. Этот квазар видим в световом диапазоне.
Именно вследствие столь значительного удаления от Земли квазары воспринимаются как точечные — их угловые размеры не превышают тысячной доли угловой секунды — миллисекунды. Из-за таких малых угловых размеров излучение квазаров при малой длине временной когерентности обладает большой пространственной когерентностью. Принимая сигналы квазаров в двух, сколь угодно удаленных друг от друга точках на поверхности Земли, можно получить когерентные, т. е. «похожие друг на друга» сигналы. Кроме того, и это принципиально важно, квазары, из-за их значительного удаления от Земли, не имеют заметных собственных движений.
Поэтому направления на квазары и позволяют практически реализовать инерциальную систему отсчета на уровне миллисекунды.

7

РСДБ-комплекс «Квазар-КВО»

национальная радиоинтерферометрическая сеть со сверхдлинными базами (РСДБ)
http://iaaras.ru/quasar/

крайней мере, на три порядка превышают потенциал существующих наземных оптических средств и составляют:
доли миллисекунды дуги при определении координат радиоисточников и параметров вращения Земли,
микросекунды дуги при построении изображений радиоисточников и определении фундаментальных астрономических постоянных,
миллиметры при определении трехмерных координат точек земной поверхности и больших баз,
миллиметры в год при определении глобальных тектонических движений
и десятки пикосекунд при синхронизации шкал времени, разнесенных на глобальные расстояния.

8

РСДБ-комплекс «Квазар-КВО» является базовой системой России для получения высокоточной координатно-временной информации в интересах фундаментальных и проблемно-ориентированных исследований и обеспечивает решение следующих задач:
построение фундаментальных небесной и земной систем координат;
построение динамических систем координат;
определением параметров вращения Земли с высоким временным разрешением;
картографирование естественных радиоисточников с высоким угловым разрешением;
построение высокоточных базисов больших длин;
исследование тектонических движений земной коры;
синхронизация атомных шкал времени, разнесенных на большие расстояния;
колокация ГЛОНАСС/GPS – приемников и лазерных дальномеров с РСДБ-средствами;
эфемеридно-временная поддержка глобальной навигационной системы ГЛОНАСС;
наблюдения совместно с космическим радиотелескопом;
разработка программно-аппаратных средств для радиоастрономии.

(По В.Е.Хаину, 1995)

Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли (исключая приполярные области), почти при любой погоде, а также в околоземном космическом пространстве определять местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей — нужен только навигатор или другой аппарат (например, смартфон) с GPS-приёмником.

Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС) — российская) — российская спутниковая система навигации, одна из двух полностью функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации[1].
Система ГЛОНАСС, имевшая изначально военное предназначение, была запущена одновременно с системой предупреждения о ракетном нападении (СПРНСистема ГЛОНАСС, имевшая изначально военное предназначение, была запущена одновременно с системой предупреждения о ракетном нападении (СПРН) в 1982 году для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования, например, пассивных метео-РЛС типа РАЗК «Положение-2». Дополнительно система транслирует гражданские сигналы, доступные в любой точке земного шара, предоставляя навигационные услуги российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.
Основой системы являются 24 спутникаОсновой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью ЗемлиОсновой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19400 км[2]. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS.
Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя. Для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приёма сигнала потребителем и момента его синхронного излучения от спутников»

диссертация кгмн 25.00.03 МГУ, 2018

(По В.Е.Хаину, 2005)

10

в последние годы становиться так называемая радиоинтерферометрическая съемка, выполняемая с пространственного базиса (две разнесенные антенны на одном носителе либо два аппарата, работающих в тандемном режиме).
При этом пространственное разрешение деталей поверхности возрастает до долей метра.

Использование для исследования локальных структур лазерной и радиоинтерферометрии

Лазерная съемка местности производится с летательных аппаратов с целью создания цифровой модели местности. Общая идея использования этой технологии для изучения вертикальных тектонических движений состоит в сравнении двух моделей рельефа, созданных в разное время (до и после землетрясения, например).
Военные технологии.

10

механизмов землетрясений.

определение современного напряженного состояния земной коры производится на основе данных о механизмах очагов землетрясений

Считается, что ориентация осей главных напряжений совпадает с ориентаций осей P и T механизмов очагов землетрясений.
Одна из проблем в рамках сейсмологии - выбор реализованной нодальной плоскости.
В тектонофизике по совокупности механизмов очагов землетрясений определяют поле тектонических напряжений.

