Геофизические процессы и биосфера: статья

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ ГЕОДИНАМИКИ
Ю.О. Кузьмин
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 22
Номер: 2
Год: 2023
Страницы: 5–58
УДК: 551.24
DOI: 10.21455/GPB2023.2-1
Ключевые слова: геодинамика, современные движения земной коры, современное геодинамическое состояние недр, «парадоксы» скоростей деформаций, упруго-вязкая среда, разломная зона.
Аннотация: Рассматриваются физические (феноменологические) основы современной геодинамики. На основе представлений о первичности движений при возникновении деформаций обосновываются определения геодинамики и современной геодинамики. Приведена схема формирования современного геодинамического состояния недр. Обсуждаются также вопросы иден-тификации движений земной поверхности; предложена формула для оценки относительной деформации изгиба. Показано, что наблюдаемые деформации земной поверхности, получаемые геодезическими (спутниковыми и наземными) методами, имеют относительный характер и зависят от конкретной кинематической схемы движений отдельных элементов (бло-ков) среды. Приведены результаты многолетних повторных геодезических наблюдений со-временных вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности в сейсмоактивных (Копетдаг, Камчатка) и асейсмических, платформенных, (Припятская впадина) регионах. Показано, что среднегодовая скорость региональных относительных деформаций изменяется в интервале от 10–8 до 10–9 ∙год–1. Зональные и локальные деформации изменяются в диапазоне от 10–4 до 10–6 ∙год–1. Сформулированы «парадоксы» больших и малых скоростей деформаций в современной геодинамике, дано их объяснение на основе уравнений наследственной механики твердых тел и представлений о параметрическом индуцировании деформационных процессов в зонах разломов малыми природно-техногенными воздействиями.
Список литературы: Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность – индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН, 2015. 364 с.

Атабеков И.У. Опыт моделирования сейсмотектонического течения земной коры Цен-тральной Азии // Физика Земли. 2021. № 1. С. 122–132.

Ашурков С.В., Саньков В.А., Серов М.А., Лукьянов П.Ю., Гриб Н.Н., Бордонский Г.С., Дембе-лов М.Г. Современные деформации Амурской плиты и окружающих структур по дан-ным GPS измерений // Геология и геофизика. 2016. Т. 57, № 11. С. 2059–2070. https://doi.org/10.15372/GiG20161108

Биргер Б.И. Неустановившаяся ползучесть литосферы и ее роль в геодинамике // Физика Земли. 2012. № 6. С. 34–42.

Буланже Ю.Д., Магницкий В.А. Современные движения земной коры: Состояние пробле-мы // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1974. № 10. С. 19–54.

Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Крупенникова И.С., Передерин В.П. Сравнение данных ГЛОНАСС и GPS измерений на геодинамических полигонах // Мониторинг. Наука и технологии. 2014. № 1. С. 6–15.

Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Крупенникова И.С., Мокрова А.Н., Передерин В.П. ГНСС мони-торинг и сейсмическая активность северо-запада России // Мониторинг. Наука и тех-нологии. 2016. № 2. С. 40–47.

Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Крупенникова И.С. Мокрова А.Н., Розенберг Н.К. Мониторинг деформационных процессов природного происхождения при изыскательных работах на площадке АЭС // Мониторинг. Наука и технологии. 2017. № 2 (31). С. 15–23.

Есиков Н.П. Современные движения земной поверхности с позиции теории деформаций. Новосибирск: Наука, 1991. 226 с.

Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Исследование современных геодинамических процессов в Ко-петдагском регионе // Физика Земли. 2014. № 6. С. 3–16.

Кафтан В.И. Карты современных движений земной коры: Содержание и информатив-ность // Физика Земли. 1996. № 1. С. 48–61.

Кафтан В.И., Кузнецов Ю.А., Серебрякова Л.И., Верещетина А.В. Карта скоростей совре-менных вертикальных движений земной поверхности Прикаспийского региона // Гео-дезия и картография. 1995. № 12. С. 18–21.

Кафтан В.И., Сидоров В.А., Устинов А.В. Сравнительный анализ точности локального мо-ниторинга движений и деформаций земной поверхности с использованием глобальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС // Вулканология и сейсмоло-гия. 2017. № 3. С. 50–58.

Кашин Л.А. Построение классической астрономо-геодезической сети России и СССР (1816–1991 гг.). М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1999. 192 с.

