ГЕОДЕФОРМАЦИИ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕСЯ АКТИВИЗАЦИЕЙ ТРАНСФОРМНОГО РАЗЛОМА МЕРТВОГО МОРЯ

Предполагается, что геодинамика ближневосточного региона может быть использована в качестве индикатора процессов формирования изменчивости геодинамических движений в Европе.

Данные прямых измерений направления и скорости движения тектонических плит методами космической геодезии, анализ векторов движений в западной Европе, северо-западной и южной Африке свидетельствуют о том, что западная часть Европейского и Африканского континентов испытывают однонаправленные бездивергентные движения в северо-восточном направлении рис.

Пункты наблюдений, расположенные восточнее 60° в. д., за Уральскими горами испытывают горизонтальные движения, направленные на восток. Причины различных векторов движения пунктов наблюдений, расположенных на Евразийской плите западнее и восточнее Уральских гор, изучены недостаточно.

По данным руководителя отдела космической геодезии Института астрономии РАН С. К. Татевян, создана модель движения крупных тектонических блоков и континентов. [Татевян С. К. 1999]. Используя данные мировой сети пунктов, установлены векторы движения основных блоков Евро-Азиатского континента. Европейская часть смещается главным образом в северо-восточном направлении со скоростью несколько миллиметров в год. Восточная часть континента все менее смещается на север и приблизительно на долготе Новосибирска поворачивает на юг. Движение же крайних точек Евразии — Магадана и Петропавловска-Камчатского — имеет явно выраженное юго-западное направление. Высказывается мнение о том, что Евро-Азиатский континент не монолитен и состоит из небольших плит, окружающих Северо-Евразийскую плиту.

К сожалению, инструментальных данных наблюдений за горизонтальными движениями тектонических плит в восточном Средиземноморье и на Аравийском полуострове недостаточно для оценки характера дивергентных движений в пределах цельной Евразийской тектонической плиты.

Публикуются сведения о том, что по обе стороны от разломной

зоны Мертвого моря Африканская плита смещается на юг, а Аравийская плита на север. Российские коллеги [Gladkov A., 2003] провели исследования сейсмических проявлений в рифтовой зоне Мертвого моря в период с 1983 по 2002 год. Район исследований был ограничен 32°-38°с.ш. и 27°-36° в. д. и центральной частью рифтовой зоны Мертвого моря 34°30’-36°10’ с.ш. 30°15’-33°30’в. д. Весь период наблюдений был разбит на временные промежутки 1983-1987, 1988-1992, 1993-1997, 1998-2002. Авторы показали, что после 1992 года в 19931997 годах произошло увеличение общего числа толчков практически в 5 раз. По нашему мнению подтверждает это описанную нами 20-летнюю тенденцию активизации меридиональных структур планетарного масштаба.

В работе [Gladkov A., 2003] приведены карты эпицентров землетрясений в районе Мертвого моря. По мнению российских коллег 1993-1997 годах сейсмические проявления охватывали исключительно локальную область непосредственно в районе Мертвого моря. В другие периоды сейсмические проявления были характерны для всей зоны.

Нами сделана попытка выявить аномалии сейсмичности в ближневосточном регионе, трассирующие выделенные этапы и периоды трансформации геодинамических процессов.

Как уже говорилось, в юго-восточном Средиземноморье в 19931997 годах количество толчков выросло в 5,28 раз, в то время как в районе Мертвого моря количество толчков уменьшилось в 1,1 раза. Нами установлено, что начиная с августа 1993 года на фоне уменьшения сейсмической активности в рифтовой зоне Мертвого моря произошло резкое увеличение количества землетрясений в районе сочленения Африканской и Аравийской плит, рис 2.3.1. На этом рисунке рассматриваемый феномен проявляется первым пиком. Обобщая имеющиеся данные, опубликованные нами в различных источниках, считаем возможным предположить, что это и есть индикатор начала двадцатилетнего цикла активизации Уральско-Африканской дислокации.

Следующий всплеск активности зоны Мертвого моря наблюдался с конца 1995 года. В дальнейшем на стыке Африканской и Аравийской плит в районе Мертвого моря деформации проявлялись резким увеличением количества землетрясений в 1995 -1997 годах — рис. 2.3.2.

20

1985

1990

1995

B P

2000

Рис. 2.3.1. Изменение во времени интенсивности проявлений сейсмичности на стыке Африканской и Аравийской плит (среднесуточное осреднение) и количества землетрясений в зоне Мертвого моря (осреднение за год)

Рис. 2.3.2. Изменение во времени интенсивности проявлений сейсмичности на стыке Африканской и Аравийской плит (осреднение за полгода)

По данным исследований Российских специалистов [Gladkov A.], в юго-восточном средиземноморье в 1998-2002 годах количество толчков вернулось к наиболее вероятному значению, снизившись соответственно в 4,7 раз, в то время как в районе Мертвого моря количество толчков осталось таким же низким, как и в первом этапе.

Начиная с декабря 2003 — января 2004 года исследования геодинамических проявлений в районе Мертвого моря выполнялись нами в комплексе с геодинамическими проявлениями в районе Уральского

орогена, проявлениями пластических геодеформаций, фактами обрушения инженерных сооружений.

По нашему мнению, активизация деформаций в рифтовой зоне Мертвого моря в 2004 году может объяснить необычные горизонтальные движения, отражающиеся в аварийности газопроводов в местах выхода из земли.

На рисунке 2.3.3 показана динамика во времени необычных деформаций по данным сейсмических проявлений в районе Мертвого моря и по данным об авариях одесских газопроводов геодинамического генезиса.

2003              2004

Рис. 2.3.3. Изменение во времени среднегодового количества аварий газопроводов в местах их выхода из земли (а) и среднегодового количества землетрясений в пределах зоны трансформного разлома Мертвого моря (б)

На рисунке видно, что с 2003 года количество землетрясений в зоне Мертвого моря резко выросло. Важно отметить, что одновременно активизировались сейсмические процессы в районе Уральского орогена. Эти процессы связаны с деформациями, аналогов которым мы не наблюдали ранее.

Начиная с января 2004 года нами зафиксировано увеличение числа аварий в местах выхода газопроводов из земли. Время проявления таких деформаций стало совпадать с разрушениями суперсовременных архитектурных сооружений со сроком эксплуатации не более двух лет, построенных по современным технологиям с использованием массивных инженерных конструкций на опорах. Такие сооружения в условиях возникновения быстрых горизонтальных смещений основания конструкции должны подвергаться аномальным по силе напряжениям.

Этот же тип геодеформаций вызывает и аварии газопроводов в местах выхода из земли.

Установлено, что даты активизации геодинамических процессов в зоне Мертвого моря совпадали с крупнейшими катастрофами, среди которых обрушение кровли аквапарка “Трансвааль” 14 февраля 2004 года (Москва, Россия, рис. 2.3.4) и обрушение секции терминала Е-2 Парижского аэропорта Руасси Шарль де Голль — рис. 2.3.5, 2.3.6.

Рис. 2.3.4. Фото обрушения здания бассейна “Трансвааль” в Москве 14.02.2004 г.

Сложные инженерные сооружения на опорах с современным дизайном кровли в последние годы являются исключительно “модными” и привлекательными для проектирования и строительства.

Московский аквапарк “Трансвааль” был сдан в эксплуатацию в июне 2003 года.

Рис. 2.3.5. Изменение во времени суточного количества землетрясений в районе Мертвого моря во время катастрофы аквапарка “Трансвааль” (дата катастрофы показана кружком)

Рис. 2.3.6. Изменение во времени суточного количества землетрясений в рифтовой зоне Мертвого моря во время катастрофы терминала Е-2 Парижского аэропорта Руасси Шарль де Голль (дата катастрофы показана кружком)

По нашему мнению, при исследовании причин обрушения кровли аквапарка “Трансвааль” нужно принять к анализу и другую катастрофу, произошедшую в Москве 28.02.2004, когда обрушилась крыша автостоянки, расположенной у магазина “Метро”. Обрушение крыши на парковке по адресу Дмитровское шоссе, дом 165а, произошло в 10:50. Условия обрушения усугубились большой массой снега, скопившегося

на крыше. Ответственность за обрушение была возложена на немецкую компанию “Унгер”, которая строила эту крышу.

Важно заметить, что в обоих случаях разрушились инженерные сооружения на опорах с размещением над землей массивного сооружения, в обоих случаях отягощенного снежным покровом. Можно предположить, что конструкции с распределением массивных (обладающих значительной инерцией) конструкций над земной поверхностью, подвержены опасности обрушения при возникновении ускорений горизонтальных движений поверхности Земли. Учитывая цикличный характер геодеформационного процесса с двухнедельной периодичностями [Учитель И.

Рис. 2.3.7. Фото обрушения в Москве 28.02.2004 г.

