Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Современные движения земной коры и сейсмичность района Асуана, Египет

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Современные движения земной коры и сейсмичность района Асуана, Египет"

I I и

9 [.'¡АН и^о

1 '■* АКАДЕМИЯ НАУК РОССИИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О. Ю. ШМИДТА

На правах рукописи УДК 550.34

МАХМУД Салах Мохаммед

СОВРЕМЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ И СЕЙСМИЧНОСТЬ РАЙОНА АСУАНА,

ЕГИПЕТ

04.00.22 геофизика

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 1993

АКАДЕМИЯ НАУК РОССИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ имени О. Ю. Шмидта

На правах рукописи УДК 550.34

МАХМУД Салах Мохаииед

СОВРЕМЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ И СЕЙСМИЧНОСТЬ РАЙОНА АСУАНА, ЕГИПЕТ

04.00.22 геофизика

Автореферат яиссертедии на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 199Э

Работа выполнена в Институте Физики Земли имени О. 40. Шмидта Академии наук России ■ ' ' '

Научный руководитель:

. I

доктор физико-математические наук

'С.Л.Юнга

Официальные оппоненты:

доктор Физико-математических наук кандидат технических наук

А.В.Каракин ' А.К.Певнев

Ведущая организация: Институт ГИДРОПРОЕКТ им. С.А.Жука

Завита диссертации состоится • 1993 г.

часов 'на заседании Специализированного Совета по геофизике К.002.08.02 при Институте физики Земли им. О. Ю. Шмидта * РАН по адресу:

123810, Москва, Д-242, Б.Грузинская, 10. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке И*э РАН.

Автореферат разослан 1893 г.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор Физико-математических наук

В. А. Дубровский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований обусловлена теоретическими и практическими задачами по геодинамическому мониторингу современных движений земной коры и .оценке сейсмической опасности районов Строительства гидротехнических, промышленных и мелиоративных сооружений, исключительных по своей масштабности и народнохозяйственному значению.

Действительно, в настоящее время в области наук о Земле и осо-' бенно в геодинамике характерным является широкое использование новейших технических средств наряду с комплексный анализом получаемых результатов. В Египте на р.Вил при техническом содействии России сооружена одна из самых высотных в мире плотин. Увеличение потребления свежей питьевой воды для ирригации и производства электричества потребовало создания многих искусственных водохранилищ во многих регионах земного шара. Подобные высотные плотины имеются на р.Нарын в Узбекистане, на р.Вахо в Таджикистане, в Грузии на р.Ингури, в Индии, США. Обнаружено, что искусственные озера во многих случаях' индуцируют землетрясения. Поэтому проблемы геодинамического мониторинга сейсмоактивных районов сооружения крупных водохранилищ и ответственных гидротехническйх сооружений имеют особую актуальность и интернациональное значение.

Первостепенное значение имеет развитие этих исследований в районе Асуана, характеризующегося с геофизической стороны, заметным уровнем Сейсмичности и, с другой стороны, огромным значением для народного хозяйства Египта Асуанской ГЭС я запасов воды Асуанского резервуара.

В 1964 г. началось заполнение озера Насер ( второе по величин«

в мире искусственно« озеро ). Оно протянулось на 500 км в Южном

о

Египте и Северном Судане. 14 ноября 1981 г. вдоль разлома Ка1аЬвЪа в 70 ]км южнее г. Асуана произошло землетрясение с . магнитудой 5,€. Это землетрясений классифицируется как чрезвычайно важное событие,, вызванное, . возможно, водной активностью этого озера и вокруг него. Важно отметить, что землетрясение произошло вскоре после достижения уровня воды в водохранилище максимальной отметки, приближающейся к 180 м. После этого события в районе была организована телеметрическая сейсмологическая сеть, построена геодезическая сеть двух уровней (региональная и локальная), постоянно проводятся нивелировки, ведется контроль за уровнем подводных вод. Асуанская плотина единственный случай в мире, когда одна плотина ' воздействует на всю страну.

Цель данной работы - совершенствование мониторинга современных поверхностных коровых движений в окрестности разлома Ка1аЬаЬа, который известен как наиболее активный разлом в регионе. Все.это может пролить свет на возможность предсказания землетрясений на этой территории с использованием геодезических измерений высокой точности.

