Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Проявление новейших геологических процессов в Центральных Кызылкумах

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Проявление новейших геологических процессов в Центральных Кызылкумах"

\ 7 к"111 '

На правах рукописи

БОНДАРЕВ Михаил Павлович

ПРОЯВЛЕНИЕ НОВЕЙШИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМАХ

Специальность 04.00.01 Общая и региональная геология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург

1997

Работа выполнена на кафедре исторической и динамической геологии Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова (технического университета). А.О. Ростовуголь.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералошческих наук профессор В.Н.Мораховский.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук И.Л.Кузин,

кандидат геолого-минералогических наук С.С.Шакин.

Ведущее предприятие: Ростовский государственный университет.

Защита диссертации состоится _1997 г. в

15 ч 30 мин. на заседании диссертационного совета К 063.15.07 при Санкт-Петербургском горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026 Санкт-Петербург, В-26, 21-я линия, д.2, ауд.3506.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан ^е^МСьбС' 1997 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

В.В.АРКАДЬЕВ

Актуальность темы.

Активное расселение человека по поверхности Земли, нарастание искусственных сосредоточенных масс и мощностей, проникновение во все более глубокие горизонты Земли заставляют уделять большое внимание изучению взаимодействия человека и геологической среды.

Центральные Кызылкумы относятся к территории, освоение которой осуществляется особенно бурно. Такое положение чревато разнообразными изменениями геологической среды, что требует комплексного подхода к изучению природных явлений.

Цель работы.

Оценка на основе полученных данных новейших геологических процессов, происходящих в Центральных Кызылкумах и возможности использования полученных результатов в практических целях.

Основные задачи исследований.

1.Выявление связи между изменениями во времени состояния подземных и поверхностных вод и активностью склонения магнитного поля Земли.

2.Разработка методики имитационного моделирования напряженного состояния обособленных тектонических блоков в условиях горизонтального сжатия на основе оптически активных материалов.

3.Анализ напряженного состояния земной коры в Центральных Кызылкумах на основе разработанной методики.

4.0ценка особенностей тектонических процессов и размещения месторождений полезных ископаемых в связи с поведением магнитного склонения.

Научная новизна.

1.На основе нетрадиционного использования данных по склонению магнитного поля выделена провинция, в пределах Центральных Кызылкумов, с активно изменяющимся магнитным склонением, которая характеризуется: - быстрым прогибанием небольших участков поверхности; - активным изменением состояния подземных вод (общей минерализации и вариации глубин залегания от поверхности); - существенным изменением гидрографии (направления и скорости течения рек, наполняемости закрытых водоемов).

2.Зарегистрированные в Центральных Кызылкумах землетрясения, представляющие собой разрядку тектонически напряженных зон, тектоническая блокировка могут быть проанализированы на лабораторной модели эквивалентного материала.

Защищаемые положения.

1. Установленная неотектоническая активизация обуславливает современные изменения геомагнитного, гидрогеологического фона и дает возможность прогнозировать динамику этих изменений в дальнейшем.

2. Имитационное моделирование на оптически активных материалах позволило построить модель тектонически и сейсмически активных зон и наметить прогноз очагов естественных и техногенных землетрясений.

3. Между новейшими геологическими процессами, геоструктурными особенностями, магнетизмом,

металлогенией региона существует прямая корреляционная связь.

Этапы и методика исследований.

Решение поставленных в работе задач включало следующие основные этапы и методы исследования:

- анализ и обобщение литературных и фондовых материалов по изучаемым вопросам;

- изучение и анализ особенностей геологического строения изучаемой территории;

- полевые исследования с последующей их обработкой;

- моделирование полей тектонических напряжений района с использованием оптически активных материалов;

обобщение, синтез полученных данных и соответствующие выводы.

Практическая значимость.

1.В результате проведенных исследований установлена связь между изменением склонения магнитного поля Земли, состоянием подземных, поверхностных вод и образованием новейших прогибов.

2.Разработана методика имитационного моделирования тектонически напряженных зон на основе оптически активных материалов.

3.На основе комплекса методов предложена методика прогнозирования сейсмически опасных обособленных блоков земной коры.

4.Выделен активный долгоживущий Кокпатасский разлом, контролирующий размещение месторождений

полезных ископаемых и влияющий на расположение очагов землетрясений.

