Разработка методики выделения участков метастабильного состояния разломов Северного Тянь-Шаня методами геодезии и тектонофизики

2012-2014 гг

Руководитель проекта к.геол.-мин.н. Кузиков С.И.

Участники проекта:

Ребецкий Ю.Л., Маринин А.В.

Отчет за 2012 г

В 2012г производилось развитие методики расчета трехмерного тензора скорости общих тектонических деформаций (ОТД). Установлено, что знак вертикальной компоненты ОТД в подавляющем числе точек расчета не зависит от гипотезы, по которой эта компонента рассчитывалась (упругая или неупругая реакция земной коры). Сопоставление результатов расчетов ОТД и сейсмотектонических деформаций (СТД) показало, что плоские компоненты тензоров достаточно хорошо коррелируют по направлению и знаку. По величине вертикальной компоненты удалось оценить значения скорости горизонтальных смещений подошвы коры относительно ее кровли. Анализ результатов тектонофизической реконструкции напряжений показал, что направление поддвиговых касательных напряжений с юга на север, что определяет либо более быстрое движением мантии в этом направлении относительно коры, либо наоборот движение коры на юг относительно покоящейся мантии.
Совершенствование технологии расчета деформаций по GPS данным. В настоящем проекте для триангуляционного расчета деформаций по данным GPS выделялись площади квазиоднородного напряженного состояния. Было установлено, что в большом числе случаев при расчете деформаций по данным о современных движениях GPS пункты находились в разных условиях по геодинамическому режиму, что может приводить к некорректному усреднению деформаций, когда участки латерального сокращения суммируются с участками латерального растяжения или сдвига. Предложена схема объединения пунктиров GPS наблюдений для расчета деформаций, учитывающая однородность коры по характеру напряженного состояния. Было установлено, что в первом приближении однородность состояния следует из неотектонических данных о вертикальных движениях.
Развитие методов улучшения точности измерения смещений по геодезическим данным. Установлено, что на базовых линиях до 2-3 км наиболее точные и оперативные данные дают линейно-угловые (ЛУ) измерения; а для реперов разнесенных >3 км более точными будут GPS наблюдения. Для ЛУ измерений предложены и опробованы методы получения устойчивых данных позиционирования для отдельной площадки в трехмерном пространстве. Ведется разработка методики увязки и стабилизации одного цикла линейно-угловых измерений на геодезической площадке за счет избыточного количества данных. В НС РАН создан прибор, позволяющий производить заданные смещения GPS антенны (?1 мм) в 3-мерном пространстве. С его помощью ведутся методические работы для калибровки и повышения точности GPS позиционирования реперов. На базовых линиях до 1.5 км была достигнута точность <1 мм по трем компонентам для усредненных за сутки искусственных смещений. Произведены расчеты этих движений при стабилизирующих GPS пунктах, удаленных до тысячи км от смещаемого репера и разработана методика стабилизации GPS координат для пунктов Бишкекской локальной сети.
В рамках развития тектонофизических методов районирования активных разломов произведена интерполяция на активные разломы поля современных напряжений, полученных для коры Северного Тянь-Шаня по результатам тектонофизической реконструкции в предыдущие годы. Сопоставление полученных тектонофизическими методами данных о кинематическом типе участков разрывов с аналогичными геологическими данными показало хорошее совпадение. Применительно к разломам вблизи НС РАН были выделены участки, находящиеся на параметрической области Кулона далеко от предельного состояния (северо-западный сектор), а также участки, находящиеся вблизи предельного состояния (центральные и северо-восточный секторы). Один из мини полигонов GPS станций, развернутый в центральной части, пересекает участки двух активных разломов, один из которых вблизи предельного состояния, а другой далеко от предельного состояния. Одной из задач следующего года будут слежение за различием режимов этих двух участков разломов.

Отчет за 2013 г

В 2013г рассчитаны компоненты трехмерного тензора скоростей общих деформаций для разных режимов усреднения. Подобраны оптимальные параметры расчета при реконструкции природных напряжений по методу катакластического анализа (МКА) и данным о механизмах очагов землетрясений. Установлена согласованность режимов деформирования приповерхностных слоев коры (GPS данные) и режимов напряженного состояния в глубине коры (по сейсмологическим данным).
Выполнены работы по районированию разломов Северного Тянь-Шаня (73.6-76.2 ВД и 42-43 СШ) с выделением активных участков и оценки их энергонасыщенности. Количественно описаны морфологические параметры разломов (азимутов простирания и углов погружения), выделяемых геологическими методами, а также данные о современном поле напряжений. Осуществлена повторная реконструкция напряженного состояния коры Северного Тянь-Шаня на основе каталога механизмов очагов землетрясений 1998-2012 годов. Исследования на основе МКА позволили связать реализованные плоскости с конкретными участками разломов для 75% событий, участвовавших в расчете напряжений. Для самого верхнего слоя коры (0-10 км) эти данные позволили уточнить принимаемые нами углы погружения разломов, полученные из геологических данных, и выявить существенное выполаживание плоскостей разломов на глубинах 15-25 км. Выделен ряд участков разломов, находящих в зонах повышенного градиента напряжений, которые близки к метастабильному состоянию.
При обработке данных GPS измерений произведена оценка абсолютной точности вычисленных GPS координат для заданных (известных) смещений репера. Установлено, что при стандартной обработке GPS данных максимальные отклонения в горизонтальном плане для известных суточных смещений могут достигать ~4мм, а по вертикали – ~9мм. Применение авторской методики ежесуточной стабилизации координат была достигнута точность воспроизведения заданных смещений <1мм по трем координатам на дистанциях до 1.5км между GPS пунктами. Выявлено, что в общем случае синхронность вариаций значений координат между GPS станциями проявляется тем хуже, чем дальше они находятся друг от друга. Чем дальше находятся стабилизирующие станции от движущегося GPS репера, тем с меньшей точностью удается воспроизвести его смещения.
Реализованы первые версии автоматической верификации данных линейно-угловых измерений, распознавание и преобразование их формата, объединенного расчета двусторонних данных к одному набору измеряемых параметров для базовой линии.
С июня 2012 г и по настоящее время на детальных площадках POLIGON, KENTOR и ALMALY еженедельно проводятся комплексные геодезические наблюдения за режимом деформирования на отдельных ориентированных участках активных разломов в пределах Бишкекского геодинамического полигона. Расширена площадь режимных линейно-угловых измерений с поперечным пересечением Шамсинского и Байтикского активных разломов. За 2012-2013гг линейно-угловых измерений зафиксированы значительные синхронные всплески всестороннего удлинения базовых линий (БЛ) на всех 3-х площадках. Так, в августе (за 6 дней) 2012г на среднюю длину БЛ площадки в ~543м приходится в среднем ~ 35мм удлинения, средняя линейная деформация порядка 6.4 10-5.

Отчет за 2014 г