Введение к работе
Актуальность темы исследования.
С--
Тихоокеанский подви&яый пояс СТПГО представляет собой узкую тектоническую область, проходякую по границе сочленения Тихого океана и округлених его конткнентсв и опоясывающую еєсь земной шар в меридиональном направлении. Эта область характеризуется чрезвычайно высокой тектонической активностью:, в пределах Пояса сосредоточено более 2/3 всех действующих вулканов, здесь выделя- ется около 80 всей сейсмической энергии планеты-. В то же время, ТИП - зона наиболее активной человеческой деятельности. Здесь находятся крупнейшие- города дальнего Востока Российской Федерации, Китая и других стран Тихоокеанского региона, важнейшие коммуникации, плотиин, атомные электростанции, хракилица химических и радиоактивных веиеств и другие об'єкте, аварии которых могут привести к тяжелым бедствиям и составить серьезную угрозу выживанию человечества. В связи с э.тим особую актуальность приобретает проблема разработки научшгх основ предсказания стихийных и других катастроф применительно к Тихоокеанскому недвижному поясу..-
Изучение геодинамики литосферы ТИП имеет также фундаментальную значимость. Существующую геотектоническую парадигму -гипотезу тектоники плит нельзя пока считать имєеїєй статус строгого научного знания. Поэтому знание современной геодинами структур планетарного ранга, таких как Тихоокеанский подвижный пояс может сыграть важную роль в выработке правильных представлений о сущности и направленности тектонических процессов всей планеты.
Цель работы.
Изучение геодинамики литосферы Тихоокеанского подвижного пояса и выявление закономерностей его структурной и динамичес-кой организаций.
Задачи работы 1. Одной из основных проблем геодинаміки является проблема движуща сил. В качестве возможных рассматривается силы, вызываемые конвекцией, отрицательной плавучестью погружавшейся литсс-феры, рнфтовые и другие. Как правило, перечисленные силы связывает с запасами тепловой энергии з недрах планета. В то же время существуют другие источника энергии, способные влиять ка ее тек-тон;гч5с:*:ую активность. ТаксвсП является, например, солнечная радиация. За год Земля поглодает примерно 2.1 10"51 эрг, что на три порядка больше внутренней энергии, выделявшейся за счет потека тепла через поверхность. Многие исследователи причину тектогенеза ' видят в ротационном режиме планеты - изменениях скорости враше-ния и движениях полюса. Однако, простые оценк;'. похазызают. что инерционные силы и силы Корполиса малы по сравнению с вязким::. Ка этом оснозании вращение планеты как непосредственная причина крупномасштабных движений мантии и литосферы исключается. Следовательно, еЪли преобразеваниэ энергии вращения в тектонические напряжения и деформации имеет место, то оно должно осу-шэстбллться -посредством каких-то особенных механизмов. В связи с этим была поставлена задача изучить энергетику пзоцес-сов способных влиять на тектоническую активность Тихоокеанского подвитого пояса, а также рассмотреть механизмы преобразования энергии этих процессов в тектонические движения и другие струк-турсосюазуюане явления."
2. На сегодня собрано чрезвычайно большое количество ре
зультатов геологических, геофизических и геохимических наблюде
ний. Однако эти сведения не представляет единой системы данных о
Земле. Дело в том, что сни характеризует, как правило, лишь" от-
дельные участки планеты, получены в различных условиях и различ-
, ной .аппаратурой, поэтому их интерпретация приведет к несопоставимым, а значит, в целом, неверным результатам. Получение информации.которая: а) характеризовала бы Земле в целом, т е. как единую систему; б) была бы обеспечена метрологически; вЗ представлена в форме удобной для количественного анализа, качалось вместе с развитием методов исследования Земли из космоса. Наиболее важными для геодинамических исследований являются: гравитационное поле; рельеф твердой Земли; сейсмоскоростные неоднородности планетарной среды; скорости горизонтальных и вертикальных смещений поверхности. Недели строения и динамики.различных участков планеты, построенные на основе этих данных будут сопоставимы и. их можно будет рассматривать как части единой системы. Особенно важным является применение глобальных данных для изучения таких структур как Тихоокеанский подвижный пояс. Именно поэтому следуюаей з-а д а ч е й настоящей работы было поставлено: разработать модели глубинного строения л..тос&еры ТПП на основе анализа комплекса глобальных геофизических данных.
3, Для того, чтобы геодинамическое понятие могло эффективно
работать, необходимо иметь процедуру его проверки или измерения.