Важно отметить, что 17-20 февраля после обрушения аквапарка “Трансвааль” фиксировалась повторная активизация движений по трансформному разлому Мертвого моря. Повторная активизация за-

I              ^              и                                          и              и

фиксирована через 7 дней после той, с которой мы связываем обрушение аквапарка.

По этим фактам собраны и проанализированы материалы по сейсмическим и геодеформационным процессам, в том числе с исполь

зованием инструментальных измерений деформаций, мониторинга деформаций косвенными методами и с использованием спутниковых наблюдений.

Установлено, что купол аквапарка “Трансвааль” обрушился вечером 14 февраля. 28 человек погибли и более 100 получили ранения. О тектоническом строении Москвы известно, что российская столица стоит на Русской платформе. Ранее эта территория считалась асейсмичной, однако в последние годы в пределах платформы фиксируются мик- росейсмические проявления. Самый сильный толчок зафиксирован 31 марта 2000 года в 150 километрах от Воронежа.

Установлено, что Москва стоит на региональном тектоническом узле. Он четко проявляется в различных геофизических полях (магнитном, гравитационном), в рельефе и геологическом строении.

По данным центра ГЕОН, под Москвой проходит древнейший тектонический разлом, северный борт которого проходит через Лефортово, Кремлевскую набережную. Южный борт разлома прослеживается от района Марьино до Теплого Стана, где и был построен аквапарк. Этот разлом тянется с Урала, и его края в районе Москвы расходятся на 8 миллиметров в год, причем северный край постепенно становится выше, а южный — ниже. Указанные блоки залегают на разных глубинах. Под Кремлем перепад глубин составляет 600 метров, а например, в районе Овчинниковской набережной — 800 метров. По гравитационным показателям эта геологическая структура имеет только один аналог в Европе— Кавказские горы. Уровень гравитационной аномалии в Москве достигает 56 миллигал.

Согласованность описанного разлома со структурными элементами Уральского орогена удачно подтверждают наши выводы о связи геодинамических движений в Москве с активизациями Уральско-Африканской дислокации.

Сам аквапарк был построен на Теплостанской возвышенности. Установлено, что Теплостанская возвышенность поднимается примерно со скоростью 1 мм в год, остальная часть, отделенная от этой возвышенности разломом, совпадающим с современным руслом Москвы-реки — опускается с такой же скоростью. Это типичные смежные блоковые структуры, характеризующиеся разнонаправленными смещениями. Ранее указывалось, что вздымающиеся блоки земной коры более подвержены воздействию пластических геодеформаций по сравнению с опускающимися блоковыми структурами. [Учитель И. Л. и др., 2001]

Установлено, что на фоне этих вековых движений центр города опустился примерно на 50 мм за последние 15-20 лет.

Изучение геологического субстрата Москвы, хотя и фрагментарно, ведется достаточно активно. Так, центром “Геориск” Российской академии естественных наук была проведена экспертная оценка роли экзогенных геологических (инженерно-геологических) процессов в образовании актуального и потенциального ущерба. В результате оказалось, что именно инженерно-геологические факторы играют существенную роль при определении эксплуатационной надежности зданий и сооружений. На долю конструкционных и производственных отказов оснований и фундаментов по вине проектировщиков и строителей приходится только 33% всех случаев. Отрицательные воздействия, к которым следует относить как сейсмические, природные и техногенные факторы, так и негативные проявления экзогенных геологических процессов, являются причиной почти четвертой части всех отказов оснований и фундаментов зданий и сооружений.

По факту обрушения аквапарка известно многое. Существует видеопленка, на которой снят момент обрушения одной из опор Московского аквапарка. На пленке видно облако пыли в месте разрушающейся колонны.

Многие очевидцы утверждают, что перед тем как обрушилась кровля, в аквапарке “поехала” стена.

Комиссией установлено, что при проектировании этого пространственного сооружения, по мнению специалистов, не была учтена возможность радиальных и сдвиговых деформаций, которые могли повлечь за собой подвижку одной из опорных колонн и вывести ее из фиксирующего зацепления.

Авторы монографии ознакомили руководство проектировщиков (Архитектурная мастерская и компания “Киселев и партнеры”), представителей турецкой компании (производитель работ) с результатами наблюдений быстрых реверсных геодеформаций 14 февраля 2004 г.

После консультаций, которые прошли в Москве 15-17 марта 2004 года между авторами монографии и представителями комиссии Госстроя РФ (д. т. н., проф. Никонов Н. H.), 18 марта 2004 года мэр Москвы Юрий Лужков потребовал от архитекторов и строителей при выборе места для возведения высотных зданий проводить серьезное изучение разломов земной коры (в связи с катастрофическими подвижками грунта в Москве). Так, 22 марта было принято решение о разработке высокоточной структурно-тектонической карты глубинного строения земной коры Москвы. Стоимость исследований — 108 миллионов рублей (примерно $ 4 млн).

Вернемся к изучению геодеформаций во время обрушения аквапар

ка. Установлено, что активные процессы в зоне трансформного разлома Мертвого моря начались за три дня до обрушения кровли в Москве — рис. 2.3.5. Активность горизонтальных движений в этой зоне имела два пика с интервалом 7 суток. В этот период мы фиксировали тектонические процессы, характеризующиеся сменой сжатия растяжением с тем же периодом. Процессы сжатия совпали с активизацией сейсмичности в зоне Мертвого моря. Причиной интенсивных движений по трансформному разлому Мертвого моря, по нашему мнению, можно считать плитовые движения — активизацию спрединга на севере Индийского океана, проявившегося землетрясением 13.02.04 в 00 ч 41 мин UTC. В этом случае тектонические процессы в районе Мертвого моря должны были соответствовать типу движений в зонах трансформных разломов. Фокальный механизм необычно сильного землетрясения в зоне Мертвого моря 11.02.04, показан на рис. 2.3.8.

alt="" />

Рис. 2.3.8. Фокальный механизм землетрясения в Мертвом море 11.02.2004 г.

8 ч 15 мин М'№=5,3 с автершоками 11-13 февраля (эпицентр землетрясения показан звездочкой)

По нашему мнению, толчки, зарегистрированные в районе Уральских гор 17, 18, 23 февраля (табл. 2.3.1), могут быть подтверждением процессов разнонаправленных движений плит в зоне трансформного разлома Мертвого моря.

Пластические геодеформации, которые привели к обрушению кровли аквапарка “Трансвааль”, проявились в виде разрывных геодеформаций

через 12 часов 300% ростом сейсмических проявлений в Европе. 15 февраля суточное число толчков выросло в три раза — табл. 2.3.2, 2.3.3

Таблица 2.3.1

Данные о землетрясениях в районе Мертвого моря и Уральского орогена

31.12.2003-23.02.2004

Таблица 2.3.2

Каталог европейских землетрясений 14 февраля 2004 г.

Таблица 2.3.3

Каталог Европейских землетрясений 15 февраля 2004 г.

Нами проанализированы данные измерения характера смещений геодезических реперов, выполнен анализ геодинамической и сейсмической обстановки в момент обрушения. Собраны данные спутникового мониторинга, отражающего динамику гравитационного поля Земли, отражающего направление и скорость движения гравитационных волн в момент обрушения кровли аквапарка.

Укажем, что, по материалам нашей экспертизы причин обрушения аквапарка, принятой комиссией правительства Москвы, нами был введен не совсем корректный термин “геодезический риск”, неоднократно озвученный в выступлениях Юрия Лужкова, посвященных вопросам пересмотра условий застройки некоторых районов г. Москвы.

На рисунке 2.3.9 показаны циклические проявления пластических геодеформаций (по данным об авариях газопроводов в Одессе). Дата обрушения аквапарка показана стрелкой.

Рис. 2.3.9. Изменение во времени суточного количества аварий газопроводов в Одессе и их недельная периодическая составляющая

На другом рисунке 2.3.10 показаны изменения во времени суточного количества землетрясений в Европе. Дата обрушения аквапарка показана стрелкой. Характер сейсмических проявлений в момент обрушения отражал описанное нами явление снижения вероятности разрывных деформаций в периоды активного проявления пластических геодеформаций.

В соответствии с циклическими закономерностями недельного периода, 13-14 февраля 2004 года, во время пластических геодеформаций, разрушивших “Трансвааль”, вместо них следовало ожидать активизацию сейсмических проявлений, однако фактически рост сейсмичности затормозился и проявился только после обрушения бассейна — 15 февраля — рис. 2.3.10.

На следующем рисунке 2.3.11 показаны недельные циклы пластических и разрывных геодеформаций. Можно видеть, что в феврале 2004 года фиксировались циклические геодеформации сжатия-растяжения с недельным циклом.

Для выяснения причины формирования этих процессов была изучена циклическая составляющая землетрясений в районе спрединга в Атлантическом океане и микросейсмичности в Европе. Установлено, что причиной периодического сжатия были процессы в зоне Атлантического спрединга 2.3.12.

