Введение к работе
Актуальность исследований. Урбанизация значительных по площади территорий приводит к изменению естественного состояния геологической среды. Результатом техногенных вмешательств является нарушение ее равновесия, возникновение различных по интенсивности и форме динамических явлений. Наиболее катастрофичными среди них следует считать техногенные землетрясения. Вследствие этого проблема изучения состояния геологической среды имеет не только научно-техническое, но и социальное значение. По мере развития процессов урбанизации актуальность этой проблемы, а также необходимость ее решения становятся все острее. В научном отношении это привело к становлению новой отрасли в геологической науке – экологической геологии, изучающей закономерности пространственно-временных изменений литосферы под действием естественных и техногенных факторов (Трофимов и др., 2002, 2006).
Воздействия естественных и техногенных факторов многопланово и многофункционально. В частности, они способствуют изменению физических свойств, напряженно-деформированного и энергетического состояния геологической среды и проявляются в изменении характеристик измеряемых геофизических полей. Поэтому неслучайно элементами структуры экологической геологии являются экологическая геодинамика и экологическая геофизика.
Изучение состояния геологической среды геофизическими методами представляет триединую задачу, а именно:
-
изучение строения среды;
-
оценка ее естественного напряженно-деформированного режима;
-
изучение реакции среды при воздействии на нее естественных и техногенных факторов.
На урбанизированных территориях очень высок уровень различных помех, затрудняющих измерение характеристик физических полей и как следствие делающих порой невозможным изучение строения и состояния геологической среды. Наиболее помехоустойчивыми методами являются сейсмический и гравиметрический.
Опыт применения геофизических методов для изучения состояния геологической среды урбанизированных территорий пока невелик и ограничивается использованием в основном сейсмического метода для установления особенностей геодинамики и микросейсмического фона геологической среды (Жигалин, Попова и др., 2004), осуществления прогноза сейсмической активности природного и техногенного характера. Анализ обменных PS-волн далеких землетрясений позволил получить представление о напряженном состоянии геологической среды в интервале глубин 0-20 км в пределах Московского мегаполиса (Померанцева, Солодилов, 2004).
Целесообразность применения гравиметрии для изучения состояния среды обусловлена не только помехоустойчивостью метода, но также тем, что между потенциалом силы тяжести и компонентами вектора смещения частиц среды при ее деформировании установлена функциональная зависимость (Филатов, 1990). На основе этой зависимости был разработан метод тектонофизического анализа гравитационного поля, позволяющий вычислять различные деформационные характеристики: главные значения и главные направления тензора чистой деформации, дилатацию и др. Этот метод был применен для изучения деформационного состояния геологической среды в пределах Екатеринбурга.
Целью работы является создание методики изучения деформационного состояния геологической среды по гравиметрическим данным.
Задачи исследований. Изучить геологическое строение и тектонику района Екатеринбурга. Разработать методику интерпретации и осуществить интерпретацию аномалий силы тяжести района Екатеринбурга с целью установления размеров, формы и условий залегания плотностных неоднородностей (интрузивных массивов), являющихся основными источниками деформирования геологической среды.
-
Выполнить тектонофизический анализ поля силы тяжести для установления характера поля деформаций, обусловленного плотностной неоднородностью геологической среды.
-
Дать динамическую и энергетическую характеристику геологической среды района Екатеринбурга по комплексу геолого-геофизических и геодезических данных.
Защищаемые положения. 1. Впервые при изучении геологического строения района Екатеринбурга построены трехмерные модели всех интрузивных массивов (плотностных неоднородностей) по гравиметрическим данным.
2. Гравитационные силы, обусловленные гранитными и гранитоидными массивами, определяют режим растяжения, ультраосновные массивы – режим сжатия в геологической среде.
3. Верхняя часть земной коры района Екатеринбурга под действием гравитационных сил в основном находится в режиме разгрузки.
Научная новизна выполненной работы состоит в следующем:
- разработана методика интерпретации, и выполнена интерпретация аномалий силы тяжести, в результате чего построены трехмерные модели всех интрузивных массивов района Екатеринбурга (плотностных неоднородностей);
- впервые для района Екатеринбурга получена характеристика поля деформации, обусловленного гравитационными силами или плотностной неоднородностью среды.
Практическая значимость работы
-
Результаты интерпретации аномалий силы тяжести могут быть использованы для изучения глубинного (первые километры) геологического строения района Екатеринбурга.
-
Разработанная в диссертации методика может быть применена для изучения деформационного состояния геологической среды в пределах мегаполисов и других территорий.
-
Предложен приближенный способ оценки энергии, выделяющейся в геологической среде, основанный на явлении разрушения водопроводных труб, имеющий в Екатеринбурге массовый характер.
Апробация работы. Материалы, положенные в основу работы, доложены на российских и международных конференциях: II и III научные чтения памяти Ю.П. Булашевича (Екатеринбург, 2003, 2006); Пятая и Седьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике (Екатеринбург, 2004; Пермь, 2007); V Международная научно-практическая геолого-геофизическая конференция – конкурс молодых ученых и специалистов «Геофизика -2005» (Санкт-Петербург, 2005); Международная научно-практическая конференция «Геодинамика-2005» (Новосибирск, 2005); Восьмые и Девятые геофизические чтения имени Федынского В.В. (Москва, 2006, 2007); Всероссийская научно-практическая конференция «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (Екатеринбург, 2006).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано двенадцать печатных работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 109 страниц текста, 27 рисунков, 2 таблицы и библиографический список из 74 наименований.
