Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование современной геокинематики приразломных зон земной коры Копетдагского сейсмоактивного региона

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование современной геокинематики приразломных зон земной коры Копетдагского сейсмоактивного региона"

Академия наук СССР Огдена Ленина Инотитут физики Земли им. О.С.Ймпдта

На правах рукописи

Изшов Сергей Федорович

УДК 551,241

ИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ 1Е0КШЕМАШЯ

ПРИРАЗДОМШХ ЗОН ЗИЛНОЛ КОРЫ КОПЕ7ДАГСКОГО СЕЙСМОАКТИВНОГО РЕГИОНА

Специальность 04.00.22 - геофизика

Автореферат диссертация па соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1990

/

Работа выполнена в Институте сейсмологии Академии наук Туркменской ССР

Научные руководители: '

член-корреспондент АН СССР, доктор физико-математических наук Ю.Д.Буланна,

кандидат технических наук Ю.О.Кузьмин.

ОТдпиальние оппоненти: доктор физико-математических наук Ю.П.Сковородкин, кандидат технических наук В.А. Сидоров. Ведущая организация - Институт сейсмологии All Каз.ССР.

Защита диссертации состоится "2-1 " Cfi^-^fi&i***, 1990 г. /О "г г

в _____ часов на заседании специализированного совета К С02.08.03

по геофизике ордена Ленина Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта

Академии наук СССР.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Отзывы на автореферат /в 2-х экземплярах/, заверенные печатью учреждения, просим направлять на имя ученого секретаря специализированного совета по адресу: I238I0, Москва, Д-242, Большая Грузинокая ул., 10, Институт физики Земли.

Автореферат разослан " ^ 199Г) г. 1

Ученый секретарь Специализированного оовета кандидат технических наук

С.Н.Щеглов

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ . Актуальность проблемы. Результаты изучения современных двизенлй земной кори, полученные в последние годы на геодкнамическпх н сейсмопрогностпчэскпх полигонах, указывают на доминирующую роль деформационных процессов в прпразломных зонах при формирования основных пространственно-временных характеристик гзоклнематлкя ьемной поворхности.Кроно того известно, что зоны тектонически нарушений являются концентраторами напряженно-деформированного состояния среды в период подготовки сейсмических событий.

Учитывая, что Койогдагюшй сейсмоактивный регион расположён в зоне активных разломов земной коры, 'представляется.актуальным изучение харктера деформирования разлойшых зон.Настоящая работа посвящена анализу особенностей современного напряженно-дефор-шрованного состояния разломных зон я разработке методики количественной оценки его'характеристик на примере ряда тектоничео-ких нарушений Копетдагского сейсмоактивного региона. Паль работы, заключается в изучении особенностей современной геокинематики разломных зон Копетдагского сейсмоактивного региона. В соответствии с поставленной целью основными задачами работы являются: ■

1. Вшзление наиболее адекватных подходов для количественного описания деформационных процессов в зонах разломов на основе обзора существующих количественных моделей.

2. Разработка методики учета метеорологических деформаций земной поверхности и влияния техногенной фдюпдпой разгрузки на результаты деформационных наблюдений.

3. Изучение характера СВДЗК прпразломных зон Копетдагского региона путем введения формализованных критериев выделения геокп-номатических аномалий и решения обратных геокянематических задач.

4. Определение размеров зон' формирования предвестников в рамках

модели с объемным разупрочнением в сопоставление с илоыцш.шся материалами по деформационным предвестникам, полученным в Ашхабадской сейсмоактивной зоне.

5. Применение методов математического моделирования для проведения оптимизации профильных нивелирных и светодальномерных наблюдений в разломных зонах Копетдагского сейсмоактивного региона. раучная новизна. Разработана методика учета влияния экзогенных метеорологических деформаций н техногенной флшдной разгрузки на СДДЗК применительно к климатическим и гидрогеологически;,I условиям Копетдагского сейсмоактивного региона.

Получены форлули для профильного распроделеши вертикальных и горизонтальных смещений, деформаций и наклонов в окрестности зон разломов на основе исследования моделей типа упругих включений и дислокаций.

Изучен характер деформирования разлошшх зон Копетдагского сейсмоактивного региона и предложена методика выделения геокинематических аномалий и решения обратных задач.

Проведена количественная оценка размеров областей формирования деформационных предвестников землетрясений в рамках модели с объемным разупрочнением и проведено сопоставление наблюденных и расчетных данных.

разработана методика оптимизации профилышх нивелирных наблюдений в разлошшх зонах Копетдагского сейсмоактивного региона. Практическая пеннооть работы. Предложенная в работе методика учета экзогенных и эндогешшх факторов используется при выявлении предвестниковых аномалий в результатах деформационных систем наблюдений Ашхабадского сейсмоцрогностического полигона. А количественные оценки размеров зоны формирования деформационных пре.чвостникоз учитываются при оперативной оценке степени сейсмической опасности на заседаниях рабочей группы Междуведомственной

комиссии по физике очага и прогнозу землетрясений при Президиуме АН ТССР.