Это важный элемент исследования, так как спрединг в Атлантике может формировать движения по трансформным разломам, в том числе по разлому Мертвого моря.

Янб              Фев

2004              2004

Рис. 2.3.10. Изменение во времени суточного количества землетрясений в Европе и их недельная периодическая составляющая

Янб              Фев

2004              2004

Рис. 2.3.11. Изменение во времени амплитуды недельной периодичности суточного количества землетрясений в Европе и аварий газопроводов

в Одессе (серый)

Наиболее показательными являются материалы наблюдений за геодеформациями в Одессе. На рисунке 2.3.13 показано, что в день обрушения аквапарка в Москве, в Одессе зафиксировано вздымание поверхности Земли на 24 см и возвращение за двое суток к обычному положению. Методика измерения вертикальных движений уровнемерных постов, расположенных на смежных блоках с базой 2 км, описана в диссертационной работе В. Н. Ярошенко и в монографии [Учитель И. Л. и др., 2001]. В предыдущем разделе такие геодвижения идентифицировались нами как геодеформационные волны.

Ян б              Фев

2004              2004

Рис. 2.3.12. Периодичности проявления спрединга и землетрясений

IO              14              20

2004 февраль

Рис. 2.3.13. Изменение положения геодезического репера относительно уровня моря в феврале 2004 г.

Используя методическое решение [Учитель И. Л. и др., 2005] по наблюдению за изменениями гравитационного поля Земли с использованием ИК радиометрии нами изучены масштабы, направление и скорости распространения гравитационных волн во время обрушения аквапарка. Анализировались вертикальные смещения поверхности земли в Одессе.

На рисунках 2.3.14, 2.3.15 показаны исходные снимки, выполненные ИК радиометром.

Рис. 2.3.15. ИК изображение Европы 14.02.2004 г. 15.00 UTC

Показаны результаты интерпретации серии снимков, выполненных геостационарным спутником с дискретностью 30 минут (рис. 2.3.16). Установлено, что в районе Черного моря фиксировалось радиальное движение гравитационной волны (положительная аномалия силы тяжести), что соответствует процессам вздымания поверхности. Центр радиального вращения находился в районе Москвы. В районе восточной Европы фиксировалась квазистационарная линейная положительная аномалия силы тяжести. Перелом линейной аномалии фиксируется также в районе Москвы. Установлено, что в момент обрушения аквапарка фиксировались высокоамплитудные волновые геодеформации континентального масштаба.

Рассмотрим второй случай катастрофического обрушения инженерного сооружения на опорах — рис. 2.3.17. Связь этого обрушения с движением по трансформному разлому Мертвого моря подтверждена данными, показанными на рис. 2.3.6.

В Парижском аэропорту новый терминал Е-2 по своим техническим решениям считался гордостью Франции. Он простоял менее года, обрушившись 23 мая 2004 года в 06:57 по местному времени. Терминал Е-2 — новое сооружение быстро расширяющегося аэропорта под

Парижем. Он обслуживал в основном американское направление. Его годовая пропускная способность — 10 миллионов пассажиров. Строительство терминала обошлось в 750 миллионов Евро. Его футуристические конструкции, созданные по проекту французского архитектора, являлись “визитной карточкой” самого крупного аэропорта Франции. Именно терминал Е-2 был предназначен для приема аэробусов нового поколения А-380. Еенеральный директор аэропорта Рене Брун признался журналистам: по престижу Франции нанесен тяжелый удар. В настоящее время терминал Е-2 демонтирован.

Как и при катастрофе в аквапарке “Трансвааль”, примерно за 25 минут до обрушения из одной из конструкций произошел выброс облака бетонной пыли. После этого многотонная конструкция крыши терминала Е-2 из стекла и железобетона рухнула на пешеходный переход, по которому пассажиры обычно следуют из самолетов в здание аэровокзала. Она буквально разрубила конструкцию перехода, вырвав из нее участок 50 на 30 метров. При обрушении погибли 4 человека и еще трое получили ранения.

Рис. 2.3.17. Фото обрушения секции терминала Е-2 Парижского аэропорта Руасси Шарль де Голль 26 мая 2004 г.

Между обрушением кровли аквапарка “Трансвааль” и обрушением крыши терминала Е-2 Парижского аэропорта нами обнаружены об

щие тенденции как по характеру обрушения, так и по предшествующим геодинамическим проявлениям.

Необходимо отметить, что на протяжении последних лет данные оперативного мониторинга сейсмической и геодинамической обстановки на Европейском континенте показывают бурную активизацию деформаций земной поверхности, формирующих нетипичные для последних десяти лет активизации быстрых реверсных горизонтальных геодинамических движений [Учитель И. Л. и др., 2006].

Важно отметить, что обрушения в Москве и во Франции — не эксклюзивны. В даты обрушений деформационные проявления были типичны для территории всей Европы, хотя и с меньшей амплитудой. Например, на ведомственном полигоне ОАО “Одессагаз” регистрировались горизонтальные деформации (фиксируемые по разгерметизациям в местах выхода газопровода из земли).

На рисунке 2.3.18 показаны изменения во времени суточного количества мантийных землетрясений в момент катастрофы. Известно, что гиперглубокофокусная сейсмичность отражает специфические процессы, способствующие возникновению и распространению пластических деформаций, в том числе в виде деформационных волн.

              1              1              1              1              1              1              1              1              1              1              1              1              1              1—г                             :             

6                             :                             :             

2                             :

О t              1              1              1              1              !              1

^np              ЮМай              20Май

2004

Рис. 2.3.18. Изменения во времени суточного количества мантийных

землетрясений с глубиной более 150 км (линия) и более 500 км (серый).

Дата катастрофы показана черным цветом

На рисунке 2.3.19 показано, что именно во время активизации ги- перглубокофокусной сейсмичности (период исключительно благо

приятный для формирования пластических деформаций) имело место обрушение сложной подвесной конструкции, спроектированной без учета воздействия быстрых горизонтальных движений земной коры. Важно отметить, что обрушения происходят не во время землетрясений, а в период между землетрясениями, когда наиболее выражены пластические геодеформации.

Рис. 2.3.19. Изменения во времени среднесуточного количества аварий газопроводов (линия) и аварий “на выходе из земли” — (серый).

Дата катастрофы показана черным цветом

ЮМай

20Май

2004

ЗОМ-ай

По нашим данным, в условиях таких геодеформаций обычно формируются аварии на газовых сетях. Известно, что интенсивные горизонтальные движения формируют аварии в местах выхода газопроводов из земли. На рис. 2.3.19 показаны изменения во времени суточного количества аварий газопроводов и аварий “на выходе из земли”. Как видно, период активизации горизонтальных геодинамических движений, фиксируемый на Одесском геодинамическом полигоне, согласуется с датой обрушения крыши терминала Е-2.

Рассмотрим и другой случай. Наблюдения за смещениями по зоне трансформного разлома Мертвого моря в период с февраля по март 2004 года позволили установить 15-18 марта активизацию Уральско- Африканской дислокации, фактически ровно через месяц после разрушения акварарка (таблица 2.3.4).

Известно, что 16 марта в Архангельске в результате разрыва газопровода низкого давления взрывом был разрушен жилой дом. Взрыв зафиксирован в 03:03 МСК в крайнем подъезде панельного девя

тиэтажного жилого дома. Взрыв разрушил подъезд до основания, в соседних пяти подъездах дома образовались трещины, выбиты стекла. Под завалами рухнувшего дома находились более 80 человек — рис. 2.3.20.

Таблица 2.3.4

Каталог землетрясений с эпицентрами в районе Мертвого моря и Уральского орогена в период с 15 по 18 марта 2004 г.

Бесспорным подтверждением интенсивных геодеформаций на севере Европы служат данные о сейсмических проявлениях, зафиксированных здесь 15-19 марта 2004 г. (таблица 2.3.5) В рассматриваемый период в этом обычно асейсмичном районе было зафиксировано около 20 землетрясений средней силы. Как и в предыдущих случаях, причиной зафиксированных геодеформаций был процесс раздвижения плит в Атлантике.

Рис. 2.3.20. Фото взрыва дома в Архангельске

В заключение следует отметить, что ранее неизвестные интенсивные деформации, обусловленные особенностями плитовой тектоники в Ближневосточном регионе, диктуют необходимость проектирования и строительства сложных подвесных архитектурных сооружений на опорах с учетом высокой вероятности возникновения нетипичных ранее тангенциальных напряжений. Необходимо повысить качество эксплуатации и обслуживания подобных инженерных конструкций (с размещением больших масс на системах опор). С другой стороны, текущая геодина- мическая обстановка повышает актуальность геодинамического мониторинга территорий при решении задач повышения эффективности работ, связанных с предотвращением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций.

Таблица 2.3.5

Каталог землетрясений с эпицентрами в Европе в период с 15 по 19 марта 2004 г.

