Постановка проблемы в общем виде

Изменчивость формы и размеров Земли – серьёзная проблема развития высоких технологий, базирующихся на прецизионных геодезических измерениях. Составной частью этой проблематики является высокочастотная составляющая таких изменений, впервые обнаруженная в 1973 году по данным сейсмических наблюдений и зарегистрированная как научное открытие (феномен Вартаняна-Куликова). Аналогичные сейсмическим проявлением, пластические деформации регистрировались многими исследователями, однако понимание единства разрывных и пластических деформаций в этом временном масштабе, как единого геодинамического явления было сформулировано в нашей монографии.

 Анализ последних исследований.

Деформации и соответствующие им движения земной поверхности условно подразделяют на:

  • медленные тектонические движения (межгодовой масштаб);
  • сейсмотектонические движения (внутригодовой масштаб);
  • вулканно-тектонические движения (межгодовой масштаб);
  • техногенные движения (межгодовой масштаб).

В этой классификации, рассматриваемые нами деформации следует отнести к существенно узкому диапазону частот второго класса. Ранее считалось, что отношение между категориями «деформация» и «землетрясение» находятся в отношениях причина - «деформация» и следствие – «землетрясение». Даже был установлен ряд эмпирических зависимостей между параметрами деформаций и силой землетрясения. Здесь в основном рассматриваются деформации длительностью несколько месяцев. Наш тип деформаций рассматривается как «краткосрочные предвестники землетрясений», что не совсем логично. Например - «За день-два перед землетрясением в Тонанкай (Япония, 1944 г.) повторным нивелированием были измерены изменения наклона нивелировочной линии, проявившиеся в недопустимых расхождениях между прямыми и обратными превышениями в секциях». Или: - «Во время землетрясения на Камчатке 17 августа 1983 года наблюдались колебательные движения реперов, что приводило к наклону вдоль секций нивелирного хода с разнонаправленными азимутами (вертикальные деформации имели «гофрированный» характер). По нашему мнению, и теоритические положения, описывающие деформационный процесс в этом частотном диапазоне были ошибочны. В том числе и «теория» упругой отдачи Г.Ф. Рейда. Его мнение в том, что «при остановке движения начинают накапливаться упругие деформации, после достижения которыми критических значений, происходит разрушение сплошности пород, т.е., разрывные деформации – землетрясение» - не является полностью верным. Эта точка зрения не позволяет объяснить, почему после землетрясения регистрируются деформации, причём часто более выраженные, чем перед ним [2]. Изложенные позиции можно рассматривать как фрагмент и частный случай общей характеристики движений в этом частотном диапазоне.

Целью работы является определение места «быстрых» геодинамических движений в современной геодинамике.

Постановка задачи

Нами показано, что объективно существующие деформации глобального масштаба являются периодическими и характеризуются непостоянной амплитудой. Такие деформации, распространяются в виде волн. Волновым процессам всех типов характерны чередования условия сжатия среды и условий растяжения. Распространения поперечных волн поверхности Земли формирует условия растяжения под вершинами волн и условия сжатия под ложбинами. Условиям растяжения характерны деформации пластического характера, условиям сжатия – разрывные, характеризующие микросейсмическими проявлениями. Частным случаем сейсмических проявлений являются сильные землетрясения, когда в условиях высокоамплитудных деформаций глобального характера, на региональном уровне энергия пластических деформаций переходит в разрывные деформации.

Этот тип геодинамических деформаций и соответствующих им геодинамических движений часто фиксировался на различных геодинамических полигонах, как не совсем понятные аномалии деформационного процесса. Обобщение этих наблюдений, оценка их пространственных масштабов и осознание большой повторяемости во времени впервые были сделаны в наших работах. В связи с таким положением вещей, объективно существует необходимость открытия дискуссии по поводу более четкого определения терминов, взамен определения этих деформаций как – «краткосрочные предвестники землетрясений». Используемый в настоящее время термин не отвечает на вопросы «как?», «каким образом?», «по какой причине?». Он существует как понятие, отвечающее на вопрос «Для чего?», - для прогнозирования землетрясений.