Научная разработка /совместно с Ю.О.Кузьминым/ "Аналитичес-:шо модели локальных геодинамнческих процессов и методика определения зон повышенной трещиноватости пород сдвигового типа" принята к внедрению в ИГиРШ МНИ и АН СССР и используется в комплексной отраслевой программе по современной геодинамике при нефтепоисковых работах. "Методика оптимизации нивелирных паблго-деш1й в Копетдагском сейсмоактивном регионе", разработанная совместно с И.О.Кузьминым, внедрена в Комплексную огштно-методичес-кую сейсмологическ/в экспедицию ИС АН ТССР.

Основные результаты работы используются при разработке трех заданий ГОНТ С!Л СССР: 03.02.11 -"Разработать модели сейсмического процесса с учетом естественной кусковатости пород п блокового строения земной коры"! 03.06.Н -"Разработать методику средне- и краткосрочного прогноза по комплексу сейсмологических, геофизических, гидрогеодинашческих и гидрогеохпмических предвестников в Копетдагскоы регионе" и 04.0I.H3B -"Создать мобилышй оптимальный аппаратурно-методический комплекс для оператпвннх наблюдений в эпицентралышх зонах произошедших силышх землетрясений в Пределах Туркменистана".

Апробация -работы. Основные положения диссертационной работы доло-яенц и обсуядались: на Международном симпозиуме геодезия-сейсмология: деформация и прогноз /Ереван,1989/, на симпозиуме КАПГ /Москва,*1983/, па Междуведомственных совещаниях по исследовании современных двиконий земной коры на геодинамичеоких полигонах /Сочи,1984; Звенигород, 1985/, йа совещаниях Комиссии по изучешт неприливных вариаций силы тяжести /Москва,1986,1989/, на Реопуб-ликанских конференциях молодых ученых и специалистов Туркменистана /1984,1986/, на Конференциях молодых ученых и специалистов

АН ТССР /1983,1987/, на научных семинарах Ш АН СССР.. публикации. Ооновшо результаты диссертации изложены в 8 печатных работах и реализованы в I изобретении. рбьем и структура диссертации. Диссертационная работа содержит /•?"£ страниц, в тш числе ^^ страниц машинописного текста, 63 рисунка, 6 таблиц и одно приложение. Она состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы. Библиография представлена 160 наименованиями советских и зарубежных авторов.

Автор выражает свои искреннюю благодарность научным руководителям: чл.-корр. АН СССР Ю.Д.Буланже и к.т.н. Ю.О.Кузьмину, а тайге сотрудникам Комплексной опытно-методической сейсмологической экспедиции и Института сейсмологии АН Туркменской ССР: Б.Н.Гаипову, С.С.Челпанову, Э.Ю. Безденежному, В.С.Еукову, Т.В.Кайзор, Т.Н.Бодарович, С.А.Атаеву и В.Т.Курбанову, ведущим научным сотрудникам ИФЗ и ИГиР1И АН СССР И.П.Добровольскому, Ю.П.Сковородкину, В.Б.Энману, В.А.Свдорову за содействие, всестороннюю и организационную помощь при подготовке данной работы.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается обзор аналитических моделей деформационных процессов в зонах разломов.

Многократные повторные геодезические наблюдения, проводившиеся в последние годы, позволили выявить ряд новых особенностей СДЗП в разломннх зонах осадочных бассейнов. Таких как высокочас-тотность, знакопеременность и пульсационнооть движений в зонах разладов, преобладание локальной компоненты движений в слабосейсмических областях по сравнению с сейсмоактивными, различив кинематических характеристик СДЗП для разломов, расположенных на близких расстояниях друг от друга, наличие трех устойчивых типов приразломных аномалий вертикальных движений: - регионального нз-

ruda /J> - аномалия/, локального изгиба - аномалия/ п сдвиговых перемещений в вертикальной плоскости /S -аномалия/. Все это выявило активную роль процессов, протекающих внутри аамих разлитых зон /Сидоров, Кузьмин, 1986,1987,1989/.

Для объяснения этих явлений Ю.О.Кузьминым /1986,1988/ была предложена тектонофязическая модель формирования современных деформационных процессор в зонах разломов, основанная на механизме параметрического возбуждения геокинематической активности среды в обстановке квазистатического регионального на1рунения. Эта модель объясняет наблюдающиеся деформации в земной поверхности вариациями внутренних параметров среда разломных зон упругих модулей, прочностных характеристик, коэффициентов трения и т.д. , поэтому для построения аналитических моделей деформационных процессов в зонах разломов необходимо привлечение моделей с внутренними источниками механических возмущений, каковнми являются модели деформационных включений н упругих дислокаций.