Кашников Ю.А., Ашихмин С.Г. Механика горных пород при разработке месторождений уг-леводородного сырья. М.: Горн. кн., 2019. 496 с.

Кузиков С.И. Методические задачи и проблемы точности GPS-наблюдений (на примере Бишкекского геодинамического полигона) // Физика Земли. 2014. № 6. С. 55–69.

Кузиков С.И., Мухамедиев Ш.А. Структура поля современных скоростей земной коры в рай-оне Центрально-Азиатской GPS сети // Физика Земли. 2010. № 7. С. 33–51.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недрополь-зовании. М.: Агентство эконом. новостей, 1999. 220 с.

Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная малыми при-родно-техногенными воздействиями // Горн. инф.-аналит. бюл. 2002. № 9. С. 48–54.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломов и парадоксы скоростей деформаций // Физика Земли. 2013. № 5. С. 28–46.

Кузьмин Ю.О. Идентификация результатов повторных геодезических наблюдений при оценке геодинамической опасности объектов недропользования // Вестн. Сиб. гос. ун-та геосистем и технологий. 2018. Т. 23, № 4. С. 46–66.

Кузьмин Ю.О. Индуцированные деформации разломных зон // Физика Земли. 2019a. № 5. С. 61–75.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика: От движений земной коры до мониторинга ответ-ственных объектов // Физика Земли. 2019б. № 1. С. 78–103.

Кузьмин Ю.О. Геодинамическая эволюция Центральной Азии и современная геодинамика Копетдагского региона (Туркменистан) // Физика Земли. 2021а. № 1. С. 144–153.

Кузьмин Ю.О. Деформационные последствия разработки месторождений нефти и газа // Геофизические процессы и биосфера. 2021б. Т. 20, № 4. С. 103–121. https://doi.org/10.21455/GPB2021.4-7

Кузьмин Ю.О. Современные объемные деформации разломных зон // Физика Земли. 2022. № 4. С. 3–18. https://doi.org/10.31857/S0002333722040068

Кузьмин Ю.О., Дещеревский А.В., Фаттахов Е.А., Кузьмин Д.К., Казаков А.А., Аман Д.В. Инклинометрические наблюдения на месторождении им. Ю. Корчагина // Геофизиче-ские процессы и биосфера. 2018. Т. 53, № 3. С. 31–41. https://doi.org/10.21455/gpb2018.2-6

Латынина Л.А., Васильев И.М. Деформация земной коры под влиянием атмосферного дав-ления // Физика Земли. 2001. № 5. С. 45–54.

Левин В.Е., Бахтияров В.Ф., Титков Н.Н., Сероветников С.С., Магуськин М.А., Ландер А.В. Современные движения земной коры (СДЗК) на Камчатке // Физика Земли. 2014. № 6. С. 17–36.

Лухнев А.В., Саньков В.А., Мирошниченко А.И., Ашурков С.В., Кале Э. Вращения и деформа-ции земной поверхности в Байкало-Монгольском регионе по данным GPS-измерений // Геология и геофизика. 2010. Т. 51, № 7. С. 1006–1017.

Льюнг Л. Идентификация систем: Теория для пользователей. М.: Наука, 1991. 432 с.

Магницкий В.А., Калашникова И.В. Об унаследованном характере современных движений земной коры // Физика Земли. 1978. № 10. С. 13–20.

Михайлов В.О., Назарян А.Н., Смирнов В.Б., Диаман М., Шапиро Н.М., Киселева Е.А., Тихоц-кий С.А., Поляков С.А., Смольянинова Е.И., Тимошкина Е.П. Совместная интерпретация данных дифференциальной спутниковой интерферометрии и GPS на примере Алтай-ского (Чуйского) землетрясения 27.09.2003 г. // Физика Земли. 2010. № 2. С. 3–16.

Михайлов В.О., Киселева Е.А., Дмитриев П.Н., Голубев В.И., Смольянинова Е.И., Тимошки-на Е.П. Оценка полного вектора смещений земной поверхности и техногенных объек-тов по данным радарной спутниковой интерферометрии для областей разработки ме-сторождений нефти и газа // Геофизические исследования. 2012. Т. 13, № 3. С. 5–17.

Михайлов В.О., Киселева Е.А., Смольянинова Е.И., Дмитриев П.Н., Голубева Ю.А., Иса-ев Ю.С., Дорохин К.А., Тимошкина Е.П., Хайретдинов С.А., Голубев В.И. Мониторинг оползневых процессов на участке Северо-Кавказской железной дороги с использова-нием спутниковой радарной интерферометрии в различных диапазонах длин волн и уголкового отражателя // Геофизические исследования. 2013. Т. 14, № 4. С. 5–22.