Апробация работы:

Основные положения диссертации докладывались на совещании "Тектонофизические аспекты

разломообразования в литосфере" в Институте земной коры Сибирского отделения АН СССР (Иркутск, 1990г.), на совещании "Гидрогеология разломов" в объединении "Узбекгидрогеология" (Ташкент, 1992г.), на международном рабочем совещании "Геодинамическое районирование недр" во ВНИМИ (Санкт-Петербург, 1995г.).

Публикации.

По теме диссертации имеется 7 публикаций.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из "Введения", шести глав и "Заключения" общим объемом 125 страниц машинописного текста, 2-х таблиц, 25-ти рисунков и списка литературы из 167 наименований.

В процессе работы автор пользовался консультациями и помощью научного руководителя доктора геолого-минералогических наук проф. В.Н.Мораховского, доктора геолого-минералогических наук Ш.Д.Фатхуллаева и докторов технических наук Я.А.Бича, А.Н.Ставрогина, Б.Г.Тарасова, а также сотрудников САИГИМСа Ю.С.Шихина, А.Д.Швецова, Ж.Н.Кузнецова,

М.К.Таранова. Конструктивная критика и полезные советы докторов геолого-минералогических наук В.И.Старостина, П.М.Бондаренко, сотрудников лаборатории

тектонофизики ИЗК СО АН РФ кандидатов геолого-минералогических наук С.А.Борнякова, В.А.Санькова,

сотрудника АмурКНИИ кандидата геолого-минералогических наук В.В. Колесникова, сотрудника ИГ АН Таджикистана кандидата геолого-минералогических наук А.Н.Климовой помогли автору при интерпретации результатов исследований. Большую помощь при решении организационных и технических вопросов, связанных со сбором материалов, оказал начальник

Гидрогеологической экспедиции 6 района ПГО "Гидроспецгеология" П.Н.Семенов. Автор считает приятным долгом выразить своим научным руководителям и коллегам свою глубокую благодарность.

Обоснование первого защищаемого положения, главы первая, вторая.

Новейшие и современные движения земной коры Центральных Кызылкумов, находясь в области кайнозойской активизации, отличаются интенсивностью и контрастностью вертикальных движений. Средние скорости их составляют: в горах до +12 - 15 мм/год, в зонах разломов до +18 - 22 мм/год, на равнине +2 - 4 мм/год. Эта особенность полностью согласуется с фактами существования большого количества древних поселений и первобытных стоянок, приуроченных к берегам ныне сухих русел рек, каналов, несуществующих озер, а также современных изменений направления течения рек, фиксируемых, в частности, для Амударьи в ЗО-х годах этого столетия.

Центральные Кызылкумы и смежные регионы, включая многие артезианские бассейны, подразделяются по

гидрогеологическим характеристикам на ряд областей, в которых определялась общая минерализация и глубина залегания зеркала подземных вод. В результате было установлено, что в колодцах происходят закономерные изменения этих характеристик, проявленных вполне автономно, без ощутимой корреляционной взаимосвязи.

Для определения характера изменения во времени магнитного поля были проанализированы топографические карты масштаба 1:500 ООО и 1:1000 ООО. Информация синтезирована и представлена на схеме, где выделяется пространство с активно меняющимся магнитным полем: изогоны резко и часто меняют свою кривизну, местами образуя замкнутые контуры, при этом четко фиксируется динамика изменения магнитного склонения во времени. За пределами исследованной территории изогоны имеют малую степень кривизны и представлены почти прямолинейно вытянутыми линиями.

Сопоставление магнитных отклонений и гидрогеологогических особенностей показало

существование достаточно четко проявленной корреляционной связи. При магнитных "возмущениях" выявляются древние русла рек и нестабильности в поведении подземных вод; замыкание контуров изогон происходит, как правило, в пределах новейших депрессий соразмерно с их конфигурацией. Дополнительными наблюдениями установлено, что: 1)очаги, возмущающие магнитное поле, наиболее сильно влияют на первые от поверхности горизонты подземных вод; 2)очаги выражаются в ощутимом прогибании земной поверхности;

3)очаги имеют способность перемещаться; 4)очаги практически отсутствуют в пределах горных систем, за исключением единичной аномалии на территории Памира.

Обоснование второго защищаемого по-ложения, главы третья, четвертая, пятая.