Работа посвящена дальнейшему анализу проблемы изучения современных движений земной коры континентального типа. Местом проведения работ является полигон вблизи Г.Асуана, на котором организованы геодеэи4еские и сейсмологические наблюдения с целью геодинамического мониторинга района Асуанской плотины. Большое внимание уделяется методическим вопросам, таким как оценка влияния метеофакторов в сложных условиях пустыня на точность производимых наблюдений, учет роли рефракции я других.

Реализация »того направления исследований заключается прежде в с« го в анализ« данных сейсмологических и геодезических

наблюдений в исследуемой сейсмически активной области и реконструкции характера современных движений земной коры. Решение такой задачи встречает значительные трудности, требующие отдельного рассмотрения, что и составляет задачу диссертации.

Несмотря на то, что этой проблеме посвящено значительное число работ, содержащих важные методические разработки, до выполнения настоящей работы не удавалось в рамках единого подхода обеспечить описание различных моделей, привлекаемых на разных стадиях исследования.

Научная новизна проведенных исследований, как следует из вышеизложенного, заключается в обосновании и применении новых методов изучения современных движений и сейсмичности земной коры на базе конкретных геодезических и сейсмологических данных.

Важным моментом, выдвигаемым нами на защиту, является необхо-, димость применения и сравнения различных моделей при интерпретации геодезических и сейсмологических данных.

Достоверность представленных к защите научных положений и выводов определяется тем, что основой их получения послужил аппарат математики и-механики, использование которого сопровождалось традиционными методами проверки разработок на задачах с известным -решением. Достоверность результате» обеспечивается также надежностью разработанных алгоритмов и программ, подтверждаемой результатами проведенных численных экспериментов. Имеет место внутренняя согласованность результатов проведенных тектонофизических реконструкций. Заложенные в их основу теоретиче кие положения находятся в согласии с должным образом представленными данными наблюдений.

Практическая значимость результатов проведенного исследования заключается в их направленности на ревение практических задач'

геомониторинга и оценки сейсмической опасности территдрйи водохранилища в района Асуана и тем самым Египта в целом.

Фактическим материалом для проведения настоящего" исследования послужили данные по геодезическим измерениям и наблюдениям за сейсмичностью района Асуана. Личйый вклад автора в получение этой информации заключался в участии в установке пунктов геодезической сети, участии в проведении наблюдений, в подготовке данных наблюдений в компьютерной форме. •

Основные результаты диссертации опубликованы в 7 раучных работах. Результаты по данному направлению исследований неоднократно докладывались автором на семинарах и научных конференциях разного ранга, в том числе в Англии, в Германии, в Чехословакии, в Эстонии, на III Международной конференции по современным движениям в Африке (1990), на семинарах ИФЗ РАН.

Автор искренне признателен за помощь, советы и поддержку проф. Р.М.Кебеаси - в недавнем прошлом директору Национального Института астрономии и геофизики в Каире, проф. А.Теалебу, всем коллегам Асуанского сейсмологического центра, а также коллеган_ из Института физики Земли РАН, Института ГИДР0ПР0ЕКТ в России. Thanks are due to Prof. R.M.Kebeasy former president of National

Research Institute of Astronomy and Geophysics, Halwan, Egypt and

t

"present honor consultant by earthquakes. Kins Saud University, Riyadh, Saudia Arabia for his continuous support and encouragement Many thanks are also due to Prof. A.Tealeb and college staff members of the Aswan Seismological Center.

Настоящая работа состоит иэ введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Объем диссертации: страниц текста, рисунка,

список литературы иэ наименований.

- 7 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе сформулированы основные представления и подходы, направленные на описание физико-механических процессов при наведенной сейсмичности.

Содержание # первой главы составляют: краткое изложение . представлений о круге физических проблем, с которыми связано изучение современных движений земной коры и техногенных механизмов возбуждения сейсмичности, роль озера Насер.

В связи с предсказанием землетрясений в США продолжается программа изучения современных коро.ых движений вокруг разлома Сан-Андреас и других активных разломов (WHitten u.a. Л960; Savade u.a.,1973; Savade u.a.,1976; Mexde,1975; Thather,1975; Savado u.a.,1979). В Японии эти исследования дали хорошие доказательства при предсказании Ниигатского землетрясения 1964 г. ■и обеспечили один из самых ярких примеров предсейсмических вертикальных .смещений грунта (Fujli,1983; Okado Y. ,1983; Mogi,1970; Dambara,1973). Изучение современных коровых движений в Японии, в районе Suruga Bay, где находится разрывная зона с наибольшей .вероятностью возможного землетрясения в Токаи, является наиболее важной целью существующей Японской программы предсказания землетрясений (Ishibaahi,1981). На африканском континенте было сделано несколько приложений (Vyaköcil and Wassef,1987). Были предприняты попытки изучения проблемы Афарско'го треугольника Восточно-Африканского рифта в Эфиопии и деформаций, связанных с Эль-Аенамским землетрясением 1(1 октября -1980 г. в Алжире (Каввег и.а.,1987).

