УДК 551.24.248.2
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕОТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОРФОСТРУКТУР ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ
© 2014 г. В. В. Адушкин1, И. А. Санина1, И. С. Владимирова2, Ю. В. Габсатаров2, Э. М. Горбунова1, Г. Н. Иванченко1
Институт динамики геосфер РАН, г. Москва 2Геофизическая служба РАН, г. Обнинск Поступила в редакцию 05.08.2013 г.
При изучении неотектонической активности центральной части Восточно-Европейской платформы (ВЕП) применен комплексный подход, включающий методы автоматизированного линеамент-ного анализа и космической геодезии с использованием результатов традиционного геологического картирования. В результате обработки мозаики космоснимков ЬАМЗАТ построена космо-тектони-ческая схема и выделены морфоструктуры, активные на современном и неотектоническом этапе. Данные ОР$-наблюдений использованы для определения направления и скорости горизонтального смещения блоков, обусловленного глубинными геодинамическими процессами. Исследования носят предварительный характер из-за недостаточного количества ОР$-станций в пределах ВЕП, имеющих продолжительный временной ряд наблюдений.
БО1: 10.7868/8000233371402001Х
ВВЕДЕНИЕ
Комплексный анализ данных автоматизированного дешифрирования космоснимков и космической геодезии на основе геолого-структурной изученности территории Восточно-Европейской платформы (ВЕП) направлен на исследование физических механизмов внутриплатформенной тектоники (в т.ч., выделение активных на современном этапе геологических структур).
В результате компьютерной обработки космоснимков центральной части ВЕП было определено поле малых линеаментов, с помощью которого построены протяженные линеаменты и линии вытянутости роз-диаграмм (линеаментные формы) [Автоматизированный ..., 1988; Иванченко, 2012; Zlatopolsky, 1997]. Интерпретация геологической природы линеаментов является сложной проблемой [Короновский и др., 1986; Макаров, 2008; Нечаев, 2010; Расцветаев, 1974; и др.], но детальный анализ структурного рисунка линеамен-тов и линеаментных форм в пределах района исследований в совокупности с данными геологического картирования и GPS-наблюдений позволяет их ассоциировать с дизъюнктивами и зонами локализации деформаций. Фрагментарно зоны линеаментов трассируют погребенные структуры кристаллического фундамента, в частности, глубинные разломы. Направления и скорости горизонтального смещения GPS-станций могут быть привлечены
для определения кинематики неотектонически активных зон.
Взаимная дополняемость использованных в данной работе дистанционных методов способствует определению неотектонической и современной активности основных морфоструктур и анализу геодинамической обстановки ВЕП.
1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Для идентификации современных геодинамических процессов в структурах ВЕП применялся комплекс инструментальных методов дистанционного зондирования, включающий компьютерную обработку космических снимков и данных GPS-наблюдений. Результаты визуального и автоматизированного дешифрирования линейных элементов изображения центральной части ВЕП, совмещенные с данными космической геодезии, позволяют качественно охарактеризовать неотектоническую и современную активность глубинных структур, частично проявившуюся в современном ландшафте.
Использование алгоритмов программного пакета LESSA (Lineament Extraction and Stripe Statistical Analysis) направлено на выделение линеа-ментов различных иерархических уровней, определение статистических характеристик полей малых фотолинеаментов — ориентировки и степени вытянутости роз-диаграмм. В процессе об-
21
2*
работки роз-диаграмм определены доминирующие направления осей роз-диаграмм — "линии тока" (линеаментные формы), которые группируются в компактные прямолинейные или плавно изогнутые зоны разной ширины и протяженности. Предположительно, они отражают некоторым образом проявленную на поверхности вещественно-структурную, реологическую и геофизическую неоднородность свойств геологической среды.
Прецизионные измерения смещений точек земной поверхности произведены с использованием технологии GPS-наблюдений. Для получения оценок координат и скоростей GPS-станций применялся специализированный программный пакет GAMIT/GLOBK [Herring, 2010]. Данный пакет широко используется в мировой практике для обработки первичных GPS-измерений с целью получения высокоточных (с точностью 1—2 мм) оценок координат наблюдательных пунктов в геоцентрической системе координат, реализацией которой является отсчетная основа ITRF (International Terrestrial Reference Frame) [Altamimi, 2011]. Полученные высокоточные ежесуточные оценки координат GPS-станций в системе отсчета ITRF в дальнейшем объединяются в продолжительные временные ряды, отражающие смещение станций.
Всего в работе использовались данные 11 станций GPS-наблюдений, расположенных на территории ВЕП и обрамляющих ее регионов. Ежесуточные высокоточные оценки координат всех станций были скомбинированы во временные ряды, максимальная продолжительность которых составила около 13 лет (01/01/2000—20/10/2012), минимальная — около 2 лет.
