ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 1, с. 40-58
УДК 551.242+551.244
СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА СРЕДИЗЕМНОМОРСКОЙ-МАЛОКАВКАЗСКОЙ ЧАСТИ АЛЬПИЙСКО-ИНДОНЕЗИЙСКОГО ПОДВИЖНОГО ПОЯСА
© 2014 г. В. И. Шевченко1, А. А. Лукк1, М. Т. Прилепин1, Р. Е. Рейлинджер2
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Массачусетский технологический институт, США Поступила в редакцию 19.03.2013 г.
В настоящее время в науках о Земле господствующее положение занимает плейттектоническая концепция. Но существуют и другие, менее популярные представления о геодинамике земной коры/литосферы. Высокоточные современные геодезические измерения (GPS, SLR, VLBI) позволяют по-новому оценить различные точки зрения.
Результаты геодезических измерений глобального масштаба находятся в хорошем соответствии с реконструкциями, сделанными в рамках плейттектонической концепции. Однако такие же измерения на региональных сетях в средиземноморской части Альпийско-Индонезийского подвижного пояса дали результаты, которые противоречат плейттектоническим реконструкциям для этого региона. Эти измерения показали, что ширина пояса на большей части области конвергенции Евра-зиатской и Африканской литосферных плит в настоящее время не уменьшается, как это следует из плейттектонических реконструкций, а увеличивается. В то же время эта часть подвижного пояса находится в напряженном состоянии, которое характеризуется близгоризонтальным сжатием, ориентированным вкрест простирания пояса. Это противоречие можно объяснить только, если предположить, что образование тектонической структуры подвижного пояса связано с активным увеличением объема слоистых горных пород пояса. Это увеличение предположительно вызвано поступлением дополнительного минерального материала в результате привноса последнего восходящими мантийными флюидными потоками. Из этого следует, что необходимо, в дополнение к воздействию литосферных плит на подвижный пояс, предположить существование в поясе локального автономного динамического процесса для объяснения тектонических деформаций, наблюдаемых в подвижном поясе.
Ключевые слова: тектоническая структура, современная геодинамика, геодезические измерения, флюидный поток, литогенез.
DOI: 10.7868/S0002333713060136
ВВЕДЕНИЕ
Современные методы космической геодезии: спутниковые лазерные измерения расстояний (SLR), длиннобазисная интерферометрия (VLBI), и, прежде всего, спутниковая система глобального позиционирования (GPS) стали широко использоваться в геодинамических исследованиях в глобальном и региональном масштабах. Эти измерения позволяют определять скорости горизонтального движения литосферных плит в целом и скорости смещений многочисленных геодезических пунктов в тектонически активных зонах с ошибками гораздо меньшими, чем сами измеряемые значения скоростей. Ранее было возможно лишь реконструировать такие движения косвенным образом, например, на основе изучения морфологии тектонических структур, которые возникли в результате предполагаемых движений, изучения фациального состава осадков, в результате сейсмологических, палеомагнитных и палеоклиматических исследований. Теперь появилась возможность сравнить различные гипо-
тетические предположения относительно современных тектонических движений, предложенные на основе различных геотектонических концепций, с результатами прямых инструментальных измерений. Результаты этих измерений обычно показываются в системе координат 1ТЯ¥.
Система 1ТЯ¥ представляет собой каталог координат геодезических станций наблюдения, отобранных в соответствии с точностями определения их координат и стабильностью положения. Для этих станций приводятся годовые значения изменений координат. Скорости движения станций представлены в большинстве случаев широтной, долготной и вертикальной составляющими скорости на референцном эллипсоиде, наилучшим образом подогнанным под фигуру геоида, и используемым при обработке геодезических измерений. Векторы скоростей, определенные в системе 1ТБ£, представляют собой "абсолютные" векторы в том смысле, что их направление задается по отношению к геодезической координатной сетке, зафиксированной на теле Земли станция-
ми ITRF. Начало системы координат совпадает с центром масс, положение которого определяется с использованием спутников Lageos-1 и Lageos-2, которые вращаются на орбитах на высоте около 6000 километров. Согласно законам Кеплера, спутник вращается вокруг планеты по эллиптической орбите, и центр масс планеты расположен в одном из фокусов орбиты. Как установлено с использованием SLR, положение центра масс изменялось на протяжении 1993—2003 на ± 0.6 мм для экваториальной и ± 1.8 мм для полярной компонент [Chavet et al., 2003].
Главный вклад в определение ориентации осей координат и в отслеживание долговременной стабильности этой ориентации сделан в результате наблюдений VLBI, поскольку в этом случае земные объекты связаны к внегалактическими квазизвездными источниками (квазарами). Вследствие удаленного положения последних их собственные движения крайне малы и, на взгляд земного наблюдателя, они наиболее близки к тому, что можно считать неподвижными объектами.
Наибольшее количество современных наблюдений скоростей как в глобальном, так и в региональных масштабах были получены с использованием системы GPS. Эта пропорция, скорее всего, также будет сохранена в ближайшем будущем. В связи с этим все оценки, приведенные в данной статье, ограничены данным GPS. Следует только отметить, что в отношении оценок поверхностных перемещений, при современном состоянии дел в наблюдательной геодезии, наблюдения VLBI и SLR обеспечивают несколько большую точность, чем GPS измерения.
Оценка точности измерения скоростей смещений станций GPS
Проблемы глобальной геодинамики обычно решаются измерениями на сети постоянных станций, где наблюдения проводятся постоянно и непрерывно на протяжении многих лет. На некоторых станциях измерения проводились с использованием двух или даже трех методов (VLBI, SLR и GPS) одновременно, таким образом, полученные результаты обладают меньшими систематическими ошибками, и, тем самым, увеличивалась надежность полученных результатов.
Ввиду того, что для проверки геолого-геофизических и геодинамических концепций используются наблюденные скорости перемещения постоянно действующих станций глобальных или региональных сетей, необходимо, прежде всего, определить точность этих измерений скорости. Международная геодинамическая служба (IGS) начала такую работу в 1994 г. с задачей определения точных координат спутников GPS. С тех пор точность измерения скоростей перемещения наблюдаемых пунктов измерения увеличилась, по
крайней мере, в 2-3 раза [Beutler et al., 1999]. Это должно быть учтено при анализе данных, полученных до 1994 г.
Надежная информация о достигнутых точностях определения годовых скоростей перемещений постоянных станций может быть получена из материалов, содержащихся в системе данных ITRF для Земли в целом и для ее европейской части. Сравнение данных для ITRF97 и ITRF2000 показало, что средняя ошибка сети ITRF для горизонтальных компонент смещений равна 0.7 и 1.5 мм/год для вертикальных компонент [Ferland,
2000]. Согласно анализу европейской сети постоянных станций, которая включает 30 пунктов, ошибка горизонтальной компоненты для наиболее стабильных станций составила 0.2 и <1 мм/год для других станций этой сети; точность вертикальной компоненты не была оценена [Nocquet et al.,
2001].
В большинстве региональных проектов наблюдения на станциях проводились в течение определенных промежутков времени (эпох), разделенных интервалами 2-4 года (т.е. согласно базовому режиму измерений). Один из самых больших региональных проектов, данные которого используются в этой статье, касается восточной части Средиземноморья, включая Кавказ. Проект продолжается уже более 15 лет [Прилепин и др., 1997; Прилепин, Шевченко, 2005; Шевченко и др., 1999; McClusky et al., 2000; Reilinger et al., 2006]. Как правило, измерения проводились непрерывно в течение 3-7 суток в каждой эпохе. Измерения такой продолжительности существенно уменьшают влияние главным образом кратковременно действующих факторов, оказывающих влияние на точность измерений, включая атмосферу и, особенно, ее влажность, ионосферу и многопутность распространения сигнала (фазовые искажения сигнала из-за влияния отраженных лучей).
Как правило, результаты измерения скоростей в региональных проектах представлялись в одной из следующих форм: (a) "абсолютные" скорости в системе ITRF; (б) скорости в системе координат, отнесенной к той плите, в пределах которой располагается исследуемый объект; и (в) скорости относительно некоторого исходного местного пункта, принимаемого за "неподвижный". В процессе интерпретации результатов геодезических измерений часто целесообразно использовать "разностные" векторы, полученные вычитанием так называемых референцных векторов из реально наблюдаемых векторов. Референцные векторы характеризуют движение тектонических плит как недеформируемых пластин. Чтобы определить референцные векторы по результатам измерений на постоянных пунктах GPS, расположенных на определенной тектонической плите, определяют-
ся Эйлеровы параметры вращения плиты (угловая скорость) и координаты полюса Эйлера. Ре-ференцный вектор для каждой станции проекта определялся, исходя из этих данных. Таким образом, дифференциальные векторы непосредственно характеризуют поле деформаций изученного региона [Прилепин, 2003].
Для того чтобы оценить точность определения годовых скоростей для геодезических пунктов сети, где измерения осуществлялись эпизодически, мы использовали данные по кавказской части проекта, включающей 22 пункта, на которых наблюдения осуществлялись в эпохах 1994, 1996, 1998, 2000 и 2002 гг. Обработка результатов позволила нам сделать следующее заключение. В сети в целом систематические ошибки определения годовых скоростей не превышают 0.2 мм/год. За время наблюдений (4—6 лет), ошибка определения векторов скорости характеризовалась величинами 1.0—1.2 мм/год. Это заключение может быть распространено на все региональные проекты в Средиземном
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.