14 ноября 1981 г. произошло умеренное землетрясение с магнитудой .5,6 на территории Kalabsha по одноименному разлому возле Oebel Магаиа а 70 км к юго-западу от г, Лсу»и.

Землетрясение рассматривается как очень важное событие из-за его . близости к Асуанской плотине.» • Возможна также связь этого • землетрясения <Г гидростатической нагрузкой озера Насер. Эти. обстоятельства обуславливают Ч инициирование нескольких

■■'г

исследовательских программ, такиу как мониторинг сейсмичности, поведения подземных вод и деформирования коры геодезическими методами.

В этой части дан также краткий обзор положения озера Насер, исторической и современной сейсмичности, тектоники, наведенной сейсмичности и гидрологического режима вокг озера. Также будет обсуждаться использование коровых деформаций как предвестников землетрясений.

На протяжении всей истории Египта река Нил была источником благоденствия. Наводнения Нила происходили ежегодно, хотя, в иные годы преобладала засуха.

Обычно вода поступает в р.Нил неравномерно, т.е. ее приток меняется ежегодно, ежемесячно, посезонно и ежегодно. По различным источникам, около 40% вод р. Нила обычно уходят в. Средиземное море.

Идея создания плотины в Асуане для подъема уровня-запасов воды

возникла в 1952 г. Такая, плотина могла бы гарантированно »

обеспечить Египет требуемым количеством воды для поливного земледелия и защитить страну в периоды больших наводнений. Кроме того.плотина могла бы также обеспечить страну чистой гидроэнергией для промышленности, сельского хозяйства и национального развития.

Асуанская плотина считается уникальнейшим сооружением среди всех больших ирригационных и электроэнергетических проектов мира. Это искусственная насыпная структура из железобетона высотой 110 м. Она расположена выше первых водопадов р. Нила на 15 км южнее г.

- g -

Асуан. Плотина образует второе в мире по величине искусственное водохранилище, занимающее южную часть Египта и северную часть Судана. Из пятисот километров общей протяженности водохранилища 350 км относятся к египетской территории вдоль основного русла р. Нил. При очень большой длине ширина водохранилища около десяти километров. Единственное большое исключение представляют собой заливы к западу в сухом русле Куркур (10 ки южнее дамбы) и вади Калабша (70 км юго-западнее Асуана) (КеЬеазу и др.,1987) По руслу Р. Ьил и к востоку озеро подстилают, главным образом, докембрийские граниты и метаморфические породы. К западу озеро перекрывает песчаники нубийск^ формации. Объем водохранилища при уровне озера" 176 м (глубина воды 94 м) составляет 125 куб.км, а максимальный объем при подъеме уровня воды на 183 м - 160 куб.км. Заполнение водохранилища началось в 1964 г., и уровень воды .постепенно поднимался с ежегодными циклами пок& не достиг в 1975 г. 175 м. После ,этого уровень водохранилища колебался^в пределах 1С8-177 м и достиг максимума 177,48 м в ноябре 197в г. (КеЪеаау и др.,1982 ). Поведение, уровня воды в водохранилище с начала заполнения в 1964 г". таково, что уровень води в озрре ежегодно Флуктуирует>меаду минимальным значением обычно в йюле или августе и ^максимальным в октябре или ноябре.

Историческая сейсмическая активность в трехсоткилометровой окрестности Асуана значительно зависит от источника данных. До 1900 г., более, чем за 4000 лет, обнаружение и описание землетрясений в регионе зависело от регистрации повреждений поселений, храмов, гробниц на территории. Подробные исследования сейсмической активности в исламский период включили (охватили) больпу» чвсть времени после рождества Христова (Fmbraaeys,1981 ; Polrler and Taher,1980), но првдпествувщие 3000. лет египетской истории не

изучались раньше. Критический взгляд на, историческую сейсмичность района Асуана м его окрестностей мог. бы пролить свет на сейсмичность территории. . •

