ГЕОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 97-102
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФЛЮИДОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПЛАТФОРМЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ВАРИАЦИЙ ПОДПОЧВЕННОГО РАДОНА И СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ МОСКОВСКОГО И НИЖЕГОРОДСКОГО РЕГИОНОВ)
© 2007 г. Н. Е. Калинкина, В. П. Рудаков, В. В. Цыплаков
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН 123995 Москва, Б. Грузинская, 10 Поступила в редакцию 29.11.2005 г.
Традиционно обширные территории древних платформ относят к геодинамически пассивным структурным образованиям земной коры. Это привносит элемент консерватизма в интерпретацию природы различных явлений, происходящих на платформе (оползневых и карстово-суффози-онных процессов, горных ударов и взрывов газа в шахтах, разрывов трубопроводов и т.п.), связываемых, как правило, с процессами экзогенного изменения геологической среды, сформированной породами осадочного чехла [1].
Однако вслед за академиком П.Н. Кропоткиным [2], указавшим на возможную связь процессов глобального изменения напряженно-деформированного состояния земной коры с вариациями ротационного движения планеты, нами было показано [3], что данные процессы, влияя на флюидоди-намические режимы как в геосинклинальных (сейсмоактивных), так и в платформенных регионах, определяют динамику развития экзогенных процессов в разуплотненных геодеформационными процессами участках пород осадочного чехла, формирующихся над тектоническими нарушениями кристаллического фундамента. Они то и определяют ритмику развития различных геодинамических явлений на платформе, в том числе, слабую сейсмическую активность [4].
Согласно исследованиям, проводившимися нами ранее в сейсмоактивных регионах, изменение флюидодинамических режимов разрывных тектонических структур под воздействием изменений напряженно-деформированного состояния горных пород региона находит адекватное отображение в вариациях радиоактивных и углеводородных эманации [5] и в вариациях сейсмических шумов [6]. При этом во временных рядах измеряемых параметров названных полей отображается весь спектр вариаций напряженно-деформированного состояния земной коры - от вековых (60-70-лет--них) до внутрисуточных приливных (12-часовых и менее). Это позволяет использовать эманацион-ный и сейсмоэмиссионный методы в качестве вы-
сокочувствительных помехозащищенных технологий мониторинга состояния геологической среды, и, прежде всего, в условиях городских агломераций, где уровень электромагнитных и виброшумовых излучений исключает, либо ограничивает применение многих методов геофизического мониторинга.
Согласно исследованиям, проводящимся нами с помощью названных технологических решений в условиях Московской синеклизы (на территории Москвы с апреля 2002 года) [7], изменения флюидодинамического режима геоструктурных образований последней отображают не только региональные изменения напряженно-деформированного состояния пород горного массива, но и связанные с дислокациями геоструктурных элементов земной коры, в связи с процессами глобального масштаба [8]. Такая связь проявляется более чем однозначно, прежде всего, в геодеформационных процессах сезонной (годичной) периодичности [9].
В развитие исследований динамики различных геодеформационных процессов и изучение их влияния на характер вариаций флюидодинамических режимов разрывных геоструктурных образований Восточно-Европейской платформы в течение августа 2005 года были проведены компа-рационные измерения вариаций эманационных (радоновых) и сейсмоэмиссионных полей на территории Москвы и в пункте, расположенном в Нижегородской области.
Аппаратурно и методически мониторинг радона в обоих пунктах выполнялся идентично с использованием пассивных (в естественном залегании, без пробоотбора) непрерывных измерений с помощью оригинальных датчиков, установленных (закопанных) на глубину 1 метр. Измерения сейсмического шума осуществлялись с помощью сейсмоприемника СВ-10, также закопанного рядом с датчиком радона.
Запись поступающей с датчиков информации проводился с помощью микропроцессорных уст-
50
100
150
200
250
Rn, отн. ед. 600
500
400
300
200
100
300 Часы
50
100
150
200
250 300 Август 2005
6 7 8
ФСК (10%) 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3
50
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Дата
(в)
100
150
200
250
300 Часы
Рис. 1. Временные ряды вариаций подпочвенного радона в московском (а) и нижегородском (б) пунктах наблюдений, (в) график скользящей в 10%-ом окне взаимокорреляционной функции временных рядов (а) и (б). Относительные значения измерявшихся параметров приведены в значениях напряжения на входе регистрирующего устройства.
ройств типа "Логгер" с частотой опроса 10 сек. В дальнейшем после переноса данных в память компьютера результаты регистрации осреднялись в часовых интервалах с последующим анализом спектральных характеристик и взаимокорреляционных зависимостей полученных временных рядов.
Региональные структурно-тектонические особенности геологической среды пункта наблюдений в Нижегородской области существенно отличаются от московского [7] и, прежде всего, тем, что формируются зоной динамического влияния регионального дугообразного разлома [9], обрамляющего морфоструктурный комплекс осадоч-
ного чехла окрестностей "Свято-озера", на южной стороне которого проводились наблюдения.