Это особенно важко для таких "неизмеряемых" величин как механи
ческие напряжения и деформации глубинных недр. Созданге "прове
ряемых" тектонофизических моделей возможно, если при их* разра
ботке попытаться установить связи между механическими характе
ристиками модели и каким-либо измеряемым геофизическим парамет
ром. В этом смысле наибольший интерес.представляет гравктаци-
онное поле, поскольку оно является непосредственным источником информации о распределении плотностных неоднородностей, способных создавать механические напряжения и движения вецества. Необходимость создания "проверяемых" тектонофиэических моделей и понятий обусловлена также тем, что приходится изучать и оценивать процессы, находящиеся вне рамок человеческого опыта как по громадное длительности, так и. по своей масштабности. В связи с этим, третьей задачей работы было поставлено: разработать тектонофизические модели литосферы ТПП, которые позволяли бы производить расчеты ее механического состояния на основе "измеряемых" геофизических данных - например, гравитационного поля.
-
Совокупность тектонофизические моделей является базисом, необходимым для постановки теоретических алгоритмов, связывающих исходную геолого-геофизичеокув информацию с искомыми характеристиками геодинамического состояния литосферы. Поэтому следующей была поставлена задача разработать методы расчета напряженно-деформированного состояния литосферы по аномалиям гравитационного поля, а также по моделям ее строения -;о-лученным путем интерпретации комплекса геслого-геофизических данных.
-
Представление о современной геодинамике Тихоокеанского подвижного пояса может быть' выработано ка основэ анализа комплекса таких ее компонент как: распределение механических напряжений и смещений, современные вертикальные и горизонтальные движения, скорости деформаций земной корыилитосферы, изостазия. Этот набор геодинамических характеристик может быть получен в результате теоретической. обработки (решением соответсгвувіих математических уравнений) исходной геолого-геофизической информации и анализа полученных результатов. В связи с этим, одной
из основных задач кашей работы является проррд--ні:є Расчетов механических капілгенпй, движении и скоростей с-.;-ременнмх деформаций как для пояса в целом, так и^для отдельны:: его структур и участков.
6. Внимательное изучение поверхности Земли открывает ряд удивительных закономерностей з ее строении. Это: а) актипсдаль-ность распределения территорий и акваторий. В качестве примера кохко привести Арктику и Антарктику, Тихий океан и Африканский континент. Специальные исследования показывают, что симметрия р. распределении фор».: рельефа может <5ьггь белее слоеной, d) равкомер-кое, примерно через 90, распределение средикно-океанических хребтов, островных дуг и других крупных 'форм рельефа субмєрпдиональ-ного простирания, в) характерное S-образное очертание субмери-днональких форм рельефа, причем копны S приходятся на пелеса, а его средняя часть проходит а субэкваториальной области.
Черты пространственней и временной организации присуши штагам элементам и процессам планетарной системы. Несомненно, такими чертами обладает и Тихоокеанский подвижный пояс, его геодинаміка. Поэтому задаче й настоящего исследования былс поставлено такт.е: выявление закономерностей в структуре отдельных геодинамичееккх характеристик пояса, их анализ и обобщение^
Сформулируем еще раз основные задачи настоящего исследования:
-
Рассмотреть энергетические процессы и тектонические !?-::акнз:.оі, определяющие особенности геодинамики литосферы Тихоокеанского псдвиїного пояса.
-
Разработать и обосновать модели глубинного строения Тихоокеанского подьиглого пояса с использованием глобальных геофизических данных.
3.Построить ряд тектонсфизических моделей для изучения геодинамики литосферы Пояса по комплексу геояого-геофнэических данных и. в частности, по внешнему гравитационному поло.
-
Разработать методы расчетов напряженно-деформированного состояния литосферы Пояса на основе- сформулированных тектоно-физич 'ских моделей.
-
Провести расчеты напряжении, движений и скоростей деформаций литосферы как для пояса в целом, так и' для его отдельных структур и участков. Изучить изостаэию земной коры и литосферы ТПП.
-
Выявить закономерности в структуре отдельных геодинамических характеристик пояса, провести их аналіз и обобщение.
Синтез результатов решения сформулированных вкие задач должен служить -глазной цели нашего исследования: изучение геодинамики литосферы Тихоокеанского подвижного пояса и выявление закономерностей ее структурной и динамической организации.
Научная новизна.
Впервые дано списание Тихоокеанского подвижного пояса геофизическими данными, характеризующими Земли, как единую систему, обеспеченными метрологически и представленными коэффициентами сферических гармоник.
