Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС MAPINFO ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ СЕЙСМИЧНОСТИ ПО СТАТИСТИКЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ АНОМАЛИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Трофименко С.В. 1 Гриб Н.Н. 1 Иванова Н.А. 1 Никитин В.М. 1
1 Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова
Рассмотрена задача изучения геологических критериев сейсмичности. За основу критериев принята модель пространственной корреляции геологических формаций с зонами деформаций, выделенных по геофизическим признакам. Для построения деформационных зон изучена статистика пространственного распределения геофизических полей магнитной и гравитационной природы. В статистике азимутов аномалий выделены семь систем максимумов во взаимно ортогональных направлениях. Выделенные зоны увеличенной плотности аномалий геофизических полей ассоциированы с процессами деформации земной коры. Установлено, что пространственная плотность эпицентров землетрясений контролируется системами аномалий геофизических полей (деформационными зонами) в двух азимутах. Формальное сравнение пространственного положения геологических формаций с преобладающими зонами геофизических аномалий показывает приуроченность градиентов плотности очагов землетрясений к геологическим контактам горных пород различного возраста. Комплексные сейсмотектонические исследования позволили выявить взаимосвязи сейсмичности с особенностями геолого-структурного и тектонического плана территории.
земная кора
блоковое строение
геофизические поля
зоны деформаций
геологические формации
землетрясение
ГИС MapInfo
1. Геологическая карта Южной Якутии масштаба 1:500 000 / под ред. Л.М. Реутова. – Якутск, 1976.
2. Пейве А.В. Тектоника и магматизм // Изв. АН СССР, сер. геологическая. – 1961. – № 3. – С. 36–54.
3. Садовский М.А. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва. – М.: Наука, 2004. – 440 с.
4. Структурно-формационная карта Южной Якутии масштаба 1:500 000 / под ред. Е.П. Максимова. – Якутск, 1982.
5. Трофименко С.В. Методика и технология выделения систем разломов Алданского щита / А.С. Статива, С.В. Трофименко // Горный информационно-аналитический бюллетень / Региональное приложение ЯКУТИЯ. – Вып. 3. – М.: Изд-во МГГУ, 2006. – С. 155–166.
6. Трофименко С.В. Построение систем разломов Алданского щита по геофизическим данным / А.С. Статива, С.В. Трофименко // Горный информационно-аналитический бюллетень / Региональное приложение ЯКУТИЯ. Вып. – 3. – М.: Изд-во МГГУ, 2006. – С. 193–196.
7. Трофименко С.В. Ортогональные системы разломов Алданского щита и их геологическая позиция / А.С. Статива, С.В. Трофименко // Горный информационно-аналитический бюллетень / Региональное приложение ЯКУТИЯ. Вып. 4. – М.: Изд-во МГГУ, 2006. – С. 179–187.
8. Трофименко С.В. Пространственное распределение индикаторов систем разломов Алданского щита / А.С. Статива, С.В. Трофименко, В.С. Имаев // Горный информационно-аналитический бюллетень / Региональное приложение ЯКУТИЯ. Вып. 4. – М.: Изд-во МГГУ, 2006. – С. 188–196.
9. Трофименко С.В. Тектоническая интерпретация статистической модели распределений азимутов аномалий гравимагнитных полей Алданского щита. – Тихоокеанская геология. – 2010. – Т. 29. – № 3. – С. 64–77.
10. Разломная тектоника и геодинамика в моделях очаговых зон сильных землетрясений Южной Якутии / В.С. Имаев, С.В. Трофименко, В.И. Имаева, Н.Н. Гриб, Б.М. Козьмин, В.М. Никитин, А.И. Мельников, А.С. Статива. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 274 с.
11. Тяпкин К.Ф., Гонтаренко В.Н. Системы разломов Украинского щита. – Киев: Наук. думка, 1990. – 184с.

При статистическом моделировании пространственного размещения аномалий магнитного и гравитационного полей, геофизических признаков разломов было выделено семь взаимоортогональных систем доменов с азимутами простираний: 1 – (3–273°), 2 – (26*–296°), 3 – (35–305°*), 4 – (40–310°), 5 – ((60–64) – (330–334°)), 6 – (70–340°), 7 – (84–354°). Погрешность определения выделенного направления составила (±3° – ±5°) [5–7].