Широкие исследования сейсмичности и сейсмотектоники Египта выполнены в разные годы разными авторами: Sieberß (1932); Gutenberg and Richter 1954),' Ibrahim and Marzouk (1979), Ibrahim (1981), ttaamoun и др.(1981). К сильнейшим землетрясениям смежных с Асуаном регионов относятся следующие: 1303 г., 1870 г. и 1955 (сентябрь) вблизи побережья Средиземного моря с магнитудой не менее,'чем 6,7; 1481 г. на .севере Красного моря с магнитудой не менее, чем 6,5 и 1969 г. на острове Шадван (выход из Суэцкого залива) с магнитудой Мз = 6,7.(1969.03.31 07 15:54, 27,7 33,7 ,6,7)

Что касается южной части Египта, то "там за всю историю (с 2200 г. до н.э. по 1972 г.) отмечено только одно значительное событие: 1210 г. до н.э. Его эпицентр определен условно как 22 N и 32 Е, и было сообщение о том, что в Abu-Simbel(180 . км от Асуана) имело интенсивность 6. и разрушило статую Рамзеса в храме Abu-Simbel (Kijiko.u.a.,1985; Kebsasy u.a.,1987). Также имеется сообщение о других Ьобытиях в регионе Луксор, около 170 км-севернее Асуана в ^600 г. до н.э.; 27 г. до н.э.; 9S7 г.; в октябре 1899 г.-. и Октябре 1926 г., сильные сотрясения от которых вызваны разрушения во многих местностях Верхнего Египта. Самое крупное разрушение было в храме Луксора и Карнака (Kebeasy u.a.,1987).

Каталог землетрясений Международного сейсмологического центра (ISC) не содержит землетрясений в радиусе 200 км от Асуана с 1920 по 1981 гг. Узкая зона долговременной сейсмичности имеется вдоль Красного моря в 200 км к востоку. Большие Красноморские землетрясения иногда ощущались в Асуане (Kebeaa? е.а.,1987). Распределение сейсмичности в Асуанском регионе наводит на мысль, что

между высокосейсмичной зоной Красного моря и низкосейсмичной на западе Нильской долины в Восточной пустыне расположена переходная зона.

Две сейсмические станции (советский односекунднмй сейсмометр СКМ) в Асуане на северном конце озера Насер и в Абу-Симбеле в середине озера работали после 1975 г. Опорная (основная) станция "Helwan" находится в 680 км севернее озера и активно работает с 1922 г. (Kebeasy 0.а.,1982). Она включена в Международную сеть, WWSSN в 1962 г.

Пока за последнее время незначительные землетрясения отмечались вокруг ■ озера. Более того, район озера считается асейсмичным (Gutenberg, Richter, 1954). Служба регистрации микроземлетрясений Функционировала вокруг Абу-Симбел с середины января до середины нарта 1981 г. (Gibowicz u.а., 1982). Было обнаружено, что все ,микроземлетрясения произошли или прямо под, или очень близко к водохранилищу, ¡таким образом, подразумевая их связь с колебаниями уровня воды. Территория (зона) Калабша наиболее активна в настоящее время. Землетрясения происходили' возле эпицентра главного землетрясения '• 1931 • г. Сейсмическая активность низкого уровня продолжается и теперь.

^ Во второй главе дано геолого-тектоническое описание района Асуана, основанное на воспринятых автором результатах работ многих авторов.

- Тектоническая история Южного Египта сложная и определяется, в основном, разломами Said (1962) выделяет на территории Египта три главные структурные единицы: Арабо-Йубийски;. массив. Устойчивый (стабильный) щит и нестабильный пояс. Площадь под озером Насер и вокруг него вкгвчена Сейдом в стабильный щит. В других классификациях эта площадь отнесена к Арабо-Нубийскому щиту (Smith, 1984: Youasef, 1968).

Тектоническая обстановка территории характеризуется присутствием двух главных систем разл.омов и региональных поднятий фундамента (1з5аи1г 1966; 1971; 1976).

Две основные системы - это нормальные меридиональные разломы преимущественно Нубийской Формаций; ее также широтная система нормальных разломов, простирающихся более, чем на 300 км. Дополнительно северо-восточные и северо-западные разломы также отличны на этой территории.

Особое значение имеет изучение гидрологического режима.