Построена обосЗценная модель глубинного строения пояса, характеризующая его как естественную границу между двумя планетарными сегментами - Тихоокеанским'и Индо-Афро-Атлантическим. Выявлены закономерности з строении пояса и его активности, представленные суммой нескольких элементарных симметрии.
Сформулирован и обоснован ряд тектонофизических моделей литосферы ТПП. На основе этих моделей получены .соотношения, свя-
ьзавше характеристики механического состояния слоя и граьита-ионкое поле, создаваемое его неоднородностяки. Сделаны расчеты олей наг.рлї.ении к движений с использованием гравитационна даних. Проведены исследования кзостазии.
Разработаны методы- расчета напряженно-деформированного оствякня тектоносфери пояса с учетом ее реального плотностного троения. Сделаны расчеты напряжений и движений тектоносфери доль гєоверсов Сихотэ-Алинь - Японское море - о.Хонсе - Тихий кеак, о.Сахалин - Тихий океан и других. Выявлены характерные собекности механического состояния тектоносфери ТПП, пределявхиеся ее собственном глубинным строением. Показано, что ривлечение внешних воздействий требуется для приведения в соот-етстЕие лишь количественных показателей изучаемых полей - -рас-читанных и определяемых другими методами.
По отдельным коэффициентам тороидальной и полоидалькой час-ей модели абсолютных двикений сделаны расчеты скоростей дефор-аций литосферкых плит. В результате показано, что максимальные, корости деформаций сдвига ё р, порядка 10~8 год , кокцентри-уются вдоль основных тектонических поясов: Тихоокеанского Спра-ые) и Алъпикско-Гимал'айского С левые).
Рассмотрен, эффективный механизм непосредственного преоора-
ования приливных дефоромаций в горизонтальные движения литосфе- „
ы.
Практическая значимость работы.
Полученные в диссертации результаты имеют не только теорети-ескоє, ко и большое прикладное значение, так как открызают новый ласе геодинамических процессов в Тихоокеанском подвижном поясе,
вязанных со структурной организацией планеты в целом. Представ-
ленив о современной геолина.":[ке ТїШ как уникальнса планетарной структуры может быть использовано для изучения его металлогении, поисков нефти и газа, долгосрочного прогноза сейсмичности и предсказания землетрясении. Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации и обобщении региональных геологических и геофизических данных. Оки нужны также для проектирования транспортного, промышленного и гражданского строительства.
Предложенные методы расчетов используются для изучения поле»! напряжения рудных районов С Комсомольский рудный район), динамики пострифтогенксго погружения осадочных бассейнов, полей напряжении и движений земной коры ига дальнего Зостока 'Геофизическая экспедиция ПГО Яальгеология г. Хабаровск), а также при поисках нефти к газа мі шельфе Сахалина и Камчатки С трест Лальморнефтегазгеофизика, г.Южно-Сахалинск).
Апробация оаботьг.
Научные результаты, составляющие содержанк настоящей работы, доложены на Советско-Японском симпозиуме СХабаровск, 1935); Второй международной Орловской конференции СПолтава, 1535); Со-зетско-Китайских симпозиумах СНаходка,. 1987; Благовеаенсх, 1938); 28-м Международном ' Геологическом Конгрессе СВашингтон, 1939); 20-й Ассамблее Международного Союза по Геофизике и Геодезии СВеяа, 1991); Международном симпозиуме "Закономерности строения и динамики планет земной группы СХабарозск, 1992);
Всесоюзной школе-семинаре по геологической интерпретации гравитационных и магнитных полей СЯлта,' 1980); Междуведомственном совещании по изучению современных движений земной коры (Звенигород, 1935); Шестом Всесоюзном с'езде механиков СТаикент,
1QSS); Семинаре "Вопросы геологической интерпретации гразитаци-
онних :: магнитных аномалий" СКэсква, 1988);
Втором Ьсесспзком совещании "Тектоника литосфоркітх плит" СЭЕеикгорос. 1939); Первой Всесоюзной конференции "Строение ;: геодинаміка земной кори и верхней мантии" (.Чоскза, 1990).
Семинаре отдела морской геологии Тихоокеанского океанологического института ЛВС АН СССР (1990) г.Владивосток;
Заселен;::-! геофизической сеянии Ученого совета Института морской геологии ті геофизики ЯЗО АН СССР С1930), г. Южно - Сахалинск; Геологическом коллоквиуме Дальневосточного геологического института 50 АН СССР (1990), г.Владивосток; Геофизических коллоквиумах Института тектоники и геофизики ЛВС АН СССР С1980-1990) г. Хабаровск;
Коллоквиуме ЇЗкчислительного центра ДВ0 РАН С1932), г. Хабаровск.