Построенная статистическая модель распределений аномалий геофизических полей Алданского щита нашла свое практическое применение при прогнозе зон сильных землетрясений Олекмо-Становой сейсмической зоны, при моделировании которой обычно рассматривают территорию от восточного фланга Байкальской рифтовой зоны на западе до Удской Губы на востоке, в пределах 120–135 ВД и 55-59° СШ [8–9].

Комплексные сейсмотектонические исследования авторов [10] позволили для Олекмо-Становой зоны выявить взаимосвязи сейсмичности с особенностями геолого-структурного и тектонического плана территории. Результаты этих исследований были сопоставлены с пространственным положением узлов выделенных систем (рисунок).

Западная группа землетрясений с магнитудой более 5 приурочена к узлу 5 порядка, т.е. к локальной зоне, в которой сходятся системы индикаторов с азимутами 3, 26, 40, 64 и 70° и пространственно укладывается в основную доменную структуру (40–310°). Простирание зон сгущения эпицентров землетрясений центральной части ОСЗ имеют общий азимут 310°.

pic_44.tif

Фрагмент пространственной структуры доменов ортогональной системы линейных элементов геофизических полей (индикаторов разломов) с азимутами (40–310°) с эпицентрами землетрясений Олекмо-Становой сейсмической зоны и узлами всех выделенных систем: 1 – эпицентры землетрясений; 2 – сильные землетрясения; 3 – узлы выделенных систем индикаторов разломов; 4 – осевые линии увеличенной плотности линейных индикаторов в азимутах (40–310°) 1 и 2-го порядков

Прогнозируемые сейсмогенные блоки вероятных очагов землетрясений располагаются в узлах системы 40–310° с пересечением широтных структур повышенной плотности узлов (рисунок).

В центре анализируемой области (координаты центра 126 ВД, 57СШ) выделяется зона шириной 30 и протяженностью 100 км, в которой сходятся шесть из семи систем. Данный узел 6 порядка приурочен к р. Тимптон (рисунок). Центр данной локальной зоны является узлом системы (40–310°) второго порядка. Данный блок является асейсмичным в настоящее время, однако по аналогии с западным узлом 5-го порядка может считаться одним из вероятных мест разрядки тектонических напряжений.

Данные закономерности позволяют предположить, что система 40–310° является активной в настоящее время и контролирует сейсмический процесс Олекмо-Становой сейсмической зоны.

Блоковая структура литосферы в современной концепции делимости земной коры разрабатывается на основе классических работ А.В. Пейве [2] и М.А. Садовского [3]. Имеющиеся данные прямо указывают на вращательный, крутильный и вихревой характер движения блоков, плит и других геологических структур планеты, на основании которых делается вывод о том, что каждый блок обладает самостоятельной движущей силой, связанной с вращением Земли. Многими авторами отмечается «самостоятельный», «собственный», «с ненулевыми дивергенциями и вихрями» и упругий характер таких движений, прямо связанных с вращением планеты [2]. Основным результатом такого рассмотрения в пределах Алданского щита явилось доказательство того, что статистические модели геофизических полей гравитационной и магнитной природы укладываются в строго ориентированные системы доменов, контролируемые докембрийскими тектоническими структурами [7, 9].

Построения ортогональных систем докембрийских разломов и геологических формаций Алданского щита основаны на разных геотектонических концепциях. Тем не менее в настоящее время считается, что концепция блокового строения геофизической (в смысле М.А. Садовского [3]) и геологической (в смысле А.В. Пейве [2]) сред наиболее полно соответствует всему имеющемуся комплексу геофизических и геологических данных о Земле. В связи с этим представляет несомненный интерес выявление закономерных взаимосвязей между выделенными системами доменов по геофизическим полям и геологическими формациями.

С одной стороны, это чисто научная задача: определение порядка заложения выделенных систем разломов (систем доменов) и сравнение с аналогичными исследованиями, с другой стороны, прикладная – поиск закономерностей распространения металлогенических поясов Алданского щита, имеющая важное экономическое значение.