В качестве исходных для моделирования данных взяты материалы по сейсмоактивности, тектонике, плюс ранее использованные в первом защищаемом положении. Для изучения тектонических особенностей автором, совместно с Ш.Д.Фатхуллаевым, было проведено дешифрирование космических (КФС) снимков и аэрофотоснимков (АФС), в результате чего был установлен ряд "живых" разломов включая и наиболее крупный - Кокпатасский. Блоковую структуру Центральных Кызылкумов определяют субширотные, северо-западные, северо-восточные и близмеридиональные нарушения, создающие типично блоковый характер региональной структуры. Наибольшее значение среди них, в аспекте проведенного исследования, имеют разломы северо-западного и северо-восточного простирания, контролирующие расположение очагов сильных землетрясений.

Очаги землетрясений, зарегистрированных в 1969-85 гг., располагаются на глубине от 5 до 25 км и распределены преимущественно цепочкой вдоль Кокпатасского разлома с максимумом гипоцентров на глубинах от 5 до 10 км (табл.).

Таблица Составил М.П.Бондарев

N пункта Глубина очагов, км К-во землетрясений в Кызылкумах К-во землетрясений в Центр.Кызылкумах

1 5 236 4

2 10 317 5

3 15 9 1

4 20 8 2

5 25 3 -

Естественное напряженное состояние земной коры может изменяться в местах крупных инженерных сооружений, населенных пунктов, на участках массовой добычи полезных ископаемых и создания водохранилищ. Последние имеют наибольший эффект наведенной сейсмичности, что отмечено для искусственных водоемов США, Индии, Китая, Африки. В Средней Азии это явление изучалось в районе Нурекской ГЭС. Следует подчеркнуть, что сильные землетрясения происходят и под крупными городами - Токио, Ташкентом, Ашхабадом, Сан-Франциско и другими.

Характерной является также техногенная сейсмичность, связанная с отработкой полезных ископаемых, в частности, угольных пластов, проанализированная автором для восточной части Донбасса в р-не г.Шахты. Изменение напряженного состояния слоистой толщи, регистрируемое сейсмостанцией "Дон" (конструкция ВНИМИ), фиксировалось в виде многочисленных очагов разрушения горных пород, причем отдельные очаги устанавливались и за пределами основной глубины добычи (750-900м) в

интервале 350-4000м. Это свидетельствует о существенном нарушении равновесно-напряженного состояния горных пород в диапазоне, намного превосходящем глубины горных работ.

Для дальнейшего изучения процессов сейсмоактивности и неотектоники автором было выполнено моделирование с использованием оптически активных материалов, имитирующих геологические среды, характеризующиеся петрофизической и структурной неоднородностью. При проведении опытов использовалась установка на базе полярископа БР-ЗОО, позволяющая проведение опытов с крупноразмерными (до 2,5м) моделями в лаборатории оптического моделирования САИГИМС. Модели состояли из разнородных желатиново-глицериновых смесей: 25% (фундамент) и 15%-ный(покров) студень желатина. В результате моделирования были получены: а) теоретические схемы распределения и концентрации максимальных касательных напряжений, б) подтверждения действия наиболее сильных напряжений в более плотном материале, соотносимом с архейско-протерозойско-палеозойским основанием, в) обоснования выделения напряженных зон и обособленных блоков.

Анализ результатов проведенного моделирования в совокупности с тектоно-сейсмологическими данными и материалами лабораторных исследований А.Н.Ставрогина, В.В.Беляева, Т.А.Грязнова позволил автору придти к выводу о существовании природных "конусных" систем с вершинами, обращенными вниз и концентрирующими наибольшую энергию упругого сжатия. Тектоническая разрядка этой энергии и представляет суть большинства

землетрясений, гипоцентры которых, как указывалось, находятся на глубине 5-10 км. Вся информация по глубине фокусов землетрясений, находящихся в пределах крупных водохранилищ, городов (например, Ташкента, 1966г.), в районах широкомасштабных горнодобычных работ показывает хорошую сходимость с результатами моделирования, что создает базу для соответствующей инженерно-сейсмологической оценки любого вида работ, провоцирующих нарушение находящихся в шатком равновесии блоковых систем.

Обоснование третьего защищаемого положения, глава шестая.