Молоденский М.С., Молоденский С.М., Молоденский Д.С., Бегитова Т.А. Об устойчивости решения задачи определения временных изменений приливного отклика среды в окрестностях очагов сильнейших землетрясений // Физика Земли. 2017. № 3. С. 132–135.

Николаев А.В. Проблемы наведенной сейсмичности // Наведенная сейсмичность. М.: Наука, 1994. С. 5–15.

Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977. 384 с.

Саньков В.А., Лухнев А.В., Мирошниченко А.И., Добрынина А.А., Ашурков С.В., Бызов Л.М., Дембелов М.Г., Кале Э., Девершер Ж. Современные горизонтальные движения и сей-смичность южной части Байкальской впадины (Байкальская рифтовая система) // Фи-зика Земли. 2014. № 6. С. 70–79.

Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О. Современные движения земной коры осадочных бассейнов. М.: Наука, 1989. 183 с.

Соболев Г.А., Закаржевская Н.А., Мигунов И.Н. Влияние метеорологических условий на тектонические деформации в часовом диапазоне периодов // Физика Земли. 2021. № 6. С. 20–35. https://doi.org/10.31857/S0002333721060090

Соловицкий А.Н. Теория высот при изучении геодинамики земной коры // Вестн. Сиб. гос. ун-та геосистем и технологий. 2018. Т. 23, № 2. С. 34–42.

Стеблов Г.М., Фролов Д.И., Куксенко В.С. Кинематика движения материков Земли // Физика твердого тела. 2005. № 6. С. 1009–1014.

Стеблов Г.М., Василенко Н.Ф., Прытков А.С., Фролов Д.И., Грекова Т.А. Динамика Курило-Камчатской зоны субдукции по данным GPS // Физика Земли. 2010. № 5. С. 77–82.

Тимофеев В.Ю., Калиш Е.Н., Стусь Ю.Ф., Ардюков Д.Г., Валитов М.Г., Тимофеев А.В., Но-сов Д.А., Сизиков И.С., Бойко Е.В., Горнов П.Ю., Кулинич Р.Г., Колпащикова Т.Н., Прошкина З.Н., Назаров Е.О., Колмогоров В.Г. Вариации силы тяжести и смещений в зонах сильных землетрясений на Востоке России // Физика Земли. 2018. № 3. С. 45–59.

Трубицын В.П. Реология мантии и тектоника океанических литосферных плит // Физика Земли. 2012. № 6. С. С. 3–22.

Фаттахов Е.А. Определение главных осей сжатия и растяжения по светодальномерным данным методом тензометрического анализа (Петропавловский геодинамический по-лигон, п-ов Камчатка) // Геофизические процессы и биосфера. 2021. Т. 20, № 4. С. 138–146. https://doi.org/10.21455/GPB2021.4-9

Физическая энциклопедия. В 5 т. / Гл. ред. А.М. Прохоров. М.: Сов. энциклопедия, 1988. Т. 1. Ааронова–Длинные. 703 с.

Хайкин С.Э. Механика. М.: Гос. изд-во технико-теорет. лит-ры, 1940. 371 с.

Хайкин С.Э. Силы инерции и невесомость. М.: Наука, 1971. 312 с.

Хисамов Р.С, Гатиятуллин Н.С., Кузьмин Ю.О., Бакиров Р.Х., Гатиятуллин Р.Н., Рахмат-тулин М.Х., Баратов А.Р., Кашуркин П.И. Современная геодинамика и сейсмичность юго-востока Татарстана / Под ред. Р.С. Хисамова, Ю.О. Кузьмина. Казань: Фэн, 2012. 240 с.

Цуркис И.Я. Две составляющие барического наклона элементов земной поверхности: Слу-чай слабого рельефа // Сейсмические приборы. 2020. Т. 56, № 2. С. 23–38.

Цуркис И.Я. О влиянии рельефа на термоупругие деформации земной коры: Поправки к температурному полю // Сейсмические приборы. 2022. Т. 58, № 4. С. 62–80. https://doi.org/10.21455/si2022.4-4

Широков И.А., Анохина К.М. О связи пространственно-временных вариаций наклонов зем-ной поверхности с вариациями атмосферного давления // Физика Земли. 2003. № 1. С. 84–87.