В стратиграфическом отношении верхние этажи осадочного комплекса пород в обоих пунктах наблюдений практически идентичны, что проявляется, в том числе, и в схожести развития карсто-во-суффозионных процессов на территории Москвы и в г. Дзержинск Нижегородской области [10].
На рис. 1 и 2 приведены в сопоставлении фрагменты временных рядов вариаций подпочвенного радона и сейсмического шума в Москве и на "Свято-озере", соответственно, а также графики скользящей (с окном 10%) корреляционной функции соот-
Sn, отн. ед. (а)
6050-
0 50 100 150 200 250 300
август 2005
_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ФСК (10%) Дата
Часы
Рис. 2. Временные ряды вариаций сейсмического шума в московском (а) и нижегородском (б) пунктах наблюдений; (в) - график скользящей в10%-ом окне взаимокорреляционной функции временных рядов (а) и (б).
ветствующих временных реализаций. В таблице приведены периоды наиболее представительных гармонических составляющих, выделенных при спектральном анализе соответствующих временных рядов.
Как следует из данных проведенного анализа, отмечается значимая взаимокорреляционная связь между вариациями полей радона и полей сейсмического шума в пунктах наблюдений, равно как и коррелируемость поля радона с полем сейсмического шума в пункте на "Свято-озере". Однако, в отличие от наблюдавшейся ранее в условиях Москвы [6], эта зависимость не может быть объяснена вариациями городского сейсмического шума, воздействующего на динамику восходящих флюидных потоков, поскольку ближайший к "Свято-
озеру" город Муром находится на расстоянии порядка 30-ти километров. Взаимокорреляционная связь между полями радона, равно как и между полями сейсмического шума, носит знакопеременный характер, волнообразно меняясь от значимых положительных до значимых отрицательных значений. Подобные вариации коэффициентов корреляции между полями сейсмического шума и полей эманации радона и водорода (рис. 3), наблюдавшиеся в условиях Москвы, можно связать с характером изменения напряженно-деформированного состояния горных пород в структурно-тектоническом образовании, в зоне динамического влияния которого находится пункт наблюдений.
Влияние вышеназванного регионального дугообразного структурно-тектонического образо-
Периоды наиболее представительных составляющих спектра временных рядов измерявшихся параметров и относительные амплитуды их экстремальных значений
Измеряемые параметры № /Т (сут) А (отн. ед) 1 (сут) 2 (час) 3 (час) 4 (час) 5 (час) 6 (час)
Радон Т 10.7 56.8 32 12.2 8 -
А 275 157 185 90 71 -
Радон Т 4.3 42.7 20.4 14.2 9 -
ФСК А 752 350 116 124 83 -
Водород Т 10. 7 - 24.3 11.9 8 6
А 561 - 1802 190 70 75
Водород Т 7.1 64 27 22.3 13.8 7.6
ФСК А 778 868 350 357 232 81
Сейсмический Т 7.1 - 23.5 - 9 6.5
шум А 204 - 329 - 96 105
Сейсмический Т 4.3 25.6 22.3 14.2 10.7 8.5
шум ФСК А 1200 321 266 194 114 92
вания на характер формирования анизотропии проницаемости осадочных пород в окрестности "Свято-озера", а, сооответственно, и на динамику восходящего флюидопереноса, изучавшееся нами посредством радиально-азимутальных съемок, носит, как и ожидалось, неопределенный характер. Такой характер формирования анизотропии проницаемости пород осадочного чехла отмечается в зоне развития кольцевых геоструктурных образований [11], когда деформации горных пород осадочного чехла не имеют явно выраженной одно или двусторонней ориентации.
В то же время, спектральный анализ временных рядов (см. таблицу) свидетельствует о влиянии на динамику вертикального флюидопереноса геодеформационных составляющих приливной природы, что проявляется в наличии во временных рядах периодических составляющих спектра в области суточных и полусуточных гармоник. Анализ взаимокорреляционных связей между вариациями эмана-ционных (радоновых) полей и полей сейсмического шума на предмет выявления в них временных сдвигов, могущих говорить о пространственном перемещении, например, приливных или сезонных геодеформационных волн, не позволил обнаружить высокозначимых экстремумов, соответствующих этим процессам. В то же время, наличие слабой коррели-руемости между полями радона с отставанием в Москве на 15 минут и между полями сейсмического шума с отставанием в Москве на 35 минут может, на наш взгляд, быть подтверждением ранее высказывавшегося тезиса о том, что Восточно-Европейская платформа "колеблется" как единый консолидированный массив с периодами вариаций скорости вращения Земли [12].
Существующие предпосылки позволяют надеяться, что получение более длительных времен-
ных реализаций позволит выявить те особенности формирования вертикально восходящих флюидных потоков, под воздействием которых протекают процессы, ускоряющие развитие карстово-суффозионных явлений, представляющих одну из главных геоэкологических проблем региона.
Таким
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.