Рассмотрим деформационные проявления быстрых движений по трансформному разлому Мертвого моря, зафиксированных в даты осеннего равноденствия 2006 г., совпавших с Лунным и Солнечным затмениями 7 и 22 сентября 2006 г. В качестве индикаторов быстрых смещений в данном случае будем рассматривать выбросы метана на шахтах, происходящие при подвижках пород. Взрывы зафиксированы в пределах Уральского орогена и на долготе трансформого разлома Мертвого моря на Донбассе.

Итак: 5 сентября 2006 на шахте “Комсомолец” государственного предприятия “Артемуголь” (Донбасс) произошел выброс метана. 7 сентября 2006 г. на центральной шахте ООО “Дарасунский рудник” в Тунгокоченском районе произошел выброс метана. На рис. 2.3.21 показаны эпицентры землетрясений на Урале и в районе Мертвого моря в этот период.

Приведенные данные показывают, что тектонические движения вдоль Уральско-Африканской дислокации, отождествляемые нами с землетрясениями в районе трансформного разлома Мертвого моря и Уральского орогена согласуются во времени с выбросами газа в под- земнеые выработки в указанных районах.

Так, даты землетрясений в районе Мертвого моря и Уральского орогена в период интенсивных приливных деформаций (7 и 22 сентября) в условиях осеннего равноденствия 2006 г. согласуются с выбросами метана в подземное пространство шахтных выработок 7 сентября 2006 г.

Мертвое Море: — толчки 9 и 11 сентября 2006 г.

Уральский ороген: — толчки 13 сентября 2006 г.

Повторная активизация сейсмичности связанная с геодеформациями планетарного масштаба 21-22 сентября 2006 г. также сопровождалась сейсмическими проявлениями (рис. 2.3.22).

Рис. 2.3.21. Карта эпицентров землетрясений во время интенсивных приливных геодеформаций в дату затмения г.

Рис. 2.3.22. Карта эпицентров землетрясений во время интенсивных приливных геодеформаций в дату затмения г.

Мертвое Море: — толчки 17 и 21 сентября 2006 г.

Уральский ороген: — толчки 17 сентября 2006 г.

20 сентября, как и 7 сентября 2006 в указанных районах произошли геодеформации и выбросы газа в подземные выработки.

Так 20 сентября около 6 час МСК шахте имени Засядько в Донецкой области внезапно произошёл выброс угольной газовой смеси. Причиной гибели и травм горняков стал выброс метана (9 человек погибло).

20 сентября 2006 около 7 часов МСК на шахте имени Ленина в Карагандинской области Казахстана произошел взрыв метана. 32 горняка погибли.

20 сентября 2006 в 23:30 на шахте “Добропольская” в Донецкой области погибли 3 горняка. Причина гибели - отравления газовой смесью.

В этот период были изучены траектория смещения оси вращения Земли относительно земной коры — рис. 2.3.23 (стрелками показаны даты затмений). Также изучены изменения угловой скорости вращения Земли — рис. 2.3.24.

Установлено, что во время осеннего равноденствия — дату изменения знака ускорения угловой скорости вращения Земли (с замедления на увеличение скорости) в периоды торможения вращения Земли, согласованные с затмениями, зафиксированы мощные геодеформации по трансформному разлому Мертвого моря и вдоль Уральского орогена. Разрывные геодеформации, трассированные землетрясениями, были согласованы во времени с эффектами “сдвижения” горных пород, которые обычно сопровождаются выбросами метана в подземных выработках.

Приведенный пример отражает трансформацию геодеформационных проявлений от глобального масштаба (ротационные эффекты), через региональный масштаб (активизация Уральско-Африканского орогена), к локальному масштабу — сдвижению горных пород к конкретным подземным горным выработкам Урала и Донбасса.

Рис. 2.3.23. Траектория смещения оси вращения Земли относительно земной коры

Рис. 2.3.24. Изменение во времени длительности суток (мс) в августе-сентябре 2006 г. (стрелками показаны даты затмений)

3. ДВИЖЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПЛИТ И БЫСТРЫЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ (ГЕОДЕФОРМАЦИИ, СВЯЗАННЫЕ С ПРОЯВЛЕНИЯМИ СПРЕДИНГА)

Современное состояние проблемы плитовой тектоники вкратце можно охарактеризовать следующим образом. По не совсем понятным причинам в зонах срединно-океанических хребтов происходят мелкофокусные землетрясения, которые трассируют медленный процесс раздвигания тектонических плит в зонах спрединга. Механизмы движения плит неизвестны. Предполагается, что может существовать сила отталкивания от хребта в зонах спрединга при инъекции нового материала; предполагается также и существование силы волочения плиты в зоне субдукции, где относительно плотный, погружающийся вниз блок увлекает за собой находящуюся позади плиту. Считается также возможным существование конвективных течений под литосферой, увлекающих за собой плиты. Все изложенные механизмы являются гипотезами.

Впервые тезисы о том, что спрединг тектонических плит формирует быстрые внутриплитовые движения земной коры были сформулированы в результате комплексного изучения условий возникновения катастрофического Турецкого землетрясения 17 августа 1999 года [Учитель И. Л. и др., 2001]. Было установлено, что этому землетрясению предшествовали циклические процессы активизации спрединга в Атлантическом океане с двухнедельным периодом. Всего зафиксировано четыре цикла активизации спрединга перед землетрясением. Также было зарегистрировано увеличение числа мантийных землетрясений в Европе в июне-июле 1999 г. На основании этих и других фактов был сделан вывод, что катастрофическое турецкое землетрясение 17 августа 1999 г. связано с глобальными процессами активизации движения тектонических плит [Учитель И. Л. и др., 2001].

Тезис о том, что движения плит могут иметь скорости, измеряемые сантиметрами в сутки, позже получил практическое подтверждение. Прямым подтверждением существования таких скоростей смещения тектонических плит есть измерения пространственного положения геодезического пункта Areqipa в 2001 году [Kaninth К. 2002].

В 2001 году в результате комплексного анализа сейсмических проявлений нами установлены факты высокоскоростного смещения плит в результате спрединга в Атлантическом и Тихом океанах.

Деформационный процесс в период летнего солнцестояния можно разделить на два этапа. Первый этап начался 21 июня 2001 года в 11:02:03 UTC. Второй этап начался через 14 суток 5 июля в 13:53:44 UTC.

Так, 21 июня 2002 года в зоне срединно-океанического хребта в Южной Атлантике на широте 17,23° S зафиксирован спрединг (табл. 3.1, рис. 3.1) (см. цветн. вкладку). 23 июня как результат этих движений — зафиксирован эффект наползания Южно-Американской плиты на плиту Наска. Проявления субдукции зафиксированы в виде главного толчка и трех афтершоков с магнитудой более 5. Первым был главный толчок с М=8,1, таблица 3.2.

Инструментальными методами установлено, что геодезическая обсерватория Arequipa, расположенная на Южно-Американской плите, в этот период сместилась на 520 мм [Kaninth К., 2002]. Установлено, что смещения имели косейсмический характер.

Таблица 3.1

Данные о землетрясениях в широтной полосе, где расположена геодезическая обсерватория Arequipa

В соответствии с двухнедельным циклом проявления геодеформаций — 5-6 июля 2001 примерно в той же широтной полосе (15,91°-16,88° S) зафиксирована повторная активизация геодеформаций (табл. 3.2, рис. 3.2) (см. цветн. вкладку).

Во втором случае первые признаки движений зарегистрированы в зоне субдукции, а не в зоне спрединга. Это отличает первый случай от второго. Такой характер геодинамических движений показывает, что наряду с процессами смещения тектонических плит как эффекта разрастания океана в зонах срединно-океанических хребтов возможен и процесс “затягивания” плиты в зону субдукции с последующим разрывом в зоне спрединга.

6 июля в 20 ч 36 мин зафиксировано землетрясение в зоне спрединга в южной части Тихого океана, а 7 июля в 9 ч 38 мин зарегистрирован

главный толчок в зоне субдукции с афтершоками (широтная полоса 17,38°-17,52° S). Зафиксировано подползание плиты Наска под ЮжноАмериканскую плиту. Инструментальными методами установлено, что геодезическая обсерватория Arequipa, расположенная на Южно-Американской плите, в этот период сместилась только на 43 мм [Kaninth К., 2002].

Таблица 3.2

Данные о землетрясениях в широтной полосе, где расположена геодезическая обсерватория Arequipa

Причины такого различия абсолютных значений амплитуд горизонтальных смещений геодезической обсерватории Arequipa при надвигании плиты, на которой она расположена (520 мм), и при пододвигании под эту плиту (43 мм) очевидна и не требует объяснений.

