Введение

Научные представления, гипотезы, а затем и теории в науке, в соответствии с объективными диалектическими законами развития, формируются двумя принципиально различными путями. Это эмпирический, обычно индуктивный методологический подход к исследованиям, и теоретический, обычно дедуктивный методологический подход.

Если распространить этот пример на научное направление географии, изучающее строение земной коры, то открытие Д. И. Менделеева можно рассматривать как аналог “Новой глобальной ротационной теории”, сформулированной проф., д. г-м. н. К. Ф. Тяпкиным [Тяп- кин К. Ф., 1998]. В настоящее время в научном направлении, изучающем глобальные тектонические процессы, сосуществуют научные школы, исповедующие диаметрально противоположные концепции. В системе доказательств в качестве аргументов часто применяются ссылки на субъективные суждения известных ученых, например, представителей мобилистской и фиксистской гипотез строения земной коры.

зультате вынужденной необходимости, — геофизических методов — часто алогичны, не структурированы, не системны.

В настоящее время мы стоим на пороге неизбежной трансформации научных представлений о строении земной коры и кинематики ее структурных элементов.

Трансформация научного мировоззрения уже происходит в геодинамике, геотектонике, благодаря использованию современных спутниковых технологий — в геодезии, где успешно и быстрыми темпами развиваются динамическая и кинематическая геодезия.

По определению М. С. Молоденского, геодинамика объединяет кинематическую и динамическую геодезии. В первом случае изучают движение, во втором — силы. В настоящей работе, выполненной в рамках фундаментальной геодезической науки, максимальное внимание уделено изучению геодинамических движений как таковых в рамках кинематической геодезии.

Одно из фундаментальных свойств геологической среды — это изменчивость её свойств во времени. В последние годы ИФЗ РАН проводилось изучение временных вариаций состояния горных пород с точки зрения проблемы современной геодинамики [Гамбурцев А. Г. и др., 2000].

Литосфера обладает структурными, геофизическими и геодинами- ческими разномасштабными неоднородностями. Среда характеризуется нелинейными свойствами и способностью к самоорганизации и хаотизации. Нелинейность среды обусловлена постоянным движением, взаимодействием и неустойчивостью ее элементов в поле тектонических напряжений под воздействием внутрипланетных и внепланет- ных факторов. Проявлением нелинейных свойств среды, в частности, являются высокочастотная реакция горных пород на малоамплитудные длиннопериодные деформации и парадоксальный отклик на слабые воздействия. Такие реакции обычны только для сбалансированных систем, когда влияние малого параметра в условиях неустойчивого равновесия приводит к его нарушению.

Известно, что на земную сферу воздействуют природные глобальные и локальные процессы. К таким воздействиям относятся эндогенные и экзогенные процессы, в том числе вариации гравитационного поля Земли. Геологическая среда реагирует на внешние воздействия перемещением различных объёмов горных пород, деформациями, миграцией флюидов, фазовыми, химическими превращениями. За длительные промежутки геологического времени происходят сильные изменения состояния горных пород: они передвигаются, терпят разрывы, сминаются в складки, размываются. К быстрым процессам относятся крипо-

вые движения, землетрясения, оползни, сели, цунами, горные удары; к медленным процессам, происходящим на наших глазах, — “вздымания” и “проседания” блоков земной коры и др. Изменение состояния геологической среды проявляется во временных вариациях различных параметров физических полей. Изменяются наклоны, деформации, скорости пробега сейсмических волн, электромагнитные свойства, гидрогеодинамические режимы, дебит нефти и газа и т. д. Эти параметры можно измерить либо непосредственно, в реальном времени, либо опосредованно. Инструментально пространственно-временные вариации физических полей измеряют при долговременном слежении за вариациями физических параметров — мониторинге геологической среды и/или ее отдельных частей.

Д. Л. Теркот и Дж. Шуберт [Теркот Д. Л., 1985] определяют геодинамику как науку, изучающую движения и деформации, происходящие в земной коре, мантии и ядре, и их причины.

В результате комплексного обобщения большого массива данных о современных движениях земной поверхности, которые были получены на специально организованных геодинамических полигонах различного предназначения, удалось получить принципиально новые данные о современном геодинамическом режиме поверхности Земли [Кузьмин Ю. О., 1996]. Установлено, что основные пространственно-временные характеристики аномальных движений идентичны как для сейсмоактивных, так и для асейсмичных разломных зон. При этом интенсивность деформационного процесса в разломах асейсмичных регионов выше, чем в сейсмоактивных.