В качестве исходных материалов для выполнения данной работы использована карта масштаба 1:500 000 систем индикаторов разломов, построенная методом статистического анализа распределений геофизических аномалий магнитного и гравитационного полей [7, 8] по методике, разработанной авторами [11]. Для проведения анализа модели геофизической среды, ассоциируемые с докембрийскими разломами Алданского щита, были привязаны к структурно-формационной карте Южной Якутии (Алданский щит) масштаба 1:500 000 под редакцией Е.П. Максимова [4].

Пространственная взаимосвязь систем разломов (по геофизическим полям) Алданского щита с геологическими формациями устанавливалась методом факторного сопоставления исходных карт в масштабе 1:500 000 в геоинформационной картографической системе Map Info. Положительным считался результат, если в системы доменов с определенными азимутами простираний укладывались формации, в пространственном положении которых наблюдалась одна следующих закономерностей:

1) группа формаций или формация располагаются в пределах блоков земной коры, ограниченных доменами определенных систем;

2) линейно вытянутые области распространения формаций совпадают с положением протяженных зон определенных систем или имеют одинаковую с ними ориентировку;

3) в сложных контурах областей распространения формаций наблюдаются ориентировки их фрагментов, параллельные ориентировкам доменов определенных систем [8].

Для удобства описания положения систем доменов и их геологической позиции была принята схема районирования, предложенная Л.М. Реутовым и И.М. Фрумкиным [1].

Методика и технология построения статистических моделей геофизических полей гравитационной и магнитной природы подробно изложены в работе [5]. Получено следующее:

1. Система доменов с азимутами простираний 3 и 273°. Геологические формации, пространственно связанные с доменами данной системы, распространены преимущественно в Западном и Центральном регионах. В пределах Алдано-Нимнырского района Центрального региона простирание большинства участков, сложенных различными породами, субмеридиональное. Однако отмечается ряд исключений. Так, участки, сложенные породами метаморфизованной габбро-диабазовой формаций субганского комплекса, на западе и востоке Центрального региона имеют азимут простирания 340°. В Зверевском районе Центрального региона участки, сложенные сланцево-гнейсово-гранулитовой формацией Иенгрского комплекса, имеют азимут простирания 310°.

Следует отметить, что практически все разломы субмеридионального направления подчеркиваются породами мигматит-гранитовой формации. Приуроченность к разломам субширотного направления формаций Иенгрского и Курультино-Гонамского комплексов раннеархейского и катархейского возраста свидетельствуют о более ранней активизации системы с азимутами простираний 3 и 273°.

2. Система доменов с азимутами простираний 26 и 296°. Установлена четкая взаимосвязь ряда докембрийских геологических формаций и разломов с азимутами простираний 26 и 296°. В Алдано-Нимнырском районе в пределах блока распространены гнейсово-карбоиатная гранулитовая формация Eqn48.wmf Тимптоно-джелтулинского комплекса раннеархейского возраста.

На востоке Алдано-Нимнырского района и в северной части Удоканского района наблюдаются многочисленные дайки долеритов. В пределах Суннагинского района наблюдается обширный участок протяженностью около 250 км, сложенный породами Майманакского комплекса раннерифейского возраста. Этот участок находится в пределах известного по литературе Учурского блока.

3. Система разломов с азимутами простираний 32 и 302°. Ведущую роль в формировании мигматит-гранитовой формации играли разломы систем с азимутами простираний 3 и 273°, 32 и 302°. Максимальные площади заняты описываемой формацией в полосе между отдельными доменами данной системы либо имеют вытянутость вдоль системы доменов. Закономерных связей других формаций с системой доменов с азимутами простираний 32 и 302° выявить не удается.

4. Система доменов с азимутами простираний 40 и 310°. Геологические формации, которые пространственно можно связать с данной системой разломов, сконцентрированы в Центральном регионе Алданского щита. Наиболее древняя базит-сланцево-гранулятовая формация (F1bsr) развита вдоль отдельных доменов, которые ограничивают блок, в пределах которого развита сланцево-гнейсо-гранулитовая Eqn49.wmf и базит-сланцево-гранулитовая (F1bsr) формации. Гнейсово-гранулитовая формация Eqn50.wmf встречается на всей территории Центрального региона. Для участков, сложенных данной формацией, характерны ориентировки вдоль доменов системы с азимутами простираний 40 и 310°.