Сеть из шести пьеэодатчиков создана в 1983 г. и 1385 г. вокруг северной части озера (У!СС,1985). Назначение этой сети -исследование связей между гидрогеологическим режимом грунтовых вод и сейсмической активностью под озером и вокруг него. Эти. исследование за уровнем воды и его роли в изменениях порового давления в Нубийской Формации. Данные шести пьезодатчиков (уровень • воды, температура и давление грунтовых вод) телеметрически передаются в региональный сейсмологический центр в Асуане. Анализы этих данных показывают, что е озере и вокруг него наблюдается связь между изменениями уровня воды в озере и уровнем грунтовых вод за большой период. Эта связь особенно четкая на пьезодатчиках .РН7 и 'Ю>ГЗ. С другой стороны, за короткий период (ежегодно, ежесезонно и ежемесячно) такой связи между уровнем грунтовых вод и уровней воды в озере нет.

Увеличение сейсмической активности в зоне Кадабша в феврале 1983 г., декабре 1983 г. - январе .1984 г. и июне 1987 г. последовало за высокой степенью изменений уровня води в озере, хотя уровень грунтовых вод не показал значительных изменений. Следовательно,, нет ясного вывода могла бы быть связующая нить между режимом грунтовых вод н сейсмической активностью а зоне Калабва. Это может быть

вызвано существованием различных меридиональных и • широтных с?тг(1 разломов, которые могут действовать как барьеры. Это к тому, что связи между режимом подземных вод и уровнем воды в зере нуждаются з дальнейшем изучении.

Третья глава работы посвящена вопросам изучения сейсмического режима и сейсмотектонической деформации.

14 ноября 1931 г» умеренное землетрясение с магнитудой 5,6 произошло в ненаселенной зоне Калабша возле Gebel Harawa, в 70 км юго-западнее г. Асуан. Это землетрясение предварялось тремя форпоками 9 ноября 1931 г. (магнитуда 3,6 и 4,2),' 11 ноября (магнитуда 4,5) и сопровождалось огронним числом афтерпоков. Ноябрьское землетрясение 1981 г. является единственным наиболее значительным землетрясением в регионе близком к Асуану н плотине, поэтому возможна его связь с водохранилищем как- проявление наведенной сейсмичности.

Предполагается, что озеро является "спусковым крючком" (триггером) этой активности (КеЪеазу е.а., 1982) по следующим причинам: в зоне озера за всю историю не было значительных землетрясений; эпицентр этого землетрясения находился возле озера достаточно обширной площади; 'проникновение воды в разрушенные приповерхностные породы и увеличение перового Давления очень большое и относительно (сравнительно) глубокое. Зона Калабша находится на большом западном заливе озера Насер (КеЪеазх u.a., 1987) Ноябрьское землетрясение 1981 г. било первым инструментально определенный землетрясением в районе Асуана. Землетрясение отчетливо ощущались на расстоянии 650 ки к северу в Лсьяте и S50 км к югу п Судан« (Khartoun). Обпнрные трещины грунта возникли В' пустыне внутри эпнцентральной зоны.

Проводится оценка характера движений по зоне глубинного разлома

.Калабша Фоулт. Деформаций рассматгивается также как результат осреднения разрывных -деформаций в очагах землетрясений.

Чтобы длительно следить за активностью землетрясений вокруг озера и исследовать их связ'и с водным режимом озера, была установлена радиотелеметрическая сеть из 13 сейсмических станций вокруг северной части озера, которая работает с июля 1982 г. (КеЪеазу u.a., 1987; Simpson е.а., 1987)

Сейсмические события записаны телеметрически в региональном сейсмологическом центре Асуана. Кроме того, восемь акселерографов сильных движений (1/2 g, SMA - 1) были установлены на Асуанской плотине, в старой дамбе и на свободном пространстве, чтобы записывались ускорения, вызванные значительными землетрясениями и исследовать грунт и структурную реакцию.

Анализ 'И интерпретация сейсмограмм, записанных телеметрической сетью, показывает, что сейсмичность группируется в трех основных зонах. Первая и наиболее активная зона простирается с запада-юго-запада на восток-северо-восток на расстояние 14, км вдоль разлома Калабша, приблизительно ниже Gebel Marawa. Гипоцентры сконцентрированы на двух интервалах глубин: от 14 до 22 км и от 4 до 7 км. Вторая зона, протянулась на 8 °км вдоль другой части разлома Калабша, который близок к старому руслу Йила. В этой зоне активность ограничена глубинами от 4 до 6 км. Относительное фокальное распределение в этих двух зонах показывает постепенное уменьшение глубин с запада на восток. Третья зона расположена на вади (сухое русло) Куркур - в северо-западной части озера около 1S км южнее Асуанской плотины. Эта зона характеризуется низкой сейсмичностью (Kijikou.а.,1985) и слабыми событиями на глубине около 12 км.