Эглит М.Э., Дроздова Ю.А. Механика сплошных сред. М.: Издат. центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2012. 264 с.

Allen M., Jacson J., Walker R. Late Cenozoic reorganization of the Arabia–Eurasia collision and the comparison of short-term and long-term deformatijn rates // Tectonics. 2004. V. 23 (2). P. 1–16. https://doi.org/10.1029/2003TC001530

Andronov A.A., Chaikin C.E. Theory of oscillations. New Jersey, Princeton: Princeton Univ. Press, 1949.

Atabekov I. Earth coreʼs stresses variation in Central Asian earthquakes region // Geod. and Geodyn. 2020. V. 11 (4). https://doi.org/10.1016/j.geog.2019.12.005

Berger J.A. A note on thermoelastic strains and tilts // J. Geophys. Res. 1975. V. 80, is. 2. Р. 274–277.

Burov E.B. Plate rheology and mechanics // Treatise of Geophysics / Ed. G. Schubert. Amsterdam: Elsevier, 2007. V. 6. Crust and Lithospere Dynamics. P. 100–161.

Churikov V.A., Kuzmin Yu.O. Relation between deformation and seismicity in the active fault zone of Kamchatka, Russia // Geophys. J. Intern. 1998. V. 133. P. 607–614.

Geertsma J. Land subsidence above compacting oil and gas reservoirs // J. Petrol. Technol. 1973. V. 50. P. 734–744.

Grigoryev A.S., Volovich I.M., Mikhailova A.V., Rebetsky Yu.L., Shakhmuradova Z.E. Relationships between the kinematics of the top of a layer and the state of stress within it due to block mo-tion at its bottom (in connection with the interpretation of recent movements) // J. Geodyn. 1988. V. 10, N 2–4. P. 127–138. https://doi.org/10.1016/0264-3707(88)90019-1

Harrison J.C., Herbst K. Thermoelastic strains and tilts revisited // Geophys. Res. Let. 1977. V. 4, is. 11. Р. 535–537.

Karato S. Deformation of Earth materials. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2008. 463 p.

Kogan M.G., Steblov G.M. Current global plate kinematics from GPS (1995–2007) with the plate consistent reference frame // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. B04416.

Love A.E.H. A treatise on the mathematical theory of elasticity. 4th ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1927.

Malkin A.Ya. Rheology fundamentals. Toronto, Canada: ChemTec Publ., 1994. 327 p.

Maxwell J.C. Matter and motion. London: Society for Promoting Christian Knowledge; New York: Pott, Young & Co., 1876. 128 p.

Mäkinen J., Kaftan V.I., Demiyanov G.V. et al. Crustal uplift in eastern Fennoscandia: Results from repeated Russian and Finnish leveling / EGU General assembly, Vienna, April 13–18, 2008. Vienna, 2008.

Nilforoushan F., Masson F., Vernant Ph., Vigny Ch. GPS network monitors the Arabia–Eurasia col-lision deformation in Iran // J. Geodesy. 2003. V. 77 (7). P. 411–422.

Reiner M. Deformation, strain and flow. London: H.K. Lewis & Co, 1960. 347 p.

Saberi E., Yassaghi A., Djamour Y. Application of geodetic leveling data on recent fault activity in Central Alborz, Iran // Geophys. J. Intern. 2017. V. 211. P. 773–787.

Segall P. Induced stresses due to fluid extraction from axisymmetric reservoirs // Pure and Appl. Geophys. 1992. V. 139. P. 535–560.

Subsidence due to fluid withdrawal / Eds G.V. Chilingarian, E.C. Donaldson, T.F. Yen. Amster-dam, Lausanne, New York, Oxford, Shannon, Tokyo: Elsevier Sci.,1995. 519 p.

Timoshenko S., Goodier J.N. Theory of elasticity. 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 1970. 608 p.

Trifonov V.G. Late Quaternary tectonic movements of Western and Central Asia // Geol. Soc. Amer. Bull. 1978. V. 89. P. 1059–1072.

Turcotte D.L., Shubert G. Geodynamics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002.

Vernant P., Nilforoushan F., Hatzfeld D., Abbassi M.R., Vigny C., Masson F., Nankali H., Marti-nod J., Ashtiani A., Bayer R., Tavakoli F., Chéry J. Present-day crustal deformation and plate kinematics in the Middle East constrained by GPS measurements in Iran and Northern Oman // Geophys. J. Intern. 2004. V. 157. P. 381–398.