Канамори из Калифорнийского технологического института предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.
Сейсмический момент землетрясения определяется как M0 = μ S u, где
μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
S — площадь, на которой замечены геологические разломы;
u — среднее смещение вдоль разломов.
Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па × м² × м = Н × м.
Магнитуда по Канамори определяется как
M W = (2/3) ( lgM 0 − 16 , 1 )
где M0 — сейсмический момент, выраженный в дин × см (1 дина×см эквивалентна 1 эргу, или 10−7 Н×м).

сейсмогенные движения

Сейсмотектоническая деформация
[seismotectonic deformation] – деформация объема горных пород, обусловленная многочисленными подвижками по сейсмогенным разрывам. Феноменологически может рассматриваться подобно описанию пластической деформации среды в рамках физической теории пластичности. Количественно оценивается посредством суммирования тензоров сейсмических моментов статистически представительного числа землетрясений в заданном объеме среды.

Исследуя сейсмичность на определенной площади за определенное время (с учетом механизмов очагов и магнитуды землетрясений) можно установить тип и величину деформации региона. Сравнение с величинами смещения по GPS показало, что землетрясениями осуществляется около 10% общей деформации.
Работы Сергея Львовича Юнги по оценке сейсмотектонической деформации
geo Юнга.pdf, Юнга сейсмотект - деформ.pdf

15
Перерыв

применительно к горизонтальным движениям по сдвигам и шарьяжам

Хаин Ломизе, 95, стр. 197; Белоусов, 75, стр. 53, Белоусов, 89, стр. 77
Анализ фаций и мощностей. Объемный метод

Метод фаций и мощностей.
Мощности и фации осадочных пород можно (и нужно! Ф.Я.) использовать для восстановления истории колебательных движений, их амплитуд, размещения на площади и во времени. Мощность с поправкой на изменение уровня осаждения осадков дает представление об амплитуде прогибания. Поправка необходима в том случае, если есть фациальные признаки того, что уровень осаждения за время отложения данного стратиграфического подразделения изменился.

фаций по площади для строго ограниченного стратиграфического интервала, и
временном, когда исследуется смена фаций во времени в пределах ограниченного района, часто даже точки, где расположен обнаженный разрез или пробурена скважина.
Большое значение для анализа фаций в последнее время приобрели данные сейсмостратиграфии, по которым выявляются фациальные изменения как в латеральном, так и в вертикальном направлениях. (Хаин)

Анализ распределения фаций по площади проводится с помощью специальных карт. Карты эти составляются по данным изучения разрезов как в естественных обнажениях, так и в буровых скважинах и, как только что отмечалось, на сейсмостратиграфических профилях. Наиболее обычный стратиграфический интервал — ярус, подъярус, реже более мелкие (микропалеонтологическая зона, горизонт, слой) или более крупные (отдел, система) подразделения.

17

Анализ фаций и мощностей, в том числе применительно к горизонтальным движениям по сдвигам и шарьяжам

стратиграфического интервала и их отсутствия. Естественно, что области накопления осадков, если только речь не идет о субаэральных образованиях, должны рассматриваться как области тектонического опускания — абсолютного, если речь идет о нормальных морских осадках, или, возможно, относительного, если речь идет о субаквальных осадках ненормальной солености или озерного и аллювиально-озерного происхождения.
В областях отсутствия осадков требуется выяснить, является ли это отсутствие первичным, т. е. данная область была в это время областью сноса и, следовательно, тектонического поднятия, или вторичным, результатом последующего размыва.

Решить этот вопрос можно, анализируя фациальный состав осадков, обрамляющих область их отсутствия, и выясняя, есть ли в этом составе признаки сноса именно с этой области. Здесь в помощь таким макроскопическим признакам, как присутствие гальки или менее крупных обломков пород, сходных со слагающими эту область, может быть использовано присутствие характерных для нее минералов, в частности минералов метаморфических пород.