В пределах Центральных Кызылкумов сосредоточены крупные месторождения полезных ископаемых. Особое место занимает Мурунтауское месторождение золота гидротермального генезиса, в котором золото размещается в пределах зон прожилкования в окварцованных и окремненных сланцах. В 100 км севернее располагается крупное Кокпатасское золоторудное месторождение и ряд небольших месторождений и проявлений золота. Важную роль в регионе играют месторождения урана так называемого "кызылкумского" типа, которые располагаются цепочкой, вытянутой вдоль Кокпатасского разлома. В регионе имеются промышленные месторождения графита, небольшие месторождения киновари, сурьмы и других полезных ископаемых, находящиеся преимущественно к

западу от разлома. Наибольшая их плотность наблюдается в Центральных Кызылкумах, где существует наиболее высокая активность гидрогеодеформапионного поля и флуктуации магнитного поля. Высокий показатель изменения общей минерализации воды как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения свидетельствует о цикличности поступления рудоносных флюидов,

проводниками которых являются Кокпатасский разлом и оперяющие его разрывные проницаемые структуры. Если исходить из положения месторождений по отношению к разлому, можно допустить, что общее его падение юго-западное. Рудоносность Центральных Кызылкумов показывает, что флюиды характеризуются богатым набором составляющих компонентов, и вероятность открытия новых крупных месторождений полезных ископаемых весьма высока. Наиболее перспективной является площадь к западу от Кокпатасского разлома.

Характерной особенностью размещения

месторождений урана является то, что они присутствуют только в пределах провинции с флуктуацией склонения магнитного поля.

Так как возраст указанных месторождений определяется в широком диапазоне, очевидно, что активность этих полей существует длительное время и неоднократно возобновляется.

Основные выводы 1. В результате проведенного исследования установлено, что изученная территория имеет резко изменяющиеся магнитные, гидродеформационные и сейсмические поля.

2. Установлена прямая коррелятивная связь между этими полями.

3. Между локальными изменениями склонения, скоростью этих изменений и наполняемостью Аральского, а также, возможно, Каспийского морей существует взаимосвязь.

4. Намечены основные геофакторы, влияющие на активность изменения склонения магнитного поля Земли.

5. Установлено, что максимальные изменения деформацион-ного поля происходят вблизи крупных разломов.

6. Разработано и осуществлено имитационное моделирование на основе оптически активных материалов.

7. Определен механизм образования тектонически напря-женных зон и объемов, позволяющий прогнозировать очаги землетрясений.

8. Уточнена роль Кокпатасского разлома в размещении эндогенных месторождений, определены границы перспективной площади для поисков новых месторождений. Прослежена связь между активностью магнитного склонения и распределением урановых месторождений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бондарев М.П. Закономерность разложения внешней силы и образования напряженных зон в массиве или отдельном блоке твердого тела. Тез. докладов в сб.: "Тектонофизические аспекты .разломообразования в литосфере", АН СССР СО НЗК, Иркутск, 1990, с.88.

2. Бондарев М.П. Некоторые способы зарождения и закономерности развития трещин под действием внешней силы. Тез. докладов в сб.: "Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере", АН СССР СО НЗК, Иркутск, 1990, с.88.

3. Бондарев М.П., Дьяконов Ю.Я., Ивченко A.B., Посыльный С.И. Геодинамические и тектонофизические условия формирования очагов, опасных по выбросам угля и газа. В сб.: Третий международный симпозиум "Горное дело в Арктике". С-Петербургский государственный горный институт, С-Петербург, 1994, с.99.

4.Бондарев М.П., Фатхуллаев Ш.Д. Отражение тектонических процессов в подземной гидросфере и магнитном поле Земли. Тез. докл. в сб.: "Гидрогеология разломов", Ташкент, Узбекгидрогеология, 1992, с.73.

5.Бондарев М.П. Влияние локальных сильнонапряженных зон на состояние устойчивости массива. В сб.: "Горное давление, горные удары и сдвижение массива", часть 1, ВНИМИ, С.-Петербург, 1994, с.169-175.

б.Дьяконов Ю.Я., Посыльный С.И., Бондарев М.П. О связи структурных преобразований в угле с геологическими структурами. В сб.: "Горное давление, горные удары и сдвижение массива", часть 1, ВНИМИ, С.-Петербург, 1994, с. 161-165.

7.Дьяконов Ю.Я., Посыльный С.И., Бондарев М.П. Оценка геодинамической обстановки в пласте i 43 5н 0 в пределах Аютинского шахтного поля. В сб.: "Горное давление, горные удары и сдвижение массива", часть 1, ВНИМИ, С.-Петербург, 1994, с.166-168.