Неприливные вариации вертикальнго градиента силы тяжести Чирков, Владислав Николаевич

Введение к работе

з

Актуальность работы. В последние десятилетия все больший интерес вызывают естественные вариации геопотенциальных полей, которые позволяют изучать внутреннее строение Земли вплоть до ядра. В последнее время наряду с сейсмическими, электромагнитными и другими методами значительное место в изучении Земли стали занимать вариации гравитационного поля. Дело в том, что гравитационное поле в отличие от других полей позволяет изучать более глубокие слои Земли, так как для силы тяжести не существует никаких экранов, как, например, в электромагнитном поле или в прохождении сейсмических колебаний.

На первом этапе изучались лунносолцечные вариации силы тяжести. Была создана приемлемая модель для расчета вариаций. Позже начали наблюдать неприливные вариации силы тяжести, и которые позволили выявить собственные колебания Земли. В последнее время на кафедре геофизики ВГУ были обнаружены неприливные вариации вертикального градиента силы тяжести. На первый взгляд неприливные вариации градиента логично вытекали из вариаций силы тяжести. Но элементарные расчеты показали, что амплитуда таких вариаций должна быть ничтожна, а экспериментально наблюдаемые амплитуды на несколько порядков выше. Несомненно, тема исследований актуальна и носит преимущественно фундаментальный характер.

Цель работы. Изучить неприливные вариации вертикального градиента силы тяжести, определить основные периоды изменения вариаций, их спектральные характеристики и обосновать их возможное использование в изучении внутренней структуры Земли и земной коры.

Задачи исследований. Задачи диссертации можно сформулировать следующим образом:

1.Разработать методику наблюдений и обработки неприливных вариаций вертикального градиента силы тяжести.

1. Изучить связь между вариациями градиента и собственными колебаниями Земли.

2. Дать оценку возможного использования неприливных вариаций градиента при изучении Земли.

3. Сделать предположения о возможных причинах неприливных вариаций вертикального градиента.

Фактический материал и методы исследований. В диссертации представлены результаты четырехлетних исследований вертикального градиента силы тяжести. Основой предлагаемой работы являются полуторолетние стационарные исследования вертикального градиента силы тяжести, которые были проведены

автором на кафедре геофизики ВГУ. Кроме того в диссертац^ использованы данные полученные на кафедре геофизики npt проведении синхронных наблюдений вариаций вертикальногс градиента в г. Воронеже и в г. Мирный (Якутия), а также данные полученные при проведении работ, которые были направлены н: изучение возможности использования неприливных вариаций е оценке динамической активности земной коры и сейсмотектонического районирования. Для сравнительного анализа наблюдение в диссертации использован временной ряд наблюдений, полученный доц. Слюсаревым, с его разрешения.

Научная новизна. В диссертации представлены результать: четырехлетних исследований вертикального градиента силы тяжести. Основные результаты, определяющие теоретическую V практическую значимость выполненных исследований, состоит е следующем.

1. Впервые были проведены стационарные измерения неприливных вариаций вертикального градиента силы тяжести и разработана методика измерений и обработки наблюденных вариаций градиента, позволившие выявить и охарактеризовать основные периоды вариаций градиента.

2. Обнаружены новые закономерности изменения вариаци во времени. В частности выявлена зона аномальных изменение вертикального градиента и их связь с землетрясениями. Выявлены новые долговременные периоды вариаций и обнаружена и> возможная зависимость от положения оси вращения Землив пространстве, а также доказана реальность существования неприливных вариаций вертикального градиента.

3. Доказана связь собственных колебаний Земли с неприливными вариациями вертикального градиента, для чего бы/ проведен уникальный эксперимент по синхронному измереник вариаций в г. Мирном (Якутия) и в г. Воронеже

4. Намечены пути практического использования неприливных вариаций в геологоразведочном деле. На примере наблюдений над разломными зонами был установлен критерий определения динамической активности земной коры. В качестве критерия определена среднеквадратическая погрешность единичного измерения градиента. По указанному критерию можно проводить тектоническое и сейсмотектоническое районирование.

5. Установлено, что неприливные вариации начинаются задолго до землетрясений, что позволяет высказать предположение, что источником собственных колебаний Земли являются не землетрясения, а наоборот, собственные колебания являются спусковым механизмом для землетрясений.

Практическое значение. Поскольку с уменьшением периода колебаний в действие вступают все более верхние части геологического разреза, то, очевидно, можно попытаться использовать это обстоятельство для практических целей. Например, средне-периодные колебания использовать для определения добротности мантии Земли. В самой верхней части картина колебаний начинает резко усложняться из-за изменчивости упругих свойств горных пород, вызванных изменением литологии и целостности отложений (разломы). Так как при измерении вертикального градиента наблюдается дискретность, то выявить и учесть короткопе-риодные вариации невозможно из-за того, что шаг дискретизации наблюдений сопоставим или больше периодов колебаний. Тогда такие колебания уже выступают в качестве помех случайного характера. Для проверки была использована съемка вертикального градиента силы тяжести над алмазоносной Ботуобинской ким-берлитовой трубкой (Якутия). Подобные зоны повышенной дисперсии V_zz были выделены также при профильных измерениях на трубке Амакинская (Якутия), а также на трубках Ломоносовская и Полярная (Архангельская область). Указанная методика оценки динамической активности использовалась и. при региональных исследованиях на Мирненском алмазоносном поле.

Необходимо отметить, что выявленная связь дисперсии вариаций градиента с разломивши зонами может.иметь и другое важное значение. Очевидно, что интенсивность погрешности зависит от активности разломных зон. Если разломная зонз является «залеченной», т. е. массив горных пород становится более или менее однородным, то такая разломная зона вряд ли проявится в дисперсии наблюдений. Следовательно, указанное свойство можно использовать для оценки тектонической активности разломов и соответственно для сейсмотектонического районирования, начиная с регионального и кончая инженерно-геологическим при строительстве промышленных и гражданских объектов. Можно также отметить, что, несмотря на удовлетворительные результаты использования вариаций градиента для геологических целей в указанном направлении нужны еще многие дополнительные исследования в аппаратурном, методическом и прикладном направлениях.

Апробация работы и публикации. Результаты работ докладывались ка ежегодных научных конференциях Воронежского университета, а также на международном семинаре им. Г.Д. Успенского "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" в г. Воронеже (1996г.) и вт. Ухте (1997г.).

По теме диссертации в период 1996-1998г.г. опубликовано f статей.

Объем и структура работы. Диссертация включает: 97 страниц, в том числе 8 таблиц, 25 рисунков. В списке литературь: учтены 55 опубликованных работ.