По нашему мнению, причиной формирования рассматриваемого типа деформаций являются приливообразующие (астрономические) силы, характеризующиеся выраженной недельной гармоникой. По нашему мнению это приливные деформации в совокупности с суточными, полумесячными, месячными (параллактическими) годовыми (параллактическими) и длиннопериодными неравенствами приливов, рассматриваемыми для гидросферы, определяют весь спектр изменений формы Земли под влиянием астрономических факторов. Что касается быстрых геодеформаций, то по-видимому, эти изменения формы планеты в даты сизигийных и квадратурных приливов в твёрдом теле Земли, когда в условиях её суточного вращения вокруг своей оси каждые 3,5 дня формируются чередования относительного сжатия и растяжения. Можно предположить, что в даты сизигийных деформаций формируются условия сжатия, повторяющиеся два раза в сутки, а во время деформаций, связанных с квадратурой – четыре раза в сутки. Пока этот вопрос остаётся открытым. Вполне понятно, что максимальные деформации должны формироваться в даты совпадения указанных приливов с датами, когда между Землёй и Луной расстояние минимально и когда эта суперпропозиция попадает на дату зимнего солнцестояния. Следует изучить как влияют на геодеформационный процесс неравенства приливов тропические и экваториальные, как формируются и формируются ли временные задержки между временем действия астрономического фактора и пиком геодеформацией. Глобальность описанного деформационного процесса подтверждается аналогичными гармониками в других физических полях. Например, в метеорологии фиксируется недельный цикл генерирования циклонов, существует понятие «синоптического периода», когда в течении недели один тип погоды сменяет другой. Длительность синоптического периода 3,5 суток.

Недельная гармоника деформированного состояния земной поверхности включает фазу сжатия и фазу растяжения. Фазе сжатия, по-видимому, соответствуют криповые движения – собственно деформации. При волновом характере такие движения реверсные. Но этот тип деформационного цикла проходит 3,5 суток. Реверсные движения, повторяющиеся  еженедельно и имеющие продолжительность 3,5 суток, мы называем «быстрыми». Приведенное нами теоретическое обоснование данного термина подтверждается нашими работами [2]. Относительно понятие реверсные и- следует сделать оговорку. В строгом смысле этот тип движений накладывается на весь спектр геодинамических движений, в том числе, и на медленные поступательные, обусловленных плитовой тектоникой. В этой ситуации мы называем их «реверсными» в какой-то степени условно. В то же время понимая, что скорость «быстрых» движений кк вертикальных, так и горизонтальных измеряется сантиметрами в сутки [2,3], в отношении к медленным движениям, в пределах точности измерений, можно считать реверсными.

Чётка формулировка и классификация рассматриваемого типа геодинамических движений – это первый шаг в их изучении. Ограничив предмет рассмотрения важно обозначить новые задачи, связанные с данным типом движений.

Одной из таких задач являются так называемые систематические погрешности определения координат GPS приемниками, возможно взаимно коррелируемые. Исследование систематических составляющих погрешностей определения координат GPS приемниками позволило выявить их циклические компоненты, в том числе и согласующиеся с циклическим влиянием астрономических факторов. Известно, что погрешности определения координат методом спутниковой геодезии имеют четко выраженную систематическую составляющую с периодом 14,2 суток. Методы обработки измерений направлены на фильтрацию «ошибок». С учётом изложенного данная систематическая погрешность не является таковой, а представляет собой реальные изменения положения геодезических пунктов в пространстве без однонаправленного смещения. Учитывая этот факт, следует изменить отношение к систематическим ошибкам измерения координат, которые возникают во внутрисуточном масштабе, формируют направленные смещения пунктов во временном диапазоне менее 7-ми суток и одновременно превращаются в «0» при недельном осреднении. По нашему мнению, применение методов спектрального анализа полей к периодической составляющей «ошибок» определения координат позволят создать систему мониторинга за направлением, частотой и фазовой скоростью распространения деформационных волн. Существующая густота покрытия территории Европы пунктами GPS контроля позволяет решать эут задачу.

Отдельной строкой следует выделить проблему мониторинга одиночных деформационных волн. Использование спектральных методов ограничено возможностью регистрирации цугов волн, но не одиночной волны. В данном случае, по-видимому, нет альтернативы применению классических методов последовательного картирования таких деформаций в векторном виде. Представление этих данных сопряжено со сложной процедурой фильтрации случайных ошибок. Можно предположить перспективность комплексирования классического картирования деформаций со спутниковыми наблюдениями за направлением и скоростью движения линейных гравитационных аномалий, сопряжённых с распространением фронта деформационной волны, применяя для фильтрации случайных ошибок интерполяцию деформаций с учётом анизонтропности, азимут которой определяется по спутниковым наблюдениям.

В организованном плане необходимо решить вопрос о так называемом Европейском стандарте, формулирующим необходимость недельного осреднения данных GPS-измерений.

