Статья: А.В. Пейве – основоположник учения о глубинных разломах

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Рис. 2. Стационарная (слева) и нестационарная (справа) модели разломов литосферы. Пунктирная линия - нижняя граница очагов коровых землетрясений. Дополнительные пояснения - в тексте.

Количественные параметры и их использование для оценки стационарной модели разломов

Квантификация разломов является одной из актуальных задач современного этапа изучения общих закономерностей деструкции земной коры, в которой глубинные разломы играют наиболее значимую структурообразующую роль. Первыми признаками глубинных разломов А.В. Пейве назвал глубину и протяжение. Они дали основание для введения понятия о количественных параметрах разломов как структурных форм с конкретными числовыми характеристиками. М.В. Гзовский [6] применил математические приемы для углубления возможностей развития количественных методов в геотектонике. Их использование непосредственно для разломной тектоники выполнено С.И. Шерманом [54] на примере Байкальской рифтовой системы. Им впервые предложено определение «параметры разломов», за основу которых взяты все те же основные признаки глубинных разломов А.В. Пейве. «Под количественными параметрами разломов следует понимать численное выражение их длины, глубины проникновения, амплитуды и вектора смещения, а также густоты отдельных систем трещин, образующих зоны разломов. Группы разломов можно рассматривать как единую систему при общности их параметров» [54, с.8]. В этом случае можно исследовать и относительные взаимоотношения между параметрами разломов. Они изучены в ряде регионов мира [14, 32-34, 69, 74, 75; и мн. др.]. Установлена физическая закономерность между основными параметрами разломов [20, 32-34, 38, 40, 41, 76]. Более широко она показана М.А. Садовским, Л.Г. Болховитиновым и В.Ф. Писаренко [39] для блоковых структур земной коры. Детальное изучение параметров разломов и разломно-блоковых структур позволило сделать два важных вывода, имеющих прямое отношение к глубинным разломам. Верхняя часть хрупкой литосферы при формировании сетки разломов разрушается как упруго-вязкое тело Максвелла [54, 56 и др.]. Окончания разломов на глубинах свыше 20-40 км затрагивают квазивязкую среду, ограничивающую время существования их корней, если поле напряжений периодически не изменяется. Длительность функционирования глубинных разломов связана с их многократной активизацией. При этом, чем чаще глубинный разлом или его фрагмент(ы) вовлекаются в активизацию, тем лучше развиваются в нем комплексы структурно-геологических признаков. Более того, длительное активное существование разлома и многократная активизация способствуют превращению его в пограничную структуру между регионами с разными режимами геодинамического развития. В полном соответствии с представлениями А.В. Пейве проблема возраста и активизации разломов приобретает, таким образом, довольно сложный характер.

Активизация разломов - актуальное направление в изучении глубинных разломов

Исследования изменений, контролирующих функций глубинных разломов во времени привели к развитию понятий об активизации разломов, «живых», активных и даже опасных разломах. Точки зрения пассивные и активные разломы отражают их контролирующие функции по отношению к геолого-геофизическим процессам для определенного периода времени. Понятие «активизация» широко и неоднозначно используется в геотектонике. Термин «активные разломы» унаследован от суждений о «живых разломах» и энергично начал внедряться в научную литературу в конце 70-х годов ушедшего века [9, 10, 14, 15, 48, 65, 73; и др.]. Некоторые разночтения в применении этого термина у разных авторов определяются теми признаками активных разломов, которые берутся за основу понятия [5, 24, 25, 27]. В большинстве случаев под активными разломами понимаются те разновидности разрывов, вдоль которых имели место движения в течение четвертичного времени (последние 2 млн. лет). В.Г. Трифонов [49, 73] уменьшает продолжительность возраста до голоцена, подчеркивая, что сюда включается и историческое время. Обосновано и справедливо ограничивают фактор продолжительности активного развития разломов авторы [25], по мнению которых активными должны считаться современные разрывы, смещения по которым происходят в настоящее время и зафиксированы инструментально геофизическими или геодезическими методами или документально при сопоставлении разновременных карт, исторических материалов и т.п. Возникает вопрос возраста и активизации глубинных разломов, что, как писал А.В. Пейве [28], - не простая проблема. Возраст разломов - время их заложения. Именно так он определялся на первой карте разломов территории СССР и сопредельных территорий, составленной под редакцией А.В. Сидоренко и А.В. Пейве, детальное описание которой по регионам дано в книгах [35, 36]. Практически все известные глубинные разломы Земли испытали многократную активизацию. Несмотря на некоторые разногласия, многие исследователи вкладывают в него представление об изменении режима развития. Такой процесс ведет к эволюционному формированию конкретных структур, которое происходит не в одинаковой степени. Одна часть структур характеризуется унаследованностью развития, другая приобретает новые формы и генетическое содержание [55].

Разломы любых масштабных рангов являются результатом необратимых деформаций земной коры. С этой точки зрения они выступают как консервативные структуры Земли. Явления унаследованности в связи с глубинными разломами подробно рассмотрены А.В. Пейве [28]. Простирание разломов чрезвычайно устойчиво в любых регионах земного шара: всякая последующая тектоническая активизация, независимо от природы вызвавших ее тектонических сил, проявляется в подвижках по уже имеющимся в верхней части коры разломам. Заложение разломов нового направления возможно лишь тогда, когда старая сеть не способна в полной мере снять разрядку накапливающихся напряжений. Поскольку в начальные этапы геологического развития любого региона в верхней части его коры формируются разломы двух или более направлений, то, как правило, в нем потенциально затруднено возникновение новой сети. В районах многократной активизации редко выделяют более трех-четырех направлений разломов, но степень их развития различна. По статистике в целом для разломов земного шара существуют не более 8--12 направлений [52; мн. др.]. Таким образом, независимо от количества повторных активизаций количество направлений разломов в любом районе земного шара ограниченно.

Однако, сохраняя постоянство направления, разломы совершенно не наследуют знак подвижек, что доказано А.И. Суворовым [45, 46]. Активизация существенно влияет на густоту сети разломов, стимулируя избирательное разрастание разрывов в длину и слияние коллинеарно расположенных мелких трещин в единый магистральный разрыв.

Таким образом, тектоническая активизация ведет к удлинению дислокаций и увеличению их общей плотности. Заметим, что удлинение дислокаций разных направлений происходит неодинаково. Как правило, преобладает в развитии какое-то одно простирание, дислокации других простираний развиваются менее активно.

Активизация разломов литосферы -- серьезный и важный тