Комплексные геофизические исследования в Монголии - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Комплексные геофизические исследования в Монголии - страница №1/1


Кочетков В.М., Зорин Ю.А., Джурик В.И. Комплексные геофизические исследования в Монголии // Геофизические исследования в Восточной Сибири на рубеже XXI века: Сб. науч. тр. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. - С. 13-17.
Комплексные геофизические исследования в Монголии

В.М. Кочетков, Ю.А. Зорин, В.И. Джурик Институт земной коры СО РАН

Созданная академиями наук СССР (России) и МНР (Монголии) Совместная российско-монгольская геофизическая экспедиция (СРМГЭ) провела десять полевых сезонов на территории Монголии. С момента ее создания основными направлениями исследований были определены:

- изучение глубинного строения земной коры и мантии;

- изучение сейсмичности, современной геодинамики и связанных с ними гидрогеологических явлений;

изучение инженерно-сейсмологических условий районов предполагаемого строительства объектов гражданского и промышленного назначения;

- изучение геофизических полей.

Эти направления составили главное содержание темы, по которой работает Экспедиция - "Изучение глубинной структуры литосферы, геофизических полей, современной геодинамики и сейсмичности Монголо-Сибирского региона".

Результаты работ СРМГЭ опубликованы в научных отчетах, многочисленных статьях, трех монографиях и сборнике трудов Экспедиции, которые подвели итоги исследований до 1995 года включительно (1).

Одна из монографий - "Землетрясения и основы сейсмического районирования Монголии" (2) целиком посвящена вопросам изучения сейсмичности территории Монголии, и главным ее результатом явились сводный каталог землетрясений и карта сейсмического районирования.

Монография - "Сейсмотектоника и сейсмичность Прихубсугулья" (3) написана коллективом авторов на базе материалов специальных исследований, проведенных Экспедицией в Прихубсугулье с целью оценки сейсмической ситуации района предполагаемого строительства Бурэнханского горно-обогатительного комбината (БГОКа).

Решив основную задачу - проведение сейсмического районирования Прихубсугулья и

прилегающих районов и сейсмомикрорайонирования площади БГОК'а, исследователи вышли за установленные рамки темы, смогли дать оценку основных закономерностей современного геодинамического процесса, определить мощность земной коры в регионе, изучить структуру молодых впадин, описать динамические параметры очагов землетрясений, возникающих при различном напряженно-деформированном состоянии земной коры.

В третьей монографии - "Ruptures of Major Earthguakes and Active Deformation in Mongolia and Its Surroundings", изданной в США, подведены итоги специальных исследований в зонах сильнейших землетрясений и сейсмогенерирующих разломов с целью оценки их основных параметров, скоростей и направленности современных движений, общих закономерностей геодинамического процесса.

Основные результаты десятилетних исследований Экспедиции по четырем главным направлениям кратко можно охарактеризовать следующим образом.

Глубинное строение земной коры и верхней мантии изучалось с использованием данных гравиметрии, поверхностных сейсмических волн, магнитотеллурического и магнитовариационного зондирования и геотермии. Задачами гравиметрических и сейсмологических исследований являлись: картирование толщины земной коры и толщины литосферы по всей площади Монголии и Юга Сибири, построение глубинных разрезов, выяснение структуры кайнозойских впадин Прихубсугулья, построение объемной модели верхней части земной коры Эрдэнэтского рудного района. Постановка комплекса геофизических исследований преследовала цели: формирование геолого-геофизической основы новой карты общего сейсмического районирования, расширение имеющихся представлений о строении земной коры в свете идей тектоники плит, определение перспектив отдельных районов на возможное обнаружение месторождений полезных ископаемых. Эти ис-


13

следования были дополнены специальными наблюдениями в зонах четырех Российско-Монгольских геотрансектов, секущих практически все основные геоструктурные зоны (см. статью Ю.А. Зорина и др. в этом сборнике).

На территории Монголии достаточно четко выделяются три региона, соответствующие областям интенсивного (Хангай и Монгольский Алтай), умеренного (Хэнтэй и его окрестности) и слабого (высокие равнины Восточной Монголии) горообразования. Под первым регионом средняя толщина земной коры составляет 50 км. При этом в центральных частях Хангая толщина коры может быть существенно больше (до 60 км). Под областью умеренного горообразования толщина земной коры оценена в 45 км, а под высокими равнинами Восточной Монголии - в 40-42 км. Под Котловиной Больших Озер и Долиной Озер, разделяющих Хангай, Монгольский Алтай и Гобийский Алтай, толщина коры составляет 43-44 км, в Заалтайской Гоби она варьирует от 43 до 46 км. Здесь уместно отметить, что наиболее тонкая кора в Центральной Азии отмечается под впадиной оз. Байкал, где ее толщина уменьшается до 34 км.

В крупном региональном плане можно отметить, что очаговые зоны сильных землетрясений тяготеют к областям перехода от участков утолщенной коры к участкам ее относительного утонения (окрестности Хангая, северный склон Гобийского Алтая, западный и восточный склоны Монгольского Алтая).

Интерпретация гравиметрических данных и материалов сейсмологических исследований позволила составить карту толщины литосферы для всего Монголо-Сибирского региона. Судя по этой карте, зона перехода от толстой (200 км} литосферы под Сибирской платформой к утоненной до толщины коры литосферы (40-50 км) Байкальской рифтовой зоны (включая Прихубсугулье) охватывает невысокие Присаянское, Верхнеленское и Байкало-Патомское краевые щитовидные поднятия. Утонение литосферы до 50-60 км характерно для всей горной страны, включающей Хангай, Монгольский Алтай и Гобийский Алтай. Под Котловиной Больших Озер толщина литосферы увеличивается до 100-110 км. Под Хэнтэй-Даурским поднятием литосфера утонена до 70 км (при толщине земной коры в 45 км). Под высокими равнинами Восточной Монголии толщина литосферы возрастает в направлении с юго-запада на северо-восток от 110 до 180 км. В Заалтайской Гоби толщина литосферы 120-130 км.

Таким образом, тонкая (не более 70 км) литосфера характерна практически для всей

Монголо-Сибирской горной страны. Именно здесь отмечаются наиболее интенсивные позднекайнозойские движения, приведшие к образованию рифтовых впадин и горных хребтов. Здесь же отмечается и повышенная сейсмическая активность.

С целью исследования термического состояния литосферы в 130 скважинах были получены значения теплового потока. Прямыми замерами с воды и льда с высокой точностью были проведены измерения теплового потока на озере Хубсугул.

В общем значения теплового потока характеризуются большим разбросом, что обусловлено как литологической неоднородностью верхней части земной коры, так и перераспределением потока в результате циркуляции подземных вод. Последний фактор, по-видимому, является определяющим в неоднородности поля теплового потока.

Средние значения теплового потока по крупным неотектоническим зонам Монголии (при 95% доверительном интервале) составляют в мВт/м2: для Монгольского Алтая - 54+24, для Хангая 52±6, для горного обрамления рифтовых впадин - 54 ±12, для озера Хубсугул - 80±10, для Хэнтэя - 65±10 и для высоких равнин Восточной Монголии - 44±6.

Для тех районов, термический режим которых близок к стационарному (Хэнтэй, Восточная Монголия), можно оценить температуру в коре (на разделе Мохоровичича) по значениям теплового потока. Так, под Хэнтэем температура, судя по расчетам, достигает 1000 °С, а под равнинами Восточной Монголии она около 600-700 °С. Тепловое поле областей интенсивного горообразования (в первую очередь, Хангая и Монгольского Алтая) скорее всего нестационарно.

Магнитотеллурические зондирования (МТЗ), поставленные в пределах различных структур и их комплексов от южной оконечности Хубсугула до Гобийского Алтая (практически вдоль Центрального трансекта) дали дополнительную информацию о строении земной коры и литосферы в целом.

Установлено, что практически повсеместно на исследованной территории в земной коре и мантии развиты два слоя повышенной электропроводности, которые весьма изменчивы как по глубинам залегания и своей толщине, так и по проводимости. Между ними располагается слой, характеризующийся высокими значениями электрического сопротивления. Кровля электропроводящего слоя в земной коре залегает на



14

глубинах от 2 до 30 км (редко до 50-60 км), проводимость его изменяется от 65 до 700 См. При этом наибольшая проводимость слоя отмечается на участках, где наиболее ярко проявлены современные тектонические движения и сейсмическая активность (Болнайская зона, Гобийский Алтай).

Электропроводимость слоя в мантии изменяется в пределах 200-1700 См, а глубина залегания его поверхности - от 55 до 100 км. При этом подъем поверхности слоя обычно сопровождается увеличением его электросопротивления и уменьшением толщины. Средняя мощность разделяющего слоя, составляет около 50 км, его кровля, как правило, лежит близко к разделу Мохоровичича.

В крупном региональном плане строение земной коры было изучено с использованием данных о дисперсии групповых скоростей поверхностных волн. Известно, что при поверхностная волна распространяясь проникает на глубину, которая сравнима с ее длиной, т.е. групповая скорость, с осредненными для такого слоя упругими параметрами среды, зависит от частоты.

Установлено, что верхняя часть земной коры (по крайней мере, до глубин около 20 км) характеризуется крупномасштабными горизонтальными неоднородностями. Области горообразования (особенно Хангай, Гобийский Алтай, Монгольский Алтай, южные районы Сибири) отличаются высокими {2.9-3.15 км/с) значениями скоростей.

Уменьшение скорости в Котловине Больших Озер, Долине Озер к югу и юго-востоку от Хангайского и Хэнтэйского поднятий свидетельствует скорее всего о возрастании здесь толщины осадочного чехла, хотя она вряд ли может превышать 1-2 км. В областях интенсивного горообразования осадочного слоя практически нет, кроме маломощных отложений в межгорных впадинах.

Планомерное изучение сейсмичности, сейсмогеологии и современной геодинамики было начато отдельными группами исследователей в 70-е годы, еще до создания СРМГЭ. Эти работы позволили создать первый сводный каталог землетрясений и составить карту сейсмического районирования территории Монголии, которая до сих пор служит нормативным документом при проектировании и строительстве объектов различного назначения.

К настоящему времени, когда встал вопрос об осуществлении сейсмического районирования всей Северной Евразии (включая Сибирь, Монголию и прилегающие районы

Китая) на новой методической основе, Экспедицией заново проанализированы сведения о землетрясениях региона, включающие в себя исторические (макросейсмические) данные и материалы инструментальных наблюдений сетей сейсмических станций Прибайкалья, Алтае-Саянской зоны, Монголии и Китая.

Результатом этих работ явился новый сводный каталог землетрясений, данные которого используются при построениях и расчетах, обосновывающих новую карту сейсмического районирования, составление которой должно быть закончено в 1996 г. Как промежуточные материалы уже составлены карты: эпицентров, землетрясений, сводных изосейст, сейсмической активности и зон вероятного возникновения очагов землетрясений.

Одновременно проводились и работы по изучению зон известных сильных землетрясений, определению или уточнению и корректировке определенных ранее параметров разрывных сейсмогенных нарушений и выяснению закономерностей сейсмогеологических связей.

Можно с уверенностью сказать, что западная (от 106° в.д.) часть Монголии и прилегающие к ней районы Китая были одной из наиболее сейсмоактивных внутриконтинетальных областей мира в этом столетии - здесь произошло четыре землетрясения с М >= 8. Преобладающим типом разрывообразования (при среднем смещении в несколько метров по разрывам протяженностью более 100 км) для каждого из них был сдвиг: левосторонний по плоскостям, ориентированным широтно при Болнайском и Цэцэрлэгском землетрясениях 1905г. и Гоби-Алтайском землетрясении 1957 г. и правосторонний по простирающемуся на NNW Фуюньскому разлому в 1931 г. Разрывы, связанные с этими землетрясениями (так же как и с большим числом других менее сильных толчков и с палеоземлетрясениями), позволяют предположить, что западная часть Монголии испытывает сдвиговые деформации. Высокие скорости четвертичных смещений по разломам (около 10 мм/год) объясняют повышенную сейсмическую активность региона (средняя повторяемость великих землетрясений в Болнайской, Гоби-Алтайской и Монголо-Алтайской зонах составляет около 1000 лет).

В целом регион подвержен сжатию в северо-восточном направлении, которое можно рассматривать как проявление конвергенции между Индостаном и Евразией.

Вместе с тем напряженно-деформированное состояние земной коры в регионе, несомненно, зависит и от второго фактора - наличия


15

горячей мантии под областями Байкала, Хубсугула и Хангая.

Деформации в Западной Монголии (в упрощенном виде) заключаются в том, что крупный блок, вмещающий Хангай, Долину озёр и Котловину Больших Озёр, прилегающий к Сибири, испытывает левостороннее смещение вдоль северной'и южной субпараллельных границ и с вращением против часовой стрелки ее западного ограничения (Монгольский Алтай). Восточная граница области перемещается на восток, что находит отражение в раскрытии рифтовых систем в Хубсугульской и Байкальской зонах.

В большинстве районов поверхностное разломообразование не имеет явных признаков связи с современным рельефом, что свидетельствует о молодости активных деформаций в регионе, которая, вероятно, началась после того как Индостан столкнулся с Евразией.