■ В сейсмология дислокации .были впервые применены Введенской /1956/ для описания модели проточенного очага землетрясений. В работах Steketee ( 1958 а,Ъ ), Chfanery (1961), Maruyama (1964), Press ( 1965 )' упругая теория дислокаций получила дальней-

иео развитие: удалось получить аналитические выражения смещений земной поверхности от дислокационной модели прямоугольного вертикального разлома с подвижками по падению и простиранию. Работы Gavage, Hastie (1966) И Mansinha, Snylie (1971) распространили эти результаты на наклонные разломы.

Концепция объемного деформационного включения вомла в reo^si-зику, как и концепция дислокации, из физики твердого тела. Энергетический подход к задачам о включении был разработал Эшелби /1923/, большое значение для механики и'геофизики имели работы Kindiin, chens (1950 а,ъ) по деформационным ядра!1,! в полубес-

конечных твердых телах. Первое применение включений к геофизический проблемам - это работа Sezawa Д929/, в работе Латыниной /1965/ очаг готовящегося землетрясения был описал сферическим включением. ■ В работах Mogi (1958), Denlineer et al. (19R6), Bieterich, Decker /1975/ включениями разной формы описывались • вулканические резервуары и находились смещения земной поверхности вокруг них.

В работах Beaumont, Berger /1974/ И МоЛОДвНСКОГО /1977, 1931,1983,1980/ изучалось влияние.неоднородностей упругих модулей на приливные деформации и наклоны. В работах Brady /1974/, Мячкина /1978/, Singh, Sabina /1975/, Добровольского /1976, 1980,1984/ и др. включения использовались для. описания очага готовящегося землетрясения. В работах Гарагаша /1980/, Mahrer /1981/ протжшишми включениями описывались тектонические' разломи.

Во всех перечисленных работах дислокации и включения рассматривались в однородной упругой среде. В отдельную группу молшо выделить работы Kasahara (1964-), Ben-Kenahem, Singh (19CR), Een-Kenahem, Gil oil' (1870), Singh (1970), Sato (1971), Chinnery, Iovanovich (1972), Bybicki (1973), Sato, hatsu'ur.a (1973), Katsu'ura, Sato (1975), Iovanovich, Husseini, Chinnery (1974 a,b), в которых рассматриваются дислокациошше модели разломов в среде со стратиграфическими нооднородносгями. В следующей группо работ - hiato (1974), Sato, Xanashita (1975), ¡Ubicki (1971,19VS), liybicki, Kasahara (1977), Kc'Hugh, Johnston (.1977) произведен учет латеральных неоднородностей. В работах ^ingh, Ben-Kenahem (1969), Ben-Kenahem, Singh, Solomon (1969, 1970), Israel, Ben-Henahem, Singh (1973) учтена сферичность

Земли, Israel, Bon-Menahem /1974/ наряду со сферичностью учли и вес, ßmyiie, Maneinha /1971/ кроме этого учли распределение плотности вещества Земли с глубиной и наличие вддкого ядра.

В серии работ Григорьева /1987/ о сотрудниками были рассмотрены деформации линейно-вязкого весомого осадочного чехла в зависимости от движения блоков фундамента. В работах Rosenman, Singh /1973/, Singh, Rosenman (1974), Rundle, Jackson (1974), Hundle (1978), Matsu'ura, Tanimoto (1980) разлош

предстаалеш в виде. дислокаций в упруго-вязкой среда.

Сопоставительный анализ показал, что для моделей внутренних источников в виде дислокаций и включений с избыточной деформацией в динейно-упругой невесомой среда имеются замкнутые аналитические выражения полей спещений земной поверхности, что очень удобно для решения обратных задач. Введение неодяородносгей строения среда для дислокационных моделей уже на позволяет получить аиалитиг^о-киб выражения. Но, как показ, л сопоставительный анализ моделей различных неоднородностей среды,' на расстояниях, сравнимых с геометрическими размерами разлома стратиграфические и латеральные неоднородности среды при разумном значении параметров но оказывают сильного влияния на характер и величины полей смещений. Учитывать сферичность Земли; вес и другие неоднородности имеет смысл, если расстояния от разлома до точки наблюдения составляют более 2000 юл. При рассмотрении источника в вязко-упругой среде, добавки вязкого члена на временах I год пренебрежимо малы.

Таким образом, для описания кипи,атаки земной поверхности в зонах тектонических разломов наиболее оптимальными являются модели разломов в виде дислокаций п упругих включений в однородной линейно-упругой невесомой среде.

Во второй главе разработана методика количественной оценки экзогенных и техногенных деформаций земной поверхности л произведен учет их влияния на современные движения земной поверхности на примере Копетдагского сейсмоактивного, региона.

Так как систе7Ш деформационных наблюдений расположены либо

непосредственно на земной поверхности, либо в приповерхностном слое, то они подвержены разного рода экзогенный воздействиям. Причем наибольшим возмущающим влиянием обладают метеорологические деформации земной поверхности: термоупругие, барические, а также дс $орыащш, связанные с выпадением атмосферных осадков.