Преобладающим фокальным механизмом для окрестности Калабш&

является правосторонний сдвиг с широтной плоскостью'подвижки. В эпицентральной зоне широко наблюдались смещения и трещины в песках Нубийской пустыни. Они в большинстве смещаются в восточном Направлении и расположены эшелонообразно: Между этими смещениями наблюдается некоторое количество диагональных трещин с более северной направленностью. Отдельные смещения достигают сотен метров в длину при ширине от нескольких сантиметров до )?етра.

Самое протяженное растрескиванье с регулярной системой смещений и трещин можно было бы проследить на расстоянии почти 3 км к западу от 0еЬе1 Магаиа с тенденцией к широтному направлению, где местная геодезическая сеть Калабша установлена до 1983 г.

Ожидается, что заполнение озера Насер будет менять распределение напряжений в приповерхностном слое под озером и в его окрестностях. Также подъем воды может изменить общую напряженность поверхности зоны исследований. Следовательно, уровень воды в водохранилище и число возникающих землетрясений, как и их магнитуды, следует продолжать регистрировать. Пример таких данных за период с июля 1982 г. по декабрь 1990 г. приведен в работе.

На основании этих данных следует отметить, что увеличение

активности землетрясений следует .за высокой степенью изменений ' * . "

уровня воды в озере. Это явление четко наблюдается при увеличении сейсмичности в Феврале 1983 г.; декабре 1983. г. - январе 1984 г. и в 'июне 1987 г. В основном, индуцированная сейсмичность увеличивается при подъеме уровня воды в озере с тех пор, как произошло ноябрьское землетрясение 1981 г. до настоящего времени.

Четвертая глава. посвящена теоретическим и прикладным аспектам изучения современных движений земной коры.

Основная часть главы посвящена развитию иетодоз рекснструя-

. ции характера современных движений. Несмотря на большое количество

ее исследовать, были в значительной степени вне поля внимания геодезистов, геофизиков и сейсмологов. Эти п-одходы обосновываются Б в раооте в рамках механики деформируемого твердого тела.

Опигяем основные особенности разработанного алгоритма интерпре-

V

тации данных наблюдений. Введем далее следующие обозначения. Ух1(1,Л), Уу1,(1,.)) - компоненты х и у, соответственно, направляющего единичного вектора, соединяющего точки 15(1..)) - расстояние "!-.)" между точками "1" и ";)"; сШ(1,;)) - экспериментально измеренное изменение расстояния <1П'(1,,1) - рассчитанное теоретическое изменение расстояния Г - угол между линиями •"!-.)" и "1-к".

с1Г(1,.1,к) - измеренное изменение угла между линиями и "1-к".

йГ'(1,.3,к) -рассчитанное изменение угла между линиями и "1-к".

Ох,Оу - компоненты вектора смещения; К ' общее число всех измеряемых линий; К1 - среднеквадратичная невязка приращений длин линий, К2 ~ среднеквадратичная невязка эквивалентных изменений расстояний, вызванных изменениями углов, • о

к1,к2 - весовые коэффициенты для среднеквадратичных невязок приращений длин линий и углов при расчете общей невязки, и - общее чисао всех измеряемых углов;

Работ по этой проблеме, модельные подходы, позволяющие эффективно

Тогда

*

1 <v--' 2

F2 = — £dr(i, j,k)-dr'(i. J.k)}- Rik*Rij

F = Fl*kl + F2*k2,

где

dR'(i,j) = Uxij#Vxl(i,j)+Uyij#Vyl(i,J), dr(i,j,k) = -1,/з1п(Г)#(А1+А2-соз(Г)*(A3+A4)), coa(D=Vxl(i, j)*Vxl(i,k)+Vyl(1, j)*Vyl(i,k), sin(D = 3qrt( 1. -соз(Г)**2) , Al=(Uxik*Vxl(i,J)+üyik*Vyl(i,j))/R(i,k), A2=(UxiJ*Vxl(i,k)+Uyij*Vyl(i,k))/R{i, j), A3=(Urij*Vxl(i,J)+UyiJ*Vyl(i,j))/R(i,J), A4=(Uxlk#Vxl(i,k)+üyik*Vyl(l,k))/R(i,k), Oxlj=Ox( j")-Ox( 1), Uyij=Uy(J)-Uy(i), Uxik'=üx(k)-Üx(i), Uyik=Uy-(k)-Uy{ 1).