Скорость смещения GPS-пункта на земной поверхности в геоцентрической системе отсчета (ITRF) определяется движением подстилающей литосферной плиты, на фоне которого возможно проявление региональных деформационных процессов. Поэтому для изучения этих процессов из полученных скоростей смещения пунктов GPS вычитается скорость движения соответствующей литосферной плиты. Аналитическое описание мгновенного движения целостного фрагмента сферической поверхности (литосферной плиты) в произвольной системе описывается формальным вектором Эйлера, который определяется таким образом, что его направление из начала координат указывает положение полюса мгновенного вращения на сфере (полюс Эйлера), а его величина равна мгновенной угловой скорости вращения фрагмента относительно этого полюса. Тогда линейные скорости Vi всех точек данного сферического фрагмента выражаются в виде векторного
произведения вектора Эйлера D. и радиус-вектора
точки R: Vi = Qx R. Вектор Эйлера для Евразийской литосферной плиты, использованный в данной работе, был найден из анализа глобальной сети GPS за период 1995—2007 по скоростям 192 глобально распределенных станций, расположенных во внутренних стабильных областях плит, удаленных от пограничных деформируемых поясов [Kogan, 2008]. В то же время, данный анализ показал наличие смещения центра системы относимости ITRF относительно центра сферы вращения литосферных плит, рассчитанного с использованием данных GPS [Kogan, 2008]. Это приводит к появлению мнимых деформаций на земной поверхности, для исключения которых в полученные в данной работе геодезические данные была внесена соответствующая поправка [Kogan, 2008].
Многолетние наблюдения на опорных GPS-станциях, расположенных в срединных частях литосферных плит, в частности на территории ВЕП, свидетельствуют о высокой стабильности этих регионов. Верхний предел скоростей смещения этих станций, относительно подстилающей литосферной плиты составляет 0.5—0.9 мм/год [Kogan, 2008]. В то же время, применение процедуры калмановской фильтрации временных рядов GPS-наблюдений, реализованной в пакете GAMIT/GLOBK [Herring, 2010], позволило достичь при определении скоростей смещения GPS-пунк-тов точности порядка лишь 0.6—1.8 мм/год, что сопоставимо с величинами измеренных скоростей остаточных смещений. Это не позволяет корректно применить полученные геодезические данные для анализа современных движений земной поверхности на территории ВЕП.
Альтернативным способом получения координат и скоростей смещения GPS-станций является использование регрессионного анализа временных рядов наблюдений [Gabsatarov, 2012; Nikolai-dis, 2002]. Данный метод позволяет повысить точность определения скоростей смещения станций за счет прямого моделирования сезонной компоненты смещения станций, имеющей недеформационную природу и связанной с технологией GPS, и внесения в данные соответствующей поправки. Сезонная компонента смещения стационарна для каждой станции и состоит из двух гармоник с периодом в 0.5 года и 1 год [Nikolaidis, 2002]. В результате применения процедуры регрессионного анализа временных рядов наблюдений удалось достичь уменьшения погрешности оценки скоростей смещения GPS-станций до 0.3—0.9 мм/год.
2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА КОСМО-ТЕКТОНИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
При проведении исследований была составлена космо-тектоническая схема центральной ча-
0 40 80 120
Изогипсы поверхности фундамента, км
0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 > -4.0 км
Рис. 1. Космо-тектоническая схема центральной части ВЕП:
1, 2 - сбросы: 1 - главные, 2 - второстепенные; 3 - разломы разного порядка; 4 - протяженные линеаменты; 5 - ли-неаментные формы; 6 - геофизические станции: ОВК - "Обнинск", МНУ - "Михнево".
сти ВЕП, с использованием программного пакета ЬЕ88А ^Морокку, 1997] и данных по глубинному строению земной коры [Юдахин, 2003], позволившая определить морфоструктурный план и оценить геодинамическую обстановку территории (рис. 1). В структурно-геологическом отношении ВЕП характеризуется четкой тектонической двухярусностью.
Нижний структурный этаж - кристаллический фундамент представляет собой гетерогенно-блоковое архейское образование, спаянное ран-
непротерозойской межблоковой складчатостью и осложненное региональными глубинными разломами, частично освоенными рифейскими авла-когенами. Рельеф поверхности кристаллического фундамента характеризуется общим погружением в северо-восточном направлении от 0.3 км до 1.7 км, в пределах авлакогенов глубина залегания поверхности фундамента возрастает до 4 км по данным бурения глубоких скважин (рис. 1).
Верхний структурный этаж - плитный чехол, сложенный мощной толщей терригенно-карбо-
натных пород палеозой-мезозой-кайнозойского возраста, облекает неровности кристаллического фундамента в нижней части разреза. Реологические свойства осадочных пород предопределяют "рассеивание" межблоковых границ фундамента (разломов). Глубинные дизъюнктивы фундамента на поверхности часто проявляются в виде лок
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.