фи оценке влияния метеопарамэтров на деформации зешой поверхности для каадого случая решались модельные задачи в рамках механики деформируемого твердого тола с целью определения масштабного коэффициента влияния какого-либо из метоопарамотров на деформацию земной поверхности и последующего исключения его из результатов наблюдений.

Анализ литератур:шх данных возможных механизмов взаимосвязи-деформаций земной поверхности и выпадения атмосферных осадков /Латынина, 1981; Танака, 1979/, а также физических и гидрогеологических свойств приповерхностного слоя, позволил в качестве воз-мокного принять механизм непосредственного деформационного воздействия неравномерного выпадения атмосферных осадков на заиную поверхность. В районе наблюдений значительная разница порядка. 100 ш в среднегодовом'количестве осадков отмечается только по направлению С-Ю. Задав линейное изменение количества осадков только по этому направлению и воспользовавшись решением задачи Бусинеска, удалось нейти наклоны зешой поверхности, обусловленные разницей в количестве осадков /Курбанов, Из шов, Кузьмин, '.'

Под количеством осадков ^ и К2 нельзя понимать выпавшее количество осадков за рассматриваемый период, так как в условиях резко континентального аридного климата происходит испарение значи-

нив колебания плотности потока тепловой энергш, падающего на земную поверхность, и температурную зависимость удельной теплоты

1984/:

тельного количества влаги из верхнего слоя почвы. Учитывая сезон-

парообразования т(т) , удалось, зная среднюю температуру Т1 и количество осадков, выпадающих за I -месяц - Кн , найти количество осадков, остающихся в почве к кош^ этого месяца:

К1 2301-2,4Т1 Vх1"1 + ~г~)

Рассчитаз по этой формуле количество осадков в разных пунктах удалось определить динамику временного хода наклонов земной поверхности, обусловленных выпадением атмосферных осадков, который имеет квазипериодический характер о амшштудой менее 50 мссвг.'.'

Аналогично бал проведен учет влияния атмосферного давления на деформации земной поверхности. Анализ литературных данпых /Урманцев, 1971; 1975; Хорошева, 1958; и др./ позволил остановиться на механизме непосредственного деформационного воздействия неоднородного поля давлений, чго позволило для оценки такого влияния воспользоваться той гее формулой, что и для атмосферных осадков. Временной ход барических наклонов также имеет колебательный характер с амплитудой ~ 10 мсек.

Сезонный ход температурных деформаций поверхности, в общем случае, мояно объяснить следующими причинами: вращением Земли как планеты вокруг Солнца ( глобальная составляющая), топографией поверхности ( региональная составляющая) н неоднородностью распределения свойств земной поверхности (локальная составляющая).

»

Глобальная составляющая термоупругих деформаций земной Поверхности существует из-за изменения вследствие вращения Земли потока тепловой энергия, падающего на поверхность. Оценка этого эффекта показала, что амшштуда сезонного хода для пироты Копет-дагского региона составят для горизонтальных деформаций 2*10"^, для наклонов - 4 мсек.

Яри рассмотрении региональных термоупругих деформаций на базах ~ 10-100 км сферичность Земли можно не учитывать и рассматривать ее поверхность как границу полубесконечного тела. При периодическом изменении температур'ровная горизонтальная поверг-

ность такого тела будет испытывать только вертшсальные перемещения, горизонтальных деформаций и наклонов на будет. Они появляются при НаЛИЧИИ наклона К ГОРИЗОНТУ / Harrisson, Herbst ' 1977/ ели неоднородаостей рельефа, имеющих квазирегулярпую структуру /Попов, i960; Урманцев, 1972; Berger ,1975/.' Сопоставив амплитуды наклонов и горизонтальных деформаций, получаемых в рамках всех четырех математических формализмов, с данными об амплитудах сезонного хода на Ашхабадском полигоне наклоны на поверхности •у =0,44 сек, горизонтальные деформации Ь < 5*1 (Г®, на глубина 25 ы наклоны Y =0,1-0,2 сек , мошо сделать выводы, что влиянием глобальных HaiüiOHOB и деформаций ыоано пренебречь, локальная составляющая на базах ~ 10-100 м iig mos от обеспячить необходимый уровень сигнала на глубино, поэтому наиболее приемлемым для объяснения сезонного хода термоупругих деформаций земной поверхности является механизм квазирегулярных неоднородностей топографии поверхности /Попов, i960/ с характерным горизонтальным размером неоднородности 2<' Ю юл. Такой неоднородностью является Передовой хребет Копетдага, расположенный к югу от Ашхабадского полигона. Зная механизм сезонных эндогенных деформаций, несложно было провести их исключение из временного хода наблюденных данных /Изюмов, Кузьмин, 1987/. Аналогично мокно проводить учет влияния метеофакторов на показания приборов, регистрирующих временные вариации геофизических полей /Аникин, Изюмов, Кузьмин, . Овезов, 1988/