Важнейшей научной проблемой, имеющей как теоретическое, так и большое практическое значение, является определение разрушающей способности таких геодеформаций при эксплуатации инженерных сооружений разного типа.

В последние годы были установлены различные формы воздействия аномальных деформаций земной поверхности на безопасность строений различного типа. Например, это прямое воздействие — когда подвижки становятся доминирующим фактором риска повреждения электрических сетей [Кузьмин Ю. О., 1996] и городских коммуникаций [Учитель И. Л. и др., 2001; Shikin A. S. and other, 1998]. Были получены убедительные данные о масштабах и уровне влияния фактора суперинтенсивных деформаций на объекты нефтегазового комплекса. Так, оказалось, что в зонах проявления современных суперинтенсивных деформаций периодически происходят разгерметизации и прорывы трубопроводных систем. По данным режимных инженерно-геологических наблюдений установлена связь карстово- суффузионных процессов с суперинтенсивными геодеформациями, что неоднократно становилось причиной обрушения зданий.

Параллельно с исследованиями на юге Украины, но несколько позже, А. А. Панжиным такие же результаты были получены при геоди- намических исследованиях на Урале и в Сибири [Панжин А. А., 1999, 2000, 2001, 2002]. Изучения геодинамических движений в этом случае были связаны с проблемами эксплуатации магистральных трубопроводов. По имеющейся статистике, около 80% всех аварий магистральных продуктопроводов приурочены к определенным местам — местам пересечения ими тектонически нарушенных зон. Причем отмечается достаточно высокий процент повторяемости аварийных событий на одних и тех же участках — повторяемость двукратных аварий на одном и том же локальном участке достигает 75-80%, а повторяемость трехи более кратных доходит до 95%. Ярким примером подобного рода

аварийности служит 40-километровый участок магистрального 9-ниточного газопровода в районе г. Краснотурьинск, на котором за период с 1990 по 1995 гг. произошло 45 аварий, что составило около 90% всех аварий РАО “Газпром” за этот период [Панжин А. А., 1999, 2000]. Также следует отметить работы, выполненные исследователями научно-практического центра “Сургутгеоэкология” [Кострюкова Н. К., Кострюков О. М., 2000]. Было установлено, что заглубленные протяженные конструкции испытывают статические напряжения за счет смещений тектонических блоков в коренных породах и динамических разнонаправленных напряжений, вызванных приливными колебаниями земной коры, причем, по имеющейся статистике, количество аварийных ситуаций на продуктопроводах, локализованных на отдельных участках в пределах геодинамических структур, также доходит до 80% и более.

Рассматриваемые быстрые геодеформации могут быть оценены как фактор риска не только для сетей трубопроводов. Они могут разрушать целостность или деформировать линейно вытянутые инженерные сооружения, такие как железнодорожное полотно [Гликман А. Г., 2005, Шереметьев В. М., 1996, 1998], плотины. Такой тип геодеформаций опасен для зданий, особенно сооружений с большими пролетами между опорами, таких как бассейны, выставочные центры, крытые павильоны.

Исходя из изложенного, на первое место выдвигается проблема оценки

риска разрушения инженерных объектов в результате воздействия так называемых суперинтенсивных геодеформаций.

По существующим нормативным документам геодинамический риск учитывается путем картирования амплитуд устойчивых однонаправленных современных движений земной коры, сейсмичности, оползней и карста и др. [Павлиенко В. П. и др.,1997].

Целью монографии является создание научно методической базы для совершенствования нормативных документов по учету геодинамического риска территорий, что напрямую связано с проблемой повышения эффективности рационального использования земельных ресурсов.

Актуальность проблемы подтверждается сравнительным анализом сейсмического и геодинамического риска асейсмичных территорий. Установлено, что ежегодный ущерб от геодинамических проявлений, связанных с быстрыми движениями поверхности Земли, существенно выше ущерба от сейсмических проявлений [Кузьмин Ю. О., 1989,1996, 1999].

Публикуемые результаты исследования представлены в виде двух отдельных разделов.

В первом разделе выполнена систематизация информации о быстрых движениях и деформациях, происходящих в земной коре, мантии и ядре, их причинах, полученная различными авторами. Эта часть книги может быть использована как учебное пособие для студентов высших учебных заведений, проходящих обучение в сфере естественных наук, геодезии и строительства.

Во втором разделе представлены оригинальные результаты исследования быстрых геодеформаций, полученные авторским коллективом в последние 5 лет.