Нами выдвинуто предположение о том, что смещения по параллели 18° ю.ш. отражали геодеформации глобального характера. Подтверждение этого тезиса можно найти в результатах наблюдений за геодеформациями в других географических районах. Нами был выполнен комплексный анализ данных о пластических геодеформациях на геодинамическом полигоне ОАО “Одессагаз”. Анализировались аварии в местах выхода газопроводов из земли и входа в здания, отражающие горизонтальные смещения и аварии, отражающие геодеформации с выраженной вертикальной составляющей. По наблюдениям в Одессе установлено, что максимальная интенсивность геодеформаций в 2001 году наблюдалась именно в рассматриваемый период, в июне-июле, рис. 3.3. Признаки горизонтальных движений в Одессе зарегистрированы 22 июня и 6 августа, в даты, когда фиксировались быстрые плитовые смещения в Южной Америке, и отразили начало и конец процесса формирования интенсивных геодеформаций в указанный период.

И H=H              И Kl-I

2001 2001

Рис. 3.3. Изменение во времени аварий газопроводов в Одессе (аварии в местах выхода из земли показаны серым цветом)

Важно отметить, что, к сожалению, приведенные материалы не позволяют оценить пространственный масштаб зафиксированных быстрых движений земной поверхности, так как измерения были выполнены только в одной точке, на геодезической обсерватории Arequipa.

На рисунках 3.4, 3.5 показаны схемы движения тектонических плит по данным комплексных двухлетних наблюдений и данные измерений векторов смещения геодезических обсерваторий. Анализируя рис. 3.4, можно прийти к выводу, что плита Наска в своем движении на восток отодвигает в том же направлении Южно-Американскую плиту. На рис. показано, что при движении на восток Южно-Американская плита, вопреки результатам моделирования, основываясь только на данных геодезических измерений, имеет северную составляющую.

На следующем рисунке 3.6 показана карта векторов смещения тектонических плит, отражающая только северную составляющую движения Южно-Американской плиты. Объяснить такие расхождения можно тем, что приведенные карты были построены по данным движений, осредненных за разные годы. По последним данным, полученным после землетрясения в Индонезии 26.12.07, Южно-Американская плита движется строго на запад. Приведенные данные имеют большое значение для понимания кинематических особенностей движения тектонических плит во временном масштабе, измеряемом десятилетием.

Комплексный анализ сейсмических проявлений в зонах спрединга, данные внутриплитовой микросейсмичности и данные наблюдений косвенными методами за пластическими геодеформациями послужили основой для оценки пространственных масштабов быстрых движе

ний тектонических плит, зафиксированных на геодезической обсерватории Arequipa в июне-июле 2001 г.

2W              206*              29?              290'

Рис. 3.4. Схема движения тектонических плит по данным комплексных двухлетних наблюдений (Южная Америка). [Северо-западного университета США (Лиза Леффер-Гриффин)]

Рис. 3.5. Схема движения тектонических плит NASA по измерениям векторов смещения геодезических обсерваторий (Южная Америка).

alt="" />

Рис. 3.6. Карта векторов смещения тектонических плит

Как уже было сказано, процесс спрединга может происходить в виде быстропротекающих подвижек с существенными горизонтальными смещениями, по-видимому, всей плиты целиком, а земная кора при таких быстрых движениях ведет себя как абсолютно твердая пластина, как будто бы она не сжимаема и не способна на базе длинной несколько тысяч километров “поглотить” деформации сантиметрового масштаба, возникшие в зоне спрединга. Такая ситуация возможна лишь при больших скоростях смещений, когда время, необходимое на процесс изменения структурных характеристик сжимаемого материала, больше времени, которое фактически уходит на процесс смещения.

Рассмотрим другой пример. В первых числах ноября 2001 г., анализируя характер и особенности глобальной сейсмичности в комплексе с геодеформациями пластического характера, нами были зафиксированы исключительно сильные геодеформации на территории Европейского континента. В соответствии с запатентованной технологией [Учитель И. Л. и др., 2005] по данным спутникового зондирования поверхности Земли были зафиксированы прогрессивные гравитационные волны, отмечены изменения гравитационного поля Земли, связанные с мощным геодеформационным процессом. Зафиксированные геодинамические процессы имели глобальный пространственный масштаб, что проявлялось активным спредин- гом 7-9 ноября (таблица 3.3), и наиболее контрастно проявились 12 ноября.

В аспекте внутриплитовых движений полученные результаты представлены в следующей главе.

Нами в результате расчетов были выявлены циклические проявления микросейсмических проявлений на территории Европы, периодические проявления пластических деформаций внутриплитового характера по данным наблюдений в Одессе.

На рисунке 3.7 показаны данные изменения во времени суточного количества аварий газопроводов в Одессе и суточного количества микросейсмических проявлений в Европе.

Таблица 3.3

Землетрясения с эпицентрами в зонах спрединга, зафиксированные 7-9 ноября 2001 г.

Первые вступления пластических геодеформаций начали проявляться 12 ноября 2001 г. и завершились в третьей декаде января 2002 г.

Установлено, что пластические геодеформации формировались в противофазе с разрывными. Также установлено, что разрывные геодеформации перемежались пластическими в соответствии с цикличностью недельного периода.

Можно предположить, что циклические деформации с периодом 7 суток формируют чередование периодов сжатия — 3,5 суток и периодов растяжения — 3,5 суток. Это подтверждается анализом временной изменчивости пластичных и разрывных геодеформаций с недельным периодом в Европе в ноябре 2001-январе 2002 г. рис. 3.7, 3.8.

Как уже упоминалось, с середины ноября 2001 г. до конца января г. пластические и разрывные геодеформации в Европе происходили циклично с недельным периодом, но в противофазе.

Ноя              Ян              б              Map

2001 2002 2002

Рис. 3.7. Изменения во времени суточного количества аварий газопроводов в Одессе и суточного количества микросейсмических проявлений

в Европе (серый)

T              1              г

Ноя              Янв              Map

2001              2002              2002

Рис. 3.8. Временная изменчивость пластических и разрывных геодеформаций с недельным периодом в Европе в ноябре 2001-январе 2002 г. (серый)

Для изучения причин зафиксированных геодеформаций в Европе были изучены особенности сейсмических проявлений в зонах спрединга в Атлантическом и Индийском океанах. Карта этих землетрясений показана на рисунке 3.9 (см. цветн. вклейку). Важно отметить, что Африканская плита окружена исключительно зонами спрединга. Нетипичное отсутствие зон субдукции формирует условия вздымания этого континента. В случае активизации спрединга по периметру Аф

риканской плиты она оказывается в условиях всестороннего сжатия, в результате чего могут проявиться гидрогеодинамические эффекты изменения режима подземных вод [Вартанян Г. С., 1998].

С ноября 2001 г. по январь 2002 г. фиксировались аномальные проявления гидрогеодинамического режима Африканского континента. Одномоментно 13 ноября активизировался влагооборот между литосферой и атмосферой в пределах Африканского континента. Это видно в сравнении спутниковых снимков за 12 и 13 ноября 2001 г. — рис. 3.10, 3.11 (см. цветн. вклейку). Были изучены изображения Африканского континента в инфракрасной области спектра. Анализировалась аномалия распределения низкой кучевой облачности над районами пустынь. Известно, что при активизации геодинамических процессов может происходить подтопление территорий в результате перехода связанной воды в свободное состояние. На рис. 3.11, 3.12 (см. цветн. вклейку) видно, что по контуру береговой линии вся территория Сахары и Аравийской пустыни была покрыта внутримассовой облачностью. Выделения влаги из литосферы и образование низкой облачности над Африканским континентом произошло скачком, за день. Такая необычная ситуация длилась два месяца. 22 января гидрогеодинамические эффекты еще продолжались — рис. 3.12, но в январе начали формироваться специфические условия (рис. 3.13) (см. цветн. вклейку). Такое пространственное распределение очагов землетрясений в зонах расширения океанической коры можно охарактеризовать как “встречный” спрединг.

При таком поле тектонических напряжений Африканская плита испытывает двухстороннее направленное сжатие. Важно отметить, что Африканская плита, (если ее рассматривать вместе с Сомалийской как единое образование), со всех сторон окружена зонами спрединга. Такие условия не типичны для других континентов — рис. 3.14. При отсутствии зон субдукции этот процесс сопровождается вздыманием плиты, и возникают благоприятные условия для нарушения ее сплошности по западной границе формирующейся Сомалийской плиты. Здесь в случае всестороннего сжатия возможны разрывные геодеформации с потерей сплошности. При горизонтальных сдвигах по разломам экваториальной зоны здесь можно ожидать дивергентные движения с активизацией спрединга от Эфиопии до Конго. Следует учитывать, что в районе Африканского рога существует зарождающийся рифт, отделяющий от Африканской плиты Сомалийскую плиту (рис. 3.14).

В третьей декаде января плита потеряла сплошность и аномалии облачности завершились (рис. 3.15).