Кроме учета влияния метеорологического воздействия на земную поверхность представляется необходимым провести такой учат для техногенной флюидной.разгрузки в зонах разломов. Аппроксимировав разломную зону круговым полым цилиндром и задав, исходя из гидрогеологических особенностей, его размеры, удалось получить аналитические зависимости компонент смещений, горизонтальных деформаций и наклонов земной поверхности от изменения гидрогоодо-

иамдческой обстановки в зоне разлома, выраженной во флуктуация* уровня флювда в окванинэ, пройденной в теле разлома. Оценки показали, что изменение уровня на д Н=1 м вызовет на расстоянии 3 мл от скважины наклоны ~ 0,1 сек.

Третья глазц посвящена исследовшшю характера деформирования ггриразломных зон Копетдагского сейсмоактивного региона.

Копотдагский сейсмоактивный регион включает в себя северный борт Копетдагского антиклинория, Ирэдкопетдагскйй краевой прогиб и кшшй бррт эпигорцинской Туранской плиты. Главной особенностью геологического строения этого региона является наличие мощной толщи'осадочных пород. Глубина фундамента в осевой части Предкоиетдогского прогиба составляет в Центральном Копотдаге /Ашхабадский геодинамический полигон/ до 15 км и 8-10 км в Западном Коцетдагд /Иебцтдагский полигон/. Основными структурными элементами, формирующими совреиэнцув сейсмотектоническую актавц.-. задаю зеыной кора территории Ашхабадского гаодинамического полигона яадяются Дородовой и Северо-Ашхабадский разломы зспной кори, шшодш субшаротноа дростнрашш. А Дебптдагского - ¿ри бал-ханский ц КуадагскиЁ разлош /Дурбаиов, Горелов,. Чаддацов л др.» 1973/.

£ £ - и $ -шоцадащ.-аасЗдвдаащввся на этих паэдоцах, проявляются как цзлшросаяно друг от друга, так а сов»астно.Зо-эт<иу весьма актуальным становится. вопрос разработка штодша. сыдалешш того или иного типа аяоцалдй. Это цоано осуществить яри помощи безразцерного параметра Р, дреддохенного Кузьминым /1982/ для оценки характера деформирования по двум секциям гао-метричвского нивелирования. Для - я % -аномалий Р=-1, для 5 -аномалии Р=0. Однако ггц измерениях на короткобазисных участках, особенно когда захватывается только Часть аномалии, довольно трудно отделить 5 -аномалию от^> . Это монно сделать пря помощи нового безразмерного парацзтра Ц* ( ■у" ив*

модифицированные значения наклонов и изгибов). Для S -аномалии этот параметр принимает значения Q =+1, для jb-Q =-1 /Изшов, Кузьмин, 1983/.

Для аналитического описания S -аномалий в наибольшей степени подходят модели источников типа дислокационных поверхностей о подвигной по падению. Причем, так как натурные наблюдения обычно Проводят вкрост разломов, то необходимо перактл к плоской задаче /ИзюМов, Кайзер, Кузьмин, 1986/. Полонив в выраяенлях для горизонтальных и вертикальных смещений поверхности от дислокационных моделей разломов с подвижкой по падению /press , 1965/ дойну £—■«*>, моено подучить тробуешэ смещения, деформации и наклони:

адЦое Г Рг d2 1 ° 1С«г+1)г)г C«*+da)8j

Аналогичным образом получаются формулы смещений для наклонных разломов ИЗ работ Savage, Hastie /1966/ И Mansinha, Smylie • -

/1971/. Правда формулы в этом случае более громоздкие. Сравнение распределения вертикальных смещений земной поверхности в зависимости от угла наклона разлома показывает, что характер смещений для углов 5 ^ 60° почти ничем но отличается от такового для вертикальных разломов. Поэтому при описании S -аномалий мокно применять дислокационные модели вертикальных разломов с подвиакой по падению, учитывая реальные значения углов падения разломов б ре-

_ л11 Г ai) . xd _ t_-l x 1

xd

гионэ.