Реиение задачи по интерпретации данных измерений приращений длин линий и изменений углов между ними заключается п нахождении значений (0х',0у'), доставляющих минимум функционалу невязок F на . множестве.узловых перемещений (Ux.Uy), быть может принадлежащих заданной модели:

(Ux'.Or') -> min ( Г )

(Ux, Oy)

В основной части алгоритм нахождения решения (Ох',Оу'} закха-

0

чается в реализации метода случайного поиска. Рассмотрим сначала

более простой случай, когда на перемещения не накладываются ограничения в виде принадлежности той или иной модели. Зададимся некоторым нулевым приближением для поля смещений. Затем последовательно ьудем варьировать смещения в каждом узле или пункте "1", запоминая" только те перемещения, которые улучшают функционал При этом поиск становится более эффективным, если -порядок обхода последовательности всех узлов (1) определяется также случайным образом. Шаг варьирования перемещения в каждом узле определяется исходя из прежнего успешного опыта или принимается равным максимальному шагу, если предшествующая попытка была неуспешной. Процедура поиска прекращается при достижении заданной точности или при достижении критического числа последовательных неэффективных шагов.

Рассмотрим теперь случай, когда на перемещения накладываются функциональные связи в виде принадлежности той или иной модели. Зададимся соответствующим заданной модели нулевым приближением для поля смещений. Будем считать модель полностью описанной конечным числом параметров. Затем с помощью вариации параметров модели будем варьировать смещения всего заданного набора узлов ("1"), запоминая только те вариации параметров, которые улучшают функционал К. Шаг варьирования каждого из параметров определенен при втом исходя из сравнения соответствующей максимальной вариации изменения расчетных и измеряемых длин линий и углов. Критерий прекращения поиска остается при этом таким же, как и ранее.

Коррекция результатов геодезических измерений производится по температуре и давлению по Формулам, приведенным в описании приборов 1ШШ. Вычисления проводятся при помощи соответствующей программы.

Вычисление горизонтальных расстояний производится по 0

откорректированным результатам .геодезических измерений также При помбяи специальной программ.

Для тестирования расстояний также разработана программа.

Проведен мониторинг, цель которого заключалась в наблюдении т вертикальными и горизонтальными движениями коры по разлому Кп1пЬз)1а й исследовать их возможные связи с сейсмической активностью и колебаниями уровня воды в озере. Для этого на разломе Кя1яЬзЬа была установлена местная сеть из 18 пунктов и выполнены два нивелирных хода в 1983 г. Повторные геодезические измерения вертикальных и горизонтальных движений были в декабре 1984 г., в феврале 1986 г., в январе 1987 г., сентябре 1987 г. и в январе 1988 г,, феврале 1989, ноябре 1989, марте 1990,; феврале 1991, ноябре 1991! Хотя периоды полевых наблюдений сравнительно короткие, но анализ полученных данных позволил выявить горизонтальные и вертикальные движения. Такая же работа выполнена на геодезическом полигоне Саял (20 пунктов). Тренд горизонтальных движений в случае сжатия между другими сторонами сети наблюдался порядка 3 мм/год, а при растяжении до 4 мм/год.

Результаты анализа вертикальных движений предварительно указывают на оседание. Максимальное оСедание наблюдалось порядка одного мм в год.

Эти результаты существенны и подобны соответствующим величинам смещений в других сейсмоактивных зонах.

Проведена аппроксимация полей смещений и на этой основе рассчитаны поля горизонтальных деформаций. Проведена также интерпретация данных в ранках выбранных моделей для поля смещений. Для определения параметров деформации применялся тот или иной интерполяционный многочлен, описывающий двумерное поле смещений.

- 20 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе предложен и теоретически обоснован комплекс методов анализа современных движений земной коры и изучения сейсмотектонических деформаций. В рамках такого подхода исследованы сейсмотектоническая деформация и современные движения земной коры района,Асуана.

Сформулируем главные из полученных результатов более подробно.

1.Проблемы геодинамического мониторинга сейсмоактивных районов в местах сооружения крупных водохранилищ и ответственных гидротехнических сооружений приобретают особую актуальность.

2, Большое внимание при изучении современных движений земной коры на африканском континенте удаляется методическим вопросам, таким как оценка влияния метеофакторов в сложных условиях пустыни на точность производимых наблюдений, учет роли рефракции и других.

- 3. Сформулированы модельные задачи об изучении тектонических

и сейсмотектонических деформаций по данным комплекса наблюдений.

Отмечена невозможность чисто теоретического развития данного

круга методических вопросов и обоснована необходимость обращения

о

с этой целью к анализу реального материала.