18

Анализ фаций и мощностей, в том числе применительно к горизонтальным движениям по сдвигам и шарьяжам

волн. По скоростным параметрам и особенностям сейсмической записи с учетом данных бурения можно судить о возрасте и вещественном составе пород. Т.е. сейсмический разрез интерпретируется в виде геологического разреза.
Достоинствами метода являются:
- относительно небольшие финансовые затраты;
- быстрота получаемых результатов (в десятки раз быстрее, чем многими традиционными методами) и их наглядность;
- масштабность исследований (в смысле охвата значительных площадей осадочных бассейнов);
- способность изучать осадочный чехол в труднодоступных и плохо обнаженных районах (акватории, болота и прочее);
- возможность расчленять чехол на больших глубинах;
- возможность получать трехмерное изображение.
Ограничения метода: сейсмостратиграфический метод работает только в осадочных бассейнах, где углы наклона пород, как правило, не выходят за пределы 10-20 градусов, требует совместного применения палеонтологического метода.

Анализ фаций и мощностей, в том числе применительно к горизонтальным движениям по сдвигам и шарьяжам

19

Клиноформы – латеральное заполнение бассейна осадками, можно определить глубину бассейна (амплитуду погружения)

Параметрическая скважина

Trexler, C., ... & Godoladze, T. (2016). Relict basin closure and crustal shortening budgets during continental collision: An example from Caucasus sediment provenance. Tectonics, 35(12), 2918-2947
В статье делано предположение о субдукции «океана» шириной 200-300 км в пространстве флишевого бассейна в олигоцене

20

нагромождение надвинутых друг на друга тектонических пластин, для восстановления первичного расположения осадков в бассейне необходимо построение карт специального типа, получивших название палинспастических (Дж. М. Кэй).

Методика таких реконструкций излагалась Ч. Б. Борукаевым, С. В. Руженцевым, А. А. Беловым, О. А. Щербаковым, В. В. Юдиным. Принцип их заключается в раздвижении надвиговых пластин в направлении, обратном перемещению при надвигании, т.е. перпендикулярно простиранию надвигов, и их расположении рядом друг с другом. При этом желательно переместить пластины в область их «корней», если последние известны, что бывает, однако, не часто.

Желательно также произвести распрямление складок в пределах пластин, что может привести к увеличению их ширины до 20—25%.
Затем составляются карты фаций, участвующих в строении надвиговых пластин отложений. Для этого необходимо произвести увязку фациальных зон, прослеживаемых в смежных пластинах, которую начинают с наиболее характерных фаций, например, рифовых, русловых и других, обладающих линейностью распространения.

Учитывают нормальную последовательность смены палеогеографических обстановок вкрест простирания пассивных и активных континентальных окраин (шельф — континентальный склон — континентальное подножие — абиссаль — островная дуга — желоб), а также линейность соответствующих зон.

из важнейших методов тектонического анализа. Он проводится на основе составления карт линий равных мощностей, или изопахит; такие карты обычно совмещаются с картами фаций, исходным материалом служат разрезы в естественных обнажениях или скважинах.
В нашей стране первые карты изопахит были составлены В. В Белоусовым, который и дал теоретическое обоснование данного метода. Позднее В. Е. Хаин, а также А. Л. Яншин и Р. Г. Гарецкий пересмотрели некоторые выводы В. В. Белоусова.

Заметный интерес представляет вычисление скоростей вертикальных движений

и мощностей А. Б. Роновым (1949) был разработан объемный метод изучения вертикальных движений. Этот метод предусматривает:
1) подсчет суммарных объемов отложений (по картам мощностей);
2) измерение относительных объемов различных типов отложений (по картам фаций /литофаций/ и мощностей);
3) определение среднего размера погружения и средней мощности отложений;
4) определение средней скорости погружений (частное от деления среднего размера погружения на абсолютную продолжительность соответствующего интервала времени);
5) определение средней интенсивности вулканизма (частное от деления объема вулканогенных пород на произведение площади и времени их накопления);
6) определение размера и средней скорости поднятия по объему снесенного с него обломочного материала, переотложенного в сопряженных прогибах;
7) определение так называемого коэффициента поднятия (отношение общего объема обломочных пород к общему объему всех отложений).

Вычисление перечисленных показателей может значительно дополнить обычный качественный палеотектонический анализ.
Так, определение среднего размера погружения дает надежный критерий для оценки относительной интенсивности движений различных геоструктурных зон в течение одной эпохи или одной и той же зоны в разные геологические эпохи.
В первом случае оно позволяет отвлечься от неравенства площадей отдельных зон, а во втором — от влияния эвстатических колебаний уровня океана, изменяющих площадь осадконакопления.
Сами эти колебания могут быть объективно выявлены путем сравнения изменения площадей накопления в различных зонах и в различные промежутки времени.
Вычисление средней скорости погружения или поднятия позволяет устранить влияние неравенства продолжительности различных геологических веков, эпох, периодов.

24

" Наука", 1993.

проблем
Яковлев Ф.Л., Сорокин А.А. Сопоставление геодинамических моделей развития альпийского Большого Кавказа по параметру «объем размытых пород» / Т. 1. М.: ИФЗ. 2016. с. 314-322.

26

Вокруг Кавказа

Модельн. объемы

Сравнение для запад. полов. Б. Кавказа

Сравнение для Большого Кавказа целиком

Милановский, 68, 0%

Дотдуев, 86, 5-кр. сокр.

Милановский, 68, 0%

Дотдуев, 86, 5-кр. сокр.

Яковлев, 2015, 50%

Яковлев, 2015, 50%

и накопления осадков, фиксируются в изменениях фаций, мощностей и формаций, изучаемых соответствующими методами. Когда тектонические движения проявляются в условиях господства суши, они деформируют земную поверхность и образуют формы наземного рельефа, исследуемые структурно-геоморфологическими методами.

Но особые условия создаются в периоды обычно относительно кратковременных общих или местных поднятий (осушений), которые затем снова сменяются погружениями (затоплениями). Эти события отмечаются перерывами в отложении осадков, а также несоответствием залегания разделенных перерывами толщ, получившим название несогласий. Движения и деформации, сопровождающие отсутствие осадков, как бы конденсируются в плоскости перерывов и несогласий. Перерывы совпадают с фазами усиления движений, деформаций и перестроек структурного плана.

Не случайно поэтому вследствие относительной легкости фиксации несогласий и благодаря их наглядности рассматриваемый метод является, по существу, старейшим методом изучения истории движений земной коры. Им пользовался еще Н. Стено при восстановлении истории геологического развития Тосканы на основе разработанных им принципов.

стратиграфический разрез Чвежипсинской зоны и толщи, слагающей тело Воронцовского покрова, заканчивается «глинистой» толщей (долина р. Якорная Щель), предположительно соответствующей низам аналога майкопской серии. Таким образом, нижнее ограничение времени начала формирования складчатости в теле покрова – ранний олигоцен (несколько позднее 35 млн. лет).

Факт перекрытия телом покрова отложений сочинской и кудепстинской свит (конец олигоцена – начало миоцена, 30–22 млн. лет) дает нам нижнее ограничение времени движения покрова. К этому времени, вероятно, основные складчатые структуры в пределах Большого Кавказа были уже сформированы.

Верхнее ограничение времени движения Воронцовского покрова и периода образования складчатости задается временем формирования неоавтохтона. В нашем случае это «мергелисто-глинистая» толща, время ее формирования – средний – поздний миоцен (с 15 по 10 млн. лет).
Анализ перерывов и несогласий – эффективный комплекс методов выявления реальной истории развития сложных структур

seismic interpretation. Red dotted
line delineates the transition boundary between continental and oceanic crust [Granot, 2016]. Black thin lines
delineate the available seismic data, while the red thick lines delineate the seismic profiles illustrated in this paper.
Abbreviations:
CA=Cyprus Arc, CB=Cyprus Basin, COB=Continent-ocean boundary, ES=Eratosthenes micro-continent,
FR=Florence Rise, HR=Hecataeus Rise, LnR=Larnaca Ridge, LR=Latakia Ridge, MR=Margat Ridge,
PTF=Paphos Transform Fault.

Самостоятельное исследование 1.
История развития по мощностям и фация осадков

32

is used to refer to a specific zone in the text. Position of this profile found in figure 3. Position D: Piggy back basins created due to continuous convergence of the African plate with respect to the Eurasian plate.

33

is used to refer to a specific zone in the text. Position of this profile found in figure 3. Position G: Flexural basin created from the convergence of Eratosthenes micro-continent with Cyprus and infilled by Plio-Pleistocene sediments. A thin skinned thrust with a decollement level north of the basin portrays the shortening.

33