Наблюдение в самих зонах разломов ставит вопроо о ширина дислокационной модели разломной зоны, так как этот параметр отсутствует в упругой теории дислокаций. Ваедя ортотропную модель

ого простирания, можно построить дислокационную модель разлом-, ной зоны толщиной 2а. Вертикальные смещения для такой 5 -ааот~ лии будут

Для математического описания $ - и -аномалий необходимо обратиться ко второму классу моделей внутренних источников -деформационным включениям, представляюсь« собой, часть среды, в которой под воздействием внутренних причин меняются упругая модули, Такие задачи, обычно, решаются методом возмущений /Добровольский, 1975,1980,1984; ¡.Юлоденский, 1977,1900,1981,1983/. Используя эти результаты для квазистатического одноосного нагрукопия, удалось получить аналитические выражения компонент смещений земной поверхности для 3- -аномалии (гешетрический образ 3 -адо-малил - бесконечно длинная призма)' и -аномалии (геометрический образ - длинное, в первом приближении бесконечно длинное, цилиндрическое включение) 3 -аномалия:

тела разлома, состоящую из пачки пластин, ориентированных вдоль

^ -аномалия

у. ¿(1 + ^(1-2^ г*н

а*

¥

Для -аномалии ограниченной длины 21 смещения будут: »«а. / ^ 1-х. ч

^. _¿-X,_\

Разработашше здесь математические модели в и ^ -аномалий дают, возможность решать обратные задачи - по результатам Повторного нивелирования находить геометрические параметры моделей аномалий: глубину верхней «1 и ннкней 1) границ кинематически активных слоев для ^ и 3 -аномалий, глубину центра "К и радиус включения * для р -аномалии. Решать эти задачи можно методом Подбора по особым точкам и при помочи специально разработанных палеток /Изшов, Кайзер, Кузьмин, 1986; Аннаоразова, Изюмов, Кузьмин, Петрова, 1989/.

Но данным повторного нивелирования на Ашхабадском полигона можно выделить оледувдие аномалии над Северо-Ашхабадским разломом: -аномалию / К. =8-10 км, 1 »2,5-4 км, <£ =1-3£/, % -аномалию / с! =2 км, В =3 км, =3%/, серию б -аномалий / с! =3-5км, "О =5-9 км.ди-зсКЗО мм/* Ддшша нивелирования на Небитдагском полигоне позволяют ввдйллть над Прнбалханским разломом £> -аномалию / К =8 км,. * -2-3 км, ¿- -1-32/. над Кувдагским разломом - 3 -аномалию / о! =3-4 км, X) =6-7 км, ли =100 мм/ и # -аномалию / <* =1-1,5 км, "О -3-4 км, =2-3^/.

Таким образом, из решения•обратных задач для наблюдающихся аномалий следуют вывода: аномалия обусловлены уменьшением упругих модулей на 1-32; £ -аномалии приурочены к границе осадочного чехла и фундамента /8-10 км/; 8 -аномалиям соответствуют меньше глубины /3-6 км/ и наименьшо глубины /1-4 км /отвочают % -аномалиям.

Сопоставление полученных глубин с геодинамичоской и летро-

физической обстановкой позволяет полагать, что % -аномалии связали с активизацией трещин отрыва вертикальной ориентации, S -аномалии вызваны уменьшением коэффициентов трения зоны наклонных разломов, jb -аномалии обусловлены активизацией трещин отрыва субгоризоктальной ориентации /Кузьмин, 1988; Сидоров,Кузьмин, 1989/. Полученная иерархия глубин и связанных о ними механизмов деформирования соответствует продставлениям о реологической рас-слозннности земной коры /Николаевский, 1984,1985/.

В четвертой главе предложена мотодшса определения количественных характеристик зош формирования деформационных продвест-ников.

В ходе подготовки тектонического землетрясения происходит локализация процесса дс.Ьоршрования на дефектах 'строения земной коры, образующих деформационные включения. Такие включения создают вокруг себя аномальное поле деформаций, которое при достаточном уроЕна сигнала иокет бить измерено. Большое значение имеет вопрос об определо1ши конфигурации и разморов зо;ш проявления такого аномального поля - зоны формирования деформационных предвестшшов. .

Исходя из геодинаипчоской обстановки и петрофизического оо-стояния горных пород региона в качестве модели очага готовящегося землетрясения било выбрано деформационное включение, имеющее форму кругового цилиндра, ограниченного простиршшя. Tait как в данном случае рочь ндот о землетрясении, то величину избыточной деформации во включении модно полозить равной среднему значению предела личности - 5-1С"4. Связав по корреляционным формулам /Риз-ничедко, 1985/ радиуо и дайну очаговой зиш - включения с магни-тудой ;,'! готовящегося сейсмического события, могло получить зависимость горизонтальных деформаций и наклонов зешюй поверхности от магнитуды М. Решение чнслэшшма методами этих уравнений и дает

размеры зоны формирования деформационных предвестников.

В двух, частных случаях, когда очаговую зону можно представать в виде сферического включения/ для слабых или удаленных землетрясений, для землетрясений, происходящих вне разломов/ или в виде бесконечно длинного цилиндрического включения /если очаговая зона представляет собой достаточно протяженный участок разлома или землетрясение довольно .сильное и близкое/, удалось в явном виде связать деформационные радиусы с магнлтудой М /Пзшов, Каналь, Кузьмин, 1984/.