4. На основе существующих методов уравнивания геодезической сети разработан новый способ численного решения задачи, включающий также и модельные подходы. Алгоритм решения обеспечивает высокое быстродействие и эффективность, подтвердившиеся при обработке экспериментального материала, охватывающего около десяти лет наблюдений в пределах исследуемого района.

5. На основе имеющихся каталогов очагов землетрясений проведен -анализ сейсмической обстановки исследуемого района. Проведены определения механизмов очагов землетрясений и выявлены основные

тенденции современного процесса сейсмотектоничекой деформации. Обнаружено, что максимальное горизонтальное сжатие ориентировано в азимуте 115. Движения в целом в очагах землетрясений имеют сдвиговый характер с незначительной взбросовой составляющей. Результаты анализа обобщены на соответствующих схемах.

6. На базе предложенных в работе методов разработаны программы и проведено изучение современного деформационного геодинамического процесса в районе Асуана. Достигнуто обобщение весьма значительного ' по объему материала геодезических, сейсмологических и геологических наблюдений, относящихся к поведению сложнопостроеннного и подверженного влиянию водохранилища участка земной коре исследуемого района. Получены новые геофизические выводы, которые углубляют и, как можно полагать, вущественЯо развивают имеющиеся представления о природе сейсмических явлений в районах крупных плотин. 7. Анализ результатов наблюдений в 1984 - 1990 гг. выявил

горизонтальные движения, отвечающие деформации растяжения между -6

краями сети 5 х 10 . При этом относительная среднеквадратичная ошибка составила 13 %, что свидетельствует о надежности наблюдений горизонтальных движений. Проведено сопоставление современ-

/

пых движений с современным полем сейсмотектонических деформаций, реконструированных по сейсмологическим данным.

8. Накопленный уникальный по объему материал геодезических наблюдений, размещенный в специальной базе данных, оставляет и целый ряд других возможностей для его интерпретации, расширяющих круг представлений, охваченных настоящей работой.

9. Практическое значение полученных в работе результатов определяется тем, что представление о современных движениях района Асуана, являющегося местом интенсивного размещения производительных сил и нового промывлениого и гражданского строительства, помогает количественно охарактеризовать степень сейсмической опа-

сности и возможность активизации существующих разрывных нарушений.

10. Результаты исследования современных движений и деформаций земной коры района имеют важное значение для теории и практики оценки сейсмической опасности и могут быть использованы в других геофизических институтах.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Mahmoud 6.М.,(1983) Crustal deformation associated with- ealamla sources and surface loads,presented papers for the course of seismology (1982-1983),I.I.Б.Е.K., Tskuba,Ibaragi, Japan,pp.19-34.

3; Vyakocil P., Kebeasy R.M., Tealeb A. and Mahmoud S.M. (1990).

Preliminary dynamic model for Kalabsha area from geodetic measurements.In: Proc.qf the general meeting of the International Asaooiation of Geodesy.Edinburgh 1989.Springer.Verl.New York, pp.251-261..

3. Vyebooil P., Kebeasy R.M., tealeb A. and Mahmoud S.M. (1969)

О

The present state of crustal movement studies at Kalabsha area, Aswan, Egypt. Proc. of the Inter. Eymp. "Geodesy and Physios of the earth", ZIPS Potsdam, pp. 301-333

4. Vyskooil P., Tealeb A., Kebeasy Н.И. and Mahmoud S.M. (1987).

Beaent crustal movement studies along the western

bank оt Lake Nasser, Egypt. Proo. of the 5th Annual p

Meeting of the Egyptian Geophjrsloal Sooietr, Cairo. -5. Zeaan A., Tealeb A, end Mahmoud Б.М. (1988) Model Calculations

of BOme consequences of the water level'changes at the Nasser Lake Area, Egypt. Technical Papers, Faculty of Civil Engineering, Technical University of Prague, pp. 131-149

6. Vyskocil P.. Tealeb A., Kebeasy R.M. and Mahmoud S.M. (1991).

Present state of geodynamic poperties of Kalabsha area, nortwest of Aswan Lake, Egypt. J. Geodynamios vol. 14. noa 1-4, pp. 221-247. 1. Vyskocil P., Zeman A., Tealeb A., Mahmoud S.M. and El-Fiky G.3.

(1991). Vertical movements around the Kalabsha Fault, Northwest of Aswan Lake, From Precise Levelling. J. Qeodynamlcs vol. 14, noa 1-4, pp. 249-262.