Важно  начать работы по анализу архивных «не осредненных» данных с целью изучения «быстрых» геодинамических движений.

Следует изучить закономерности блоковой делимости литосферы в масштабе до 140 км с целью оптимизации расположения пунктов GPS мониторинга деформаций, учитывая выдвинутую нами гипотезу о том, что изостатически скомпенсированные блоки земной коры (масштаб >140x140км) – наклоняются относительно центра масс, а некомпенсированные (масштаб <140x140км) вздымаются и заглубляются относительно поверхности геоида. При решении этой проблемы следует учесть опыт использования альтиметрических измерений топографии поверхности Мирового океана для уточнения рельефа океанского дня. Необходимо использовать существующие наработки для узкополосной фильтрации цифровых моделей рельефа в диапазоне 10-140 км.

Вторая задача – это практическое использование данных мониторинга «быстрых деформаций» комплексом прямых и косвенных методов для диагноза и прогноза провоцируемых ими техногенных аварий. В результате работ по районированию геодинамического риска оказалось, что разрушительные сейсмотектонические деформации, учитываемые в нормативной базе строительства инженерных сооружений, не являются всеобъемлющими. «Быстрые» реверсные деформации не являются их составной частью, а подчиняются иным закономерностям. Например, в результате «быстрых деформаций» повышенным риском разрушений характеризуются не границы тектонических блоков, а их внутренние ненарушенные пространства. Это и другие особенности требуют разработки собственной нормативной базы для учёта «быстрых» геодеформаций.

В последний год наряду с авариями на сетях трубопроводов начали происходить разрушения сложных инженерных сооружений на опорах. В качестве примера разрушения объектов такого типа нами рассматривались материалы по разрушению аквапарка «Трансвааль» (Москва, 14.02.2004) и терминала Е-2 аэропорта Руасси Шарль де Голль (Париж, 23.05.2004) [5]. Разрушение таких конструкций, по нашим данным, связано с возникновением необычных по интенсивности «быстрых» горизонтальных движений земной поверхности.

Выводы и рекомендации

Наряду с задачей изучения геодинамических феноменов, провоцирующих перечисленные техногенные аварии, необходимо создание новой нормативной базы проектирования строительства эксплуатации новых строительных объектов и реконструкции уже существующих. В этом состоит конечная практическая цель и перспектива дальнейшего изучения быстрых геодинамических движений.

Литература

  1. Вертинян Г.С., Куликов Г.В. О глобальном гидрогеодеформационном поле // Советская геология. – 1983. – 1985. – С.116-126.
  2. Учитель И.Л., Ярошенко В.Н., Гладких И.И., Капочкин Б.Б. Основы неогеодинамики. Сети газопроводных как элемент деформационного мониторинга // Одесса: Астропринит, 2001.-144с.
  3. Итоги науки и техники. Геодезия и аэрофотосъёмка том 28.// Геодезические методы решения геодинамических задач (современные движения земной коры) ред. Проф. П.В.Нестеров. – М.,1990-150 с.
  4. Vogt, P.R. and W.Jung, 1991.Statellite Radar Altimetry Aids Seafloor Mapping. EOS Trans. AGU,72:465,468-469.
  5. Учитель И.Л., Ярошенко В.Н., Капочкин Б.Б. Геодинамические причины некоторых катастроф 2004 года. // Екологічні проблеми Черного моря. – Одеса. ОЦНТЕЛ. – 2004, - 461-465.

 

Про проблеми сучасної геодинаміки

І.Учитель, В.Ярошенко, І.Гладких, Б.Капочкін

Йдеться про проблеми сучасної геодинаміки стосовно аналізу вимірювання координат засобами космічної геодезії. Сформульовано проблеми, які виникають за рахунок впливу швидких рухів земної поверхні та точність вимірювання координат GPS приймачами. Розглянуто проблеми темінології. Сформульовано напрямки подальших досліджень.

About the problems of moderngeodynamics

I.Uchytel, V.Yaroshenko, I.Gladkykh, B.Kapochkin

Problem of modern geodynamics in the appendix to the annalysis of the coordinates given measurement are considernby methods of a space geodesy. problem whitch result from influence of fast movements of a surface of the ground on accuracy of definition of coordinates GPS receivers are formiulated. Questions of a terminology are considered. Directions of the further researches are formulated.

Игорь Учитель, Владимир Ярошенко АО «Одессагаз», Игорь Гладких Одесская государственная морская академия, Борис Капочкин Одесский государственный экологический университет