Сферическое включение:

, юОА2М 0,42м

А = 1>73'10 '

Цилиндрическое включение _,ок,

А-м-«^ , л =

Анализ деформационных предвестников за период 1978-1989 гг. позволил выявить 7 деформационных аномалий с амплитудами от 0,2 до 0,9 сек, длительностью от 75 до 195 суток Дуков, Изюглов, Каяольи др., 1989/, Выбор землетрясений, соответствующих этим аномалиям, осуществлялся при помощи полученных зависимостей раз-моров зон деформационных предвестников. Энергетические характе-■ ристики выбранных сейсмических событий оказались лояащпми в довольно узком диапазоне: 11=11+14. Для того, чтобы сравнить полученные результаты с теоретически:,ш зависимостями, необходимо нормировать полученные аномалии по амплитуде - т.е. привести .энергетическую характеристику К к стандартной амплитуде % =0,1 сек для сферического Кс и цилиндрического Кц включений. Найденные методом наименьших квадратов зависимости ^К-(Кс) •и Ц оказались довольно близкими меяду собой и лежащими меяду теоретическими зависимостями для сферического и цилиндрического включений. Это мояат означать, что наблюденные зависимости соответствуют скорое всего очаговым зонам в форма

ограниченного по простиранию цилиндра.

Зависимость длительности наблюденных аномалий от класса оказалась'следующей

т (су») = 0,14 к - о,27

К сожалению небольшой обьем выборки /л =7 /и узкий разброо

эпергий /К=11-14/ ограничивают точность полученных эмпирических зависимостей.

3 пятой глава изложены практические рекомендации по постановка деформационных методов наблюдений в Апхабадской и Небит-дагской сейсмоактивных зонах.

Разработанная .методика оценки размеров зон формирования деформационных предвестников позволяет строить карты таких зоп для разных очаговых областей с том, чтобы определить , какова должна быть энергия готовящегося землетрясения /при условии, что ого 'подготовка будет зафиксирована на Ашхабадском или Небитдагском геодннамических полигонах/. Такой анализ /для порогового уровня деформаций |е| =10*"®, Ж показал, что измерителыше си-

стемы Ашхабадского и Небитдагского полигонов не способны реагировать на подготовку сейсмических событий в Газлрйской и Лутской /Иран/ очаговых областях, дане если там будет готовиться земло-трясенио с ¡.1 >Л. Что же касается очаговых областей, лежащих в непосредственной близости от полигонов, то измерительные систамы Небитдагского полигона должны фиксировать подготовку сейсмического события с 1.1 И в Кум-Дагз, а измерительные системы Ашхабадского полигона могут отреагировать на подготовку землетрясений с М >, 5 в Гермабской очаговой области.

Совместный анализ зависимостей размеров деформационных зон от магнитуды и ооредненной зависимости интенсивности проявления сейсмических событий от магнитуды и расстояния для Туркмении /Го-линский, 1977/ позволил установить, что измерительные системы при пороговом уровне =1(Г7 должны зафиксировать подготовку оей-

скичвских событий, которые в мэсте н&ашодения могут проявиться о 1=5-6 /М=2-4/, если, очаги их расположены в блшшей по отношению к измерительным системам, зоне / К =0-10 км/, для средней зоны / й. =10-50 км/ измерительные системы долгий зафнксироватв. подготовку сейсмического события с 1^6 /М» 4 /и в дальней зоне / Я =50-100 км/ - о 1*7 / И » 5,5/.

повышения точности определения геометрических характеристик аномалеобразующих тел, обуславливающих $ -, & - и -аномалии, необходима оптимизация сети шгоелпрных и светсдально-мерных наблюдений, которая состоит в установлении оптимальной длины профилей, оптимальной густоты реперов и оптимальной частоты измерений.

Для установления оптимальной душны /такого расстояния от центра аномалии, на котором значение сигнала становится сравнимым о ошибкой метода д .тг^ / профилей необходимо приравнять аналитические выражения доя смещений поверхности к ошибке и найти решение полученного'уравнения. При атом получаются алгебраические уравнения от 2 до 6-Й б!гвП0Ял. Оценка интервалов, содержащих псе возмошше значения корней этих уравнений /Корн, Корн, 1974/, позволила.определить оптимальные длины профилей для 5 - и ^ -аномалий: •

£> таномалия: вертикальнаэ ембщения Е = ^^^ »

горизонтальные смешения I =

I д-и-ктп^

е> -аномалия ,

вертикальные смещения у - 12 /

горизонгалыше смещения. £ а **

те

к ■■ +

¥

Численные оценки оптимальных длин профилей для средних значений геометрических размеров аномалеобразующих тел оказались следующими: j> -аномалия - вертикальные смещения £-28 км, горизонтальны 9 смещения I - 70 км, S-аномалия - вертикальные смещения 6-4 гал, горизонтальные смещения 6-8 юл.