Инженерно-сейсмологические исследования были направлены на оценку степени сейсмической опасности конкретных площадей, предназначенных для освоения или уже застроенных (аймачные и сомонные центры). На территориях всех аймачных центров, находящихся в сейсмоактивных районах, осуществлено сейсмическое микрорайонирование комплексом сейсмологических, геофизических и расчетных методов. Комплексный подход к решению задачи позволил получить обширную информацию о сейсмических свойствах грунтов и дать прогноз их изменения в процессе застройки.

Методика сейсмического микрорайонирования применительно к условиям Монголии отрабатывается на Могодском геодинамическом полигоне, где имеется наиболее полный набор грунтов, находящихся в различном состоянии (скальные, рыхлые, талые, мерзлые, нарушенные при сильном землетрясении и т.д.).

Здесь по сети профилей, секущих эпицентральную зону и основные сейсмодислокации, возникшие при землетрясении 1967 г., проведены детальные измерения скоростей сейсмических волн с помощью колиброванных вибрационных источников и построены геоэлектрические разрезы по данным ВЭЗ. Нужно отметить, что особенностью сейсмического эффекта в эпицентральной зоне сильного землетрясения следует считать нетипичную реакцию нарушенных скальных грунтов. Это проявляется в резонансном характере распределения спектральной плотности колебаний (в диапазоне относительно низких частот). Резонансные максимумы колебаний скальных пород на частотах около 10

Гц определяются повышенной трещиноватостью верхней части разреза.

Важное значение для сейсмического микрорайонирования имеют расчетные методы, в которых пока не учитываются нелинейные эффекты, но при надлежащем подборе схемы расчета, параметров модели и исходного сигнала можно получать сейсмические характеристики для любых груновых условий. Можно утверждать, что расчетные значения сейсмических характеристик и полученные по записям землетрясений на разных грунтах довольно хорошо совпадают.

При учете нелинейных сейсмических эффектов сильного землетрясения при сейсмическом микрорайонировании необходимо иметь в виду появление необратимых деформаций в грунтах и изменение их сейсмических свойств особенно вблизи дневной поверхности.

На протяжении ряда лет (еще до создания СРМГЭ) на территории Монголии ведутся систематические гидрогеологические исследования, которые в плане работ Экспедиции ориентированы на установление возможных связей реакции подземной гидросферы на сейсмичность. С этой целью создана сеть наблюдательных пунктов на источниках (скважинах) подземных вод, где ведутся периодические измерения параметров дебита, состава, температуры вод и т.д.).

Специально изучается характер проявления водорастворимого гелия, особенно в зонах активных разломов, в стадии завершения находится карта гелиеносности территории Монголии.

Физические поля изучались в рамках четвертого направления. Экспедиция сконцентрировала свои усилия на изучении постоянной и переменной составляющих естественного магнитного поля Земли и природы вариаций электромагнитного поля.

Постоянное магнитное поле изучалось как для выяснения его основных особенностей на территории Монголии, так и для составления карт нормального поля с целью их практического использования при выделении магнитных аномалий. Поскольку нормальное поле изменяется во времени, была создана сеть наблюдательных пунктов для изучения векового хода и приведения значений поля к определенным эпохам (путем сопоставления значений, полученных на центральной обсерватории "Улан-Батор" и на пунктах векового хода).

Центральная обсерватория "Улан-Батор" была существенно модернизирована. Геомагнитные стандарты обсерватории были сверены и


16

скорректированы с таковыми для обсерватории "Санкт-Петербург", что позволило обеспечить достаточно высокое метрологическое качество магнитных измерений в Монголии.

Исследования переменной составляющей геомагнитного поля сводились к изучению его вариаций, которые могут быть связаны с геодинамическими процессами, в первую очередь с сейсмичностью.

Путем анализа данных абсолютных наземных векторных измерений начиная с 1942 г. построена аналитическая векторная модель нормального поля для территории Монголии на эпохи 1985 и 1990 гг. В настоящее время аналогичная модель строится на эпоху 1995 г. Путем изучения и оконтуривания участков с аномальным магнитным склонением была пост

роена карта магнитного склонения, переданная для практического использования в аэронавигации и при проведении топографических работ.



Список литературы

1. Глубинное строение и геодинамика Монголо-Сибирского региона. -Новосибирск:

Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1995. 2. Землетрясения и основы сейсмического районирования Монголии. -М.: Наука, 1985. 3. Сейсмотектоника и сейсмичность Прихубсугулья. -Новосибирск: Наука, 1993. 4. Ruptures of Major Earthquakes and Active Deformation in Mongolia and Its Surroundings. Geol. Soc. Amer., Memor. № 181, 1994.


17