5. Система доменов с азимутами простираний 61 и 331°. Геологические формации, связь которых установлена с доменами данной системы, распространены на территории Центрального и Восточного регионов Алданского щита. В северной части Суннагинского района домены ограничивают блок, в пределах которого распространены породы сланцево-гнейсово-гранулитовой Eqn51.wmf, гнейсового-гранулитовой Eqn52.wmf, гранат-гнейсово-гранулитовой Eqn53.wmf и карбонат-гнейсово-гранулитовой Eqn54.wmf формаций.

В пределах блока и по его границам, простирания геологических тел подчинены направлениям 61 и 331°. Область распространения карбонат-гнейсово-гранулитовой формации расположена в пределах доменов данной системы, хотя границы ее распространения зачастую имеют субмеридиональное простирание.

Следует отметить, что области распространения гнейсово-карбонатной гранулитовой формации Eqn55.wmf линейно вытянуты вдоль данной системы и прослеживаются в его пределах далеко на северо-запад. В Центральном регионе простирание областей распространения этой формации близко к меридиональному.

6. Система доменов с азимутами простираний 70 и 340°. С данной системой разломов намечается связь метаморфизованной габбро-диабазовой формации Eqn56.wmf.

7. Система доменов с азимутами простираний 84 и 354°. В Западном регионе развита группа формаций, относимая к Олекмо-Становому комплексу раннеархейского возраста. Области распространения биотит-гнейсововой амфиболитовой Eqn57.wmf, биотит-амфибол-гнейсовой амфиболитовой Eqn58.wmf, амфибол-гнейсово-сланцевой амфиболитовой Eqn59.wmf, гранат-гнейсовой амфиболитовой Eqn60.wmf формаций имеют вытянутость по азимуту 84°. Важно отметить, что эти же формации наблюдаются в другой, отличной от Западного региона, тектонической зоне – Становой складчатой области.

Простирание областей распространения пород описываемой группы формаций, совпадающее с простиранием доменов систем, свидетельствует о тесной их генетической связи. Области распространения гранат-гнейсово-гранулитовой Eqn61.wmf и сланцево-гнейсово-гранулитовой Eqn62.wmf формаций расположены в блоке имеют ориентировку 354°.

Выводы

Сложность изучения взаимосвязи систем доменов и геологических формаций определяется тем, что в формировании последних принимают участие разломы различных направлений. Это особенно характерно для мигматит-гранитовой формации Eqn63.wmf Субганского комплекса, которая распространена на всей территории Алдано-Становой области. Тем не менее можно отметить, что ряд закономерностей носит общий характер.

В то же время формирование геологических формаций на ранней стадии образования земной коры происходило, по-видимому, под влиянием уже отчасти сформированных и в последующем активизированных отдельных систем разломов. Поэтому сложные границы областей распространения геологических формаций определяются влиянием на их формирование системами доменов с разными азимутами простирания.

В результате выполнения работ построена карта систем докембрийских разломов Алданского щита на формационной основе в ГИС MapInfo в масштабе 1:500 000. Созданы базы данных по активным разломам и землетрясениям. В совокупности данный материал может быть использован в качестве основы при прогнозировании пространственной взаимосвязи мест землетрясений с геологическими объектами, имеющее важное значение в вопросах обеспечения сейсмической безопасности региона исследований. Научное значение данного направления исследований связано с возможностью восстановления последовательности тектонического развития региона и тектонического районирования. Практическая значимость обусловлена возможностью детализации при решении задач металлогенической специализации разломов и изучения закономерностей взаимосвязи систем разломов и рудных месторождений при детализации систем разломов на отдельных участках в более крупных масштабах. Данные виды работ являются предметом дальнейших исследований.

Работа выполнена при финансовой поддержке Дирекции программ развития ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет.

Рецензенты:

Самохин А.В., д.т.н., профессор кафедры «Физика и прикладная математика, Муромский филиал Владимирского государственного университета, г. Муром;

Смелов А.П., д.г.-м.н., профессор, директор ФГБУН «Институт геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения Российской академии наук», г. Якутск.

Работа поступила в редакцию 08.10.2013.


Библиографическая ссылка

Трофименко С.В., Гриб Н.Н., Иванова Н.А., Никитин В.М. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС MAPINFO ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ СЕЙСМИЧНОСТИ ПО СТАТИСТИКЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ АНОМАЛИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СРЕДЫ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-6. – С. 1238-1242;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32523 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252