Рис. 3.14. Тектоническая карта (фрагмент)

В третьей декаде января рифтовая зона, берущая начало в долине Афар, активизировалась, что подтверждается излияниями магмы на продолжении этой зоны (рис. 3.16). В этот период зафиксированы покровные излияния магмы в районе вулкана Nyamuragira.

Приведенные материалы, полученные нами в результате оперативного анализа аварий газопроводов, сейсмичности, данных инфракрасной радиометрии, были использованы для подтверждения тезиса о том, что плитовая тектоника может формироваться быстрыми геодинамическими движениями тектонических плит.

Рис. 3.16. Карта вулканических извержений Африканского рифта (январь 2002.)

Рассмотрим следующий пример. По данным многолетнего мониторинга геодинамических эффектов, сейсмических проявлений и аварийности газопроводов ОАО “Одессагаз” было отмечено, что активизация процессов спрединга в 2003 г. начала сопровождаться авариями газопроводов в местах их выхода из земли, идентифицируемыми как геодинамические движения с выраженной горизонтальной составляющей.

Для изучения взаимосвязи спрединга и геодинамических движений с выраженной горизонтальной составляющей были выделены временные промежутки (конец января-начало февраля и конец марта-апрель года). В первом случае активизировался спрединг в Северной Атлантике (в районе Исландии — табл. 3.4), что формирует направленное смещение Евразийской плиты. Во втором случае зафиксирован спре-

динг в Атлантике и Индийском океане, что соответствует формированию встречных движений тектонических плит.

На рисунке 3.17 (см. цветн. вклейку) показана карта гравитационных аномалий Европы. Район срединно-океанического хребта в районе Исландии характеризуется подъемом к поверхности мантийных пород и положительной аномалией гравитационного поля (показано красным цветом).

Таблица 3.4

Каталог землетрясений в районах срединно-океанических хребтов 27 января — 14 февраля 2003 г.

Спрединг в Северной Атлантике способен спровоцировать в Европе быстрые смещения в южном направлении.

Установлено, что в исследуемые периоды активизации спрединга зафиксирован рост сейсмичности в Европе (рис. 3.18). В январе- феврале рост сейсмической активности на Европейском континенте уступал периоду марта-апреля.

шт

т              1              1              1              1              1              1              1              1              г

Ян б              Фев              Map              Дпр

2003              2003              2003              2003

Рис. 3.18. Изменчивость во времени сейсмичности в Европе на фоне сглаженной кривой

На рисунке 3.18 показан фактический график изменчивости во времени суточного количества землетрясений в Европе и расчетные значения сглаженной кривой. В исследуемый период действительно выделяется два максимума сейсмической активности.

Исследования пластических геодеформаций, по данным о системных авариях газопроводов геодинамической природы, показали, что активный спрединг в январе-феврале 2003 года спровоцировал рост аварий газопроводов геодинамического генезиса в Одессе — рис. 3.19.

Важно отметить, что резкие всплески пластических геодеформаций в третьей декаде января и в первой декаде февраля (более 15 разгерметизаций в сутки) согласуются с максимумами микросейсмических проявлений в Европе. Другими словами, распространение пластических геодеформаций, фиксируемых по авариям газовых сетей в г. Одессе, сопровождалось фактическими смещениями коры, отраженными в микросейсмических проявлениях. В конце марта — начале апреля разрывные деформации, отождествляемые с землетрясениями, стали выраженными в даты активного сжатия, в отличие от января. Пластические геодеформации, определяемые по авариям газопроводов, — блокировались.

alt="" />

Признаки смещений в январе-феврале были выявлены и благодаря анализу спутниковых наблюдений за изменениями гравитационного поля Земли [Учитель И. Л. и др., 2005]. По материалам спутниковой инфракрасной съемки (рис. 3.20), было обнаружено, что 27 января 2003 года с 04 час до 14 час район Великобритании испытал быстропротекающие вариации гравитационного поля, трассируемые проявлениями типичных для этих ситуаций синоптических проявлений.

На рисунке 3.20 стрелкой показаны быстропротекающие аномалии гравитационного поля Земли, фиксируемые по изменению траектории воздушных потоков (вертикальной составляющей). В зоне отрицательной аномалии гравитационного поля Земли проявляется подъем воздушного потока вверх, и при пересечении им уровня конденсации — поток визуализируется стационарной облачностью. Такие быстропротекающие гравитационные аномалии могут быть связаны с наклонами изостатически скомпенсированных мегаблоков земной коры. Грань опускания одной из сторон блока может сопровождаться возникновением быстропротекающей отрицательной аномалии силы тяжести, трассируемой возникновением метеорологического феномена. Ориентация границы наклоненного блока в данном случае отражает направление фронта геодеформаций.

Рис. 3.20. Спутниковое инфракрасное изображение Европы 27 января 2003 года 05:00 UTC

Анализ сейсмичности показал, что в этот же период увеличилось и число сильных землетрясений. Самое сильное землетрясение (катастрофического характера) произошло в восточной Турции 27 января в ч 26 мин с М=6,1. Характерно, что тектонические условия в эпицен- тральной части этого землетрясения, по-видимому, также были связаны с процессами движения тектонических плит. Активный спрединг, трассируемый тремя толчками в Исландии в 06 ч 01 мин, 06 ч 08 мин и ч 19 мин, начался только после снятия тектонических напряжений данным землетрясением, (через 35 минут после него).

С 08 ч 30 мин до 10 ч 10 мин в пределах узла сочленения Главного Черноморского и Одесско-Сивашского неотектонических нарушений зафиксированы интенсивные геодеформации. Практически все аварии газопроводов в городе Одессе сконцентрировались в пределах блока, ориентированного в направлении 305°-35° (рис. 3.21). Напомним, что это очень редкая ситуация, отражающая внутриблоковые геодеформации.

Среди аварий геодинамической природы выделялись аварии, отражающие геодинамические движения с выраженной горизонтальной

составляющей. Аварии газопроводов в местах их выхода из земли зафиксированы в период с 9 ч 15 мин до 9 ч 35 мин — рис. 3.22.

alt="" />

Рис. 3.21. Карта аварий газопроводов в г. Одессе 27 января 2003 г.

Другими словами, от момента спрединга в районе Исландии (горизонтальных смещений земной коры) до проявления горизонтальных геодеформаций на юге Украины прошло 2 часа 24 мин, а пик геодеформаций наступил через 3 часа 14 мин.

По данным прямых измерений изменения взаимного положения двух геодезических реперов в Одессе, расположенных на смежных блоках, во время землетрясений в зоне спрединга в Северной Атлантике (район хребта Рейкъянес), установлено, что 21-27 января фиксировались разнонаправленные реверсивные вертикальные смещения смежных блоков с амплитудой порядка 10 см — рис. 3.23. Методика измерения вертикальных движений геодезических реперов относительно уровенной морской поверхности детально изложена в предыдущих работах [Учитель И. Л. и др., 2001].

Рис. 3.23. Изменения во времени относительного положения реперов Одес- са-порт и Яхт-клуб (заштриховано), суточного количества землетрясений в районе хребта Рейкъянес (линия с точками), суточного количества аварий в местах выхода газопровода из земли (линия) — в условных единицах

20Янб

ЗОЯнб

2003

ЭФев

Как уже было сказано, эти геодеформации сопровождались микро- сейсмическими проявлениями, затем 27 января произошло катастрофическое землетрясение в Турции, открывшее возможность спредингу в Атлантике, который спровоцировал пластические геодеформации внутриблокового характера, в том числе с выраженной горизонтальной составляющей.

С 22 часов 27 января до 06 часов 28 января быстрые аномалии гравитационного поля были зафиксированы в районе Альп, проявились в гравитационном поле Земли отрицательной аномалией (рис. 3.24). Судя по размерам метеорологических феноменов в Великобритании, а затем и в Альпах и по их форме, можно судить об особенностях проявления геодеформационных процессов.

Рис. 3.24. ИК снимок с отображением облачного массива над Альпами 28 января 2003 г. 00 час ИТС;

Далее, 1-2 февраля 2003 года в районе Исландии зафиксировано 7 толчков с магнитудой до М=5,6. Эти процессы сопровождались синхронными изменениями положения блоков земной коры относительно уровня моря. До 2 февраля фиксировалось их вздымание относительно уровня моря (уровень моря опустился), 2-5 февраля фиксировалось опускание блоков относительно уровня моря.

6-7 февраля зафиксировано возвращение геодезических реперов

к начальным отметкам. Процесс вздымания и падения происходил не зависимо от того, что пункты наблюдения находились в пределах смежных блочных структур, с различающимися кинематическими характеристиками, (обычно испытывающими разнонаправленные смещения). Между экстремальными отметками положения суши относительно поверхности моря прошло трое суток, максимальная амплитуда относительных колебаний составила на обоих пунктах 57 см, т. е. примерно по 20 см/сут. Важно отметить, что для исследуемого участка побережья, отличающегося интенсивным опусканием (10 мм/год), было характерно сначала вздымание, а затем колебательные движения. Зафиксированные геодинамические движения можно рассматривать как прохождение по поверхности Земли прогрессивной гравитационной волны.