Семпхарах факультета наук о Земле и Космосе Университета науки к технологии Китая, г.Хефсй С1391Л993), Китайская Народная Республика. '
Публикация результатов забота к личчни вклад автора.
По теме диссертации опубликовано з центральный изданиях и за pvCfECM более 27 научных работ, в том числе две монографии. Из них 9 написано автором лично, остальные в соавторстве с другим;: . исследователям!. В совместных раоотах автору принадлежат ос: хь-ние идеи, составившие основу диссертации. Автор непосредствен!;о участвовал з постановке исследований и интерпретации полученных результатов.
Диссертация суммирует результаты, полученные автором в ходе белее чем десятилетних исследований, проводившихся в рамках плановых тем Института тектоники и геофизики, Еітоіслительного центра и Института комплексного анализа региональных проблем ДЗО РАК.
Структура и об'єм диссертации,
Диссертация состоит из Ввєдс-khs, семи глав и Заключения общим об' эгдом ЗИ машинописных страниц; содержит 66 рисунков и список литературы из 256 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность за обсуждение различных аспектов работы, ценные советы, замечания и сотрудничество Ю. А. Косыгину, Л. П. Карсакову, Л. И. Лобковскому, Н. П. Романовскому, D. А.Тараканову, Р.Ф.Черкасову, В.Н.Полно, 3.3. Ушакову. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить коллег по работе в Институте тектоники и геофизики и других институтах ИБО РАК Л. И. Брянского. В. Г.Быкова, С. В. Горкузу, Ф.Г.Корчагина, 0. С.Колей ву, б.И.Васильева, В.В.Косыгина, М.Л.Красного.
Автор признателен за помощь при оформлении работы И. Е. Авдеевой.
Считай своим особым долгом сказать слоза благодарности памяти И. К. Туезова.
Задаваемые положения.
Основные положения диссертационной работы формулируется следующим образом.
1. Тихоокеанский подвижный пояс, это активная тектоническая область планетарного ранга, облалаюаая резко расчлененным, повышенным рельефом, положительными аномалиями гравитационного поля Ссилы тяжести и высот геоида) и разуплотненной верхней мантией, представляющей собой корневую систему поверхностных- структур ТПП, являющейся местом разрядки эндогенной энергии, наиболее активно протекающей на глубинах до 200 км.
2. Тихоокеанский полынный пояс представляет собой естес
твенную границу между Тихоокеанским и Яидо-Афро-Атлантическим
планетарним сегментам*:, перманентная активнссть которой под
дергивается концентрацией напряжений. вызванной неоднородным
глубинным строением пояса, а также слабыми осциллирующими отно
сительными сужениями этих сегментов,что позволяет рассматривать
ТПП как "кезаживасмй аов" на поверхности планеты. " -
3. Пространственная структура геодинамического состояния
литосферы ТПП может быть описана суммой элеметарных симметрии:
круговой, с-илатералькой, ромбической. - Последняя отражает опреде
ленное сходство геодикамичееких характеристик "диагональных"
звеньев пояса: Азиатского и Южно-Американского с одной стороны и
Авотралийско - Ново-Зеландского я СеЕеро-Американскогс, с
другой.
І. Существуют фундаментальные особенности геодинамичеоксго состояния литосферы поясі, которые определяются И ПОДДОржИБЗВТСЯ его собственными неоднородностями и для объяснения которых не требуется привлечения каких-либо внешних причин. Так, для "кон-тикентальксй" части .литосферы пояса характерны горизонтальные растягивающие и вертикальные сжимаюаие девиаторные напряжения; для ее "океанической" части характерны горизонтальные сжпмашие и вертикальные растягивавшие девиаторные напряжения;.- область, стыка - это область максимальных касательных напряжений, способствующих образованию глубинных разломов.'
. 5. В рамках модели гранулированной среды показана реальность механизма, осуществлявшего непосредственное преобразование приливных деформаций твердой Земли в большие горизонтальные перемещения, 'способные определять структурные и динамические особенности литосферы Тихоокеанского подвижного пояса.
6. Рс-,оабстанкке методы расчета тектонических напряжений
и льихений, а также комплекс программ, могут быть использованы для изучения геодинамики структур различного ранга - от отдельных рудных районов и нефтегазовых бассейнов до крупных блоков земно» кора.