На основании опыта решения обратных задач современной геокинематики разлошшх зон Копетдагского региона оптимальная гуо-тота реперов для j>-аномалии должна составлять 1-2 км, для # -и S -аномалий - 0,25-0,5 км, а оптимальная частота измэроний -на региональных профилях - 2-4 раза в год, на локальных прираз-лошшх участках до 12 раз в год.

Таким образом, оптимальная сеть нивел!1рных /I класс/ и свв-тодальномерннх /СГ-3/ наблюдений в Копетдагском сейсмоактивном регионе должна состоять из совмещенных профилей нивелирных и све-тодалыюмерных наблюдений. Длина региональных профилей должна состашять 50-100 км, репера долины располагаться через 1-2 км. В местах пересечения разлошшх зон /на участках длиной ~ 10 км/ интервалы мецду реперами необходимо уменьшить до 0,25-0,5 км. Частота опроса на региональных профилях 2-4 раза- в год, на участках, пересекающих разломные зоны, 4-12 раз в год.

Такая система совмещенных нивелирных и светодальномерных наблюдений позволит с большой точноотью определять геометричео-кио характеристики активизирующихся частей разлошшх зон, вызывающих p-, S - и з -аясмалии.

ВЫВОДЫ

Основные выводы диссертационной работы сводятся и следующему:

I. Предложена методика последовательного количественного учета влияния экзогенных метеорологических деформаций п техногенной флюидной разгрузки применительно к климатическим и гидро-

геологическим условиям Копетдагокого сейсмоактивного региона и определены масштабные коэффициенты этих влияний на нивелирные, и светодальномерные наблюдения.

2. Разработана количественная методика выявления типов гео-кинвматических аномалий сдвиг, изгиб и т.д. в зонах тектонических нарушений и установлен хараятер деформирования разломных вон в Копетдагском сейсмоактивном регионе на основе анализа ре-вультагов повторного нивелирования.

S. Построены аналитические модели с механическими неоднород-ноотями типа включений и дислокаций для случаев плоской деформации и определены глубины залегания, форма и размера источников гвоюшематических аномалий, полученных по результатам профильных наблюдений.

4. Разработана методика количественной оценки размеров зоны формирования деформационных предвестников землетрясений на основе модели о объемным разупрочнением я показана ее адекватность при сопоставлении с"материалами натурных наблвденлй в Копетдагском регионе.

5. Разработана методика определения оптимальных параметров измерительной сети нивелирных наблюдений и предложены практические рекомендации на основе этих наблюдений в разломных зонах Копогдагского сейсмоактивного региона.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Спраделениз характера деформирования приразломных зон метода!.« континуальной механики //Ш Научная конференция молодых ученых АН ТССР. Тезисы докладов. -Лш-г хабад, 1983. -С. 139-140.

2. Изюмов С.Ф., Канель Е.Г., Кузьмин Ю.О. Размеры зоны формирования деформационных предвестников^ землетрясений в пределах

Ашхабадского сейсмоактивного района //УЙ Республиканская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. -Ашхабад, 1984. -С. 372-373.

3. Курбаноп М.К., Изгаов С.Ф., Кузьмин Ю.О. О влияниии атмосферных осадков на деформации земной поверхности Ашхабадского геодипашческого полигона //Изв. All ТССР. Сор. физ.-тох., хим. и геол.наук, -1984. - J'6. -С. 42-46.

4. Изшов С,¡5., Кайзер Т.В., Кузьмин Ю.О. Определение механических характеристик приразломных зон Ашхабадского сейсмоактивного района по материалам нивелирных наблюдений //Научно-технический прогресс и общество. Тезисы докладов УШ Республиканской конференции молодых ученых и специалистов Туркменистана.

- Ашхабад, 1986. -С. 469-47D.

5. Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Метеорологические дефорлации земной поверхности //Тезисы докладов 1У Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов АН ТССР. -Ашхабад, 1987. -С. 267-268.

6. Оценка влияния сезонных вариаций температуры на временную стабильность гравитавдонного вариометра Этвеша по наблюдениям на Ашхабадском гоодинамическом полигоне /В.И.Аникин,С.Ф.Изю-мов, Ю.О.Кузьмин, Ч.Н.Свезов //Повторные гравшетрические наблюдения. -к!., 1988. -С. I2I-I27.

7. Изучошю очаговых зон землетрясений Западной Туркмении /Т.А.Аннаоразова, С.Ф.Изюмов, Ю.О.Кузьмин, Н.В.Пвтрова //Изв. АН ТССР. Сер. (Тт.-тех., хим. и геол.наук. -1989. -Jt2. -С.72-78.

3. Исследование взаимосвязи геодинамических и сейсмических процессов в Ашхабадском сейсмоактивном районе /В.С.Жуков, С.Ф.Пзюмов, Е.Г.Калоль и др. //Геодезия-сейсмология: деформации и прогноз. Меядународный симпозиум. Тезисы докладов. -Ереван, 1989. -С.80.