Это спровоцировало 31 января и 4 февраля аномальный рост аварийности газопроводов в г. Одессе в местах выхода газопроводов из земли. В эти 2 дня произошло по пять аварий, в обоих случаях во временном промежутке с 8 до 10 часов по местному времени рис. 3.25.

Рис. 3.25. Время возникновения аварий газопроводов в г. Одессе

31 января 2003 г.

Важно отметить, что спрединг в Атлантике отразился в Одессе изменениями вертикального положения геодезических реперов и авариями газопроводов, что практически исключает возможность трактовки описанных процессов как цепочку случайных совпадений. Более того, практически все аварии локализовались в пределах треугольного фрагмента блока субмеридиональной ориентации размерами 1000х1000 м, в углах которого находятся Воронцовский дворец, Оперный театр и Во- ронцовская библиотека (рис. 3.26, 3.27).

Рис. 3.26. Карта аварий газопроводов Рис. 3.27. Карта аварий газопроводов в местах выхода из земли 31.01.03 г. в местах выхода из земли 04.02.03 г.

Был выполнен анализ геодеформаций циклического характера. Оказалось, что спрединг в Атлантике провоцировал в Европе процессы сжатия, (идентифицируемые по увеличению числа толчков с Мgt;4). Сейсмические проявления в Европе проходили циклично с периодичностью 7 суток. До начала спрединга недельная циклическая составляющая аварийности газопроводов и недельная циклическая составляющая сейсмичности были синхронны. Другими словами, сейсмические проявления в этот период, по сути, отражали процесс пластических деформаций. С началом спрединга появилась тенденция перемежаемости сейсмичности и аварийности, что, по нашим данным, свидетельствует о поочередной смене сжатия растяжением с периодом 7 суток. В период активного спрединга в Северной и Центральной Атлантике, аварии в местах выхода газопроводов из земли возникали, с временным интервалом 3,5 суток как в дни интенсивного сжатия, так и в дни интенсивного растяжения.

Проанализировав спектральные характеристики аварийности в этот период, установили, что общая аварийность и сейсмичность отличаются четкой недельной цикличностью, а аварийность газопроводов в местах выхода газопровода из земли имеет цикличность 3,5 дня. Выполнив процедуру узкополосной фильтрации временного ряда сейс

мических проявлений в Европе (А), временного ряда аварийности газопроводов с периодом 7 суток (В), мы установили, что до 2 февраля периодические всплески аварийности газопроводов происходили во время периодической интенсификации микросейсмичности в Европе (рис. 3.28).

Ян в              Фев              Map

2003              2ОТЗ              2ТОЗ

Рис. 3.28. Изменение во времени циклических составляющих (7 суток) сейсмичности на Европейском континенте (А) и аварийности газопроводов ОАО “Одессагаз” (В), а также циклической составляющей аварий газопроводов в местах выхода из земли с периодом 3,5 суток (С)

Другими словами, во время периодической общеевропейской активизации земноприливных геодинамических процессов, отражающихся в сейсмичности, в Одессе имели место пластические деформации, сопровождавшиеся разгерметизацией газопроводов. После 2 февраля произошли фазовые сдвиги, и сейсмические проявления начали чередоваться с всплесками аварийности. Другими словами, в Европе начались процессы сжатия и растяжения. Во время процессов сжатия имело место увеличение суточного числа землетрясений в Европе и отсутствие аварий газопроводов в Одессе, во время растяжения — наоборот. Аварии газопроводов “на выходе их земли” происходили как

вместе с ростом общего числа аварий, так и с ростом сейсмичности, во время снижения аварийности.

Была изучена и другая ситуация, когда геодеформационные процессы отличались одновременным разрастанием океанского дна в Северной Атлантике и в Индийском океане (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Каталог землетрясений в рифтовых зонах с 19 марта по 14 апреля 2003 г.

Карта эпицентров указанных землетрясений показана на рисунке 3.29.

В конце марта-начале апреля интенсивность спрединга в Атлантике была практически такой же, как в конце января-начале февраля 2003 года, однако в этот период зафиксировано разрастание океанического дна на всем протяжении срединно-океанического хребта от 60° с.ш. до 60° ю.ш. Кроме этого, синхронные процессы разрастания дна зарегистрированы и в Индийском океане (от тройственного сочленения до Красного моря). Такие процессы должны сопровождаться исключительно сильным сжатием внутри плит. Действительно, в этот период интенсивность сейсмических проявлений на территории Европейского континента

была значительно выше по сравнению с январем — рис. 3.18. Суточное количество землетрясений в марте превышало 30 толчков в сутки, против 15-18 толчков в январе. Аварийность газовых сетей на Одесском гео- динамическом полигоне, отражающая интенсивность деформационных процессов пластического характера, оказалась вдвое ниже, чем в январе-феврале — рис. 3.19. Такая ситуация типична для условий интенсивного сжатия земной коры [Учитель И. Л. и др., 2001]. Причем в пиковые дни максимальных пластических деформаций с периодом 7 суток имело место типичное для условий тектонического сжатия блокирование пластических деформаций процессами сжатия (показано стрелками) с переходом в разрывные деформации — рис. 3.30.

Рис. 3.29. Карта землетрясений в районах СОХ в конце марта-начале апреля 2003 г.

Map              Дпр

2003              2003

Рис. 3.30. Изменение во времени суточного количества аварий газопроводов в Одессе

На рис. 3.30 это отражается некоторым увеличением суточного числа аварий в начале пикового роста, а в дату максимально ожидаемых пластических деформаций аварийность блокировалась, и происходили разрывные деформации — землетрясения, в том числе и очень близкие к Одессе землетрясения в Румынии (см. каталог www.emsc-csem.org).

Другим отличием январской ситуаций от мартовской было то, что в январе-феврале горизонтальные смещения и вертикальные смещения были равновероятны, а в марте-апреле горизонтальные геодеформации проявлялись на фоне блокирования вертикальных движений. Это показано на рисунке 3.31, где сглаженные геодеформации вертикального типа показаны сплошной линией, а точками показаны геодеформации горизонтального типа.

Весь март и начало апреля имело место чередование пластических и разрывных деформаций с периодами 7 суток, характерными для геоде- формационного процесса (рис. 3.32).

Можно сказать, что в течение недели происходил один пик сжатия и один пик относительного растяжения (в конце января пластические геодеформации и разрывные происходили квазисинхронно).

Другой отличительной от январского чертой рассматриваемого периода является увеличение количества мантийных землетрясений в Европе (глубина более 50 км) — рис. 3.33.

Рис. 3.31. Характеристика пластических геодеформаций в 2003 г. (сглаженные геодеформации вертикального типа показаны сплошной линией, а точками показаны геодеформации горизонтального типа)

Рис. 3.32. Изменчивость во времени недельной циклической составляющей сейсмичности в Европе и аварийности газопроводов

В условиях встречного спрединга этот эффект, по нашему мнению, может быть отождествлен с активизацией внутриплитовой субдукции и/или обдукции. Сравнительный анализ пространственно-временного распределения аварий в местах выхода газопроводов из земли позволил установить, что интенсивные горизонтальные движения проходили примерно в одно и то же время суток (8-9 часов по Гринвичу). В рассматриваемый период разнонаправленного, встречного спрединга аварии газопроводов в местах выхода из земли также происходили в утренние часы:

Янб              Фев              Map              Дпр

2003              2003              2003              2003

Рис. 3.33. Изменчивость во времени суточного количества землетрясений в Европе с глубиной очагов более 50 км (б) и аварий газопроводов (а)

Проявление геодеформаций в марте 2003 г., как и в январе 2003 г., можно было наблюдать по метеорологическим проявлениям быстрых аномалий гравитационного поля Земли (отрицательного знака). Так, 20 марта в часов иТС фиксировалась отрицательная аномалия поля силы тяжести широтной ориентации к югу от южных Карпат (рис. 3.34).

Важно отметить, что глобальный характер геодеформаций в третьей декаде марта отражается процессами движения блоков земной коры в других районах Земли. Следует обратить внимание на довольно редкое явление — визуализированный блок с размерами 600x600 км, проявив

шийся в поле облачности в экваториальной Атлантике у берегов Африки 26 марта 2003 г. (рис. 3.35).

Рис. 3.34. ИК снимок Европы 20 марта в 06:00 часов ГР

Рис. 3.35. Поле кучево-дождевой облачности над экваториальной Атлантикой 26 марта 2003 г.

Угловая форма поля облачности может ассоциироваться с аномалией гравитационного поля (отрицательной). Этот снимок наглядно иллюстрирует процесс формирования наклонов изостатически скомпенсированных блоков. Угловая форма может быть ассоциирована с углом мегаблока, опущенного ниже уровня изостатической компенсации. Именно в этом случае этот фрагмент блока проявится отрицательной аномалией силы тяжести и более выраженным подъемом воздушных масс.

В мартовский период изменения положений реперов государственной геодезической сети относительно уровня моря по сравнению с январем имели несколько иной характер. Измерения велись по уровнемерным постам Одесса-порт и яхт-клуб. Дискретность измерений — 3 часа. Методика проведения измерений изложена в работе [Учитель И. Л. и др., 2001]. На рис. 3.36 показаны совмещенные графики суточного количества землетрясений в районе спрединга и изменения вертикального положения одного из реперов относительно уровня моря. Установлено, что во время встречного спрединга наблюдается только кратковременное вздымание суши относительно моря с последующим возвращением к среднему положению. Время вздыманий не превышает трех суток. Высота вздымания суши достигает 24 см за двое суток, что при возникновении колебательных движений соответствовало бы амплитуде 48 см. Максимальная скорость вздымания 21-22 марта достигла 20 см/сут. В этот период фиксируются синхронные вздымания смежных блоков — рис. 3.37.

В условиях однонаправленного спрединга происходит колебание блока относительно среднего положения, в условиях встречного спрединга, в условиях интенсивного сжатия происходит только вздымание земной коры с последующим возвращением к среднему положению, без автоколебательных движений.

В марте-апреле 2003 года повышенной геодинамикой характеризовались мегаблоки, включающие все крупные орогены Европы — Исландию, Скандинавию, Пиренеи, Альпы, Карпаты, Кавказ, Балканы, а также Великобританию. С 14 по 20 апреля особо активными были Скандинавия и Бискайский залив.

Приведенные данные позволяют оценить масштабы и скорость движения тектонических плит, характер распространения свободных и вынужденных геодеформаций во время направленного и встречного спрединга соответственно.

В завершении раздела, посвященного изучению геодеформаций земной поверхности, связанных со спредингом в рифтовых зонах земной коры, рассмотрим беспрецедентный в истории цивилизации факт быстрого спердинга в рифтовой зоне в долине Афар (Эфиопия). В первых

числах сентября 2005 года здесь зафиксировано быстрое разрастание рифта, сопровождавшееся выделением вулканических газов (рис. 3.38).

Рис. 3.36. Изменения вертикального положения репера геодезической сети относительно уровня моря в связи с процессами спрединга в Атлантике (землетрясения в зоне спрединга — заштрихованы, линия — быстрые изменения положения блока относительно уровня моря)

Рис. 3.37. Изменения уровня моря относительно двух смежных блоков, обычно характеризующихся разнонаправленными смещениями

Рис. 3.38. Фото быстрого спрединга в рифтовой зоне в долине Афар (Эфиопия) в первых числах сентября 2005 г.

Тектоническая схема зоны активного спрединга показана на рис. 3.39. На других рисунках показан сам рифт и приведены координаты его наиболее активного участка.

Разрастание рифта произошло в сентябре 2005 года, когда в восточной Африке (в депрессии Афар, в Эфиопии) практически моментально образовалась трещина шириной до 8 метров и длиной в 60 километров — рис. 3.40, 3.41.

Грунт в зоне рифта провалился на большую глубину. Трещина возникла точно над осью рифта, где граничат тектонические плиты, обычно медленно отодвигающиеся друг от друга.

Установлено, что видимый разлом на поверхности возник при внедрении в зону рифта порядка 2,5 кубических километров магмы.

По понятным причинам, точную дату активизации рифта в пустынном районе Эфиопии установить невозможно. Установлено, что первое землетрясение небольшой силы в районе активного спрединга зафиксировано 14 сентября 2005 г. — табл. 3.6.

Таблица 3.6

Параметры землетрясения в Эфиопии

Рис. 3.39. Тектоническая схема зоны активного спрединга

Рис. 3.40. Фото быстрого спрединга в рифтовой зоне в долине Афар (Эфиопия) в первых числах сентября 2005 г.

Рис. 3.41. Фото быстрого спрединга в рифтовой зоне в долине Афар (Эфиопия) в первых числах сентября 2005 г.

Важно отметить, что это землетрясение связано с процессами в мантии, так как его глубина составила 100 км.

Следующая активизация района активного спрединга зафиксирована через 7 дней. По характеру землетрясений можно говорить о процессах в мантии и о коровых движениях — табл. 3.7.

Таблица 3.7

По информации, предоставленной Геофизической обсерваторией университета Addis Ababa (Эфиопия), зафиксированная геодинами- ческая активность — магматическо-тектоническая. Описано формирование фумарол с выделениями газов, в том числе сероводорода.

На рисунке 3.42 показаны эпицентры землетрясений в период наиболее вероятного формирования зоны активного спрединга.

Процесс беспрецедентного по скорости спрединга в Эфиопии дополнен исследованиями с использованием данных о сейсмических геодеформациях.

По нашему мнению, раздвижение коры в Эфиопии произошло при формировании крутильных колебаний, описанных в разделе 2.1. Смещение коры северного полушария относительно коры южного полушария в рассматриваемый период привело к разноскоростным движениям Африканской и Сомалийской плит. Как было показано в разделе 2.1, крутильные колебания — это колебания глобального характера, проявление которых можно выявить в разных точках Земли, в том числе и по результатам наблюдений на геодинамическом полигоне ОАО “Одессагаз”.

38              40              42              44

Рис. 3.42. Карта землетрясений в долине Афар в сентябре-октябре 2005 г.

Максимальные за период наблюдений значения разгерметизаций газопроводов геодинамической природы, связанных с горизонтальными движениямии, были зафиксированы в сентябре 2005 г. — рис. 3.43.

Циклический характер разгерметизаций газопроводов изучался в соответствии с запатентованной методикой изучения аварий газопроводов геодинамической природы [Учитель И. Л. и др., 2001]. Были выполнены расчеты с использованием узкополосной фильтрации временного ряда аварий в диапазонах 7,1-7,2; 3,5-3,6 и 14,1-14,3 суток (рис. 3.44). Для получения наглядного представления об изменении во времени амплитуды выделенных гармоник (формируемых периодическими изменениями геодинамических условий) были выполнены расчеты абсолютных величин полученных рядов и была выполнена процедура помесячного суммирования. Результаты показаны на рис. 3.45.

Установлено, что в июле-сентябре 2005 года, как и в январе 2003 г. максимальную амплитуду имели геодинамические движения с периодом

5 суток. В 2003 году такой период аварийности отражал активизацию горизонтальных геодинамических движений как на пике пластических геодеформаций, так и на пике разрывных геодеформаций, во время интенсивного спрединга в районе Исландии.

Шт

IOO -

SO

60

^o

20

2000

2002

2004

Рис. 3.43. Изменение во времени суточного количества разгерметизаций газовых сетей ОАО “Одессагаз” в местах выхода из земли и ввода в сооружения

Рис. 3.44. Циклические составляющие аварийности газопроводов в Одессе в 2005 г.,(3,5- (красная) и 7-суточные (зеленая) циклические составляющие аварийности газопроводов в местах их выхода из земли)

В результате расчетов установлено, что беспрецедентный рост аварийности газопроводов геодинамической природы в сентябре 2005 года был дифференцирован по частотам [Учитель И. Л. и др. 2006] —

рис. 3.45, 3.46, 3.47. В пиковый период геодеформаций фиксировалась высокочастотная мода 3,5 суток — рис. 3.45.

Рис. 3.45. Изменение во времени амплитуды гармоники 3,5 сут. разгерметизаций газопроводов ОАО “Одессагаз”

Рис. 3.46. Изменение во времени амплитуды недельной гармоники разгерметизаций газопроводов ОАО “Одессагаз”

Исследование не было бы полным, если бы не были изучены закономерности развития геодеформаций с преимущественно вертикаль-

U /              U              \              U              U

ной (в определенной мере) составляющей геодинамических движений. Такие исследования были выполнены. График изменения во времени такого типа разгерметизаций газопроводов ОАО “Одессагаз” показан на рис. 3.48.

Рис. 3.47. Изменение во времени амплитуды двухнедельной гармоники разгерметизаций газопроводов ОАО “Одессагаз”

Рис. 3.48. Изменение во времени суточного количества разгерметизаций газовых сетей ОАО “Одессагаз” без учета аварий — в местах выхода из земли и ввода в сооружения

Данные наблюдений свидетельствуют, что экстремальных проявлений этого типа движений в 2005 г. зафиксировано не было.

В заключение можно сформулировать следующий вывод. Спектральный состав геодеформаций, проявляющийся в разрывах газовых сетей ОАО “Одессагаз”, характеризуется частотами, кратными и дольными семи суткам. Амплитудные характеристики аварийности у каждой гармоники имеют свои индивидуальные максимумы, не коррелируемые между собой. Такой вывод сделан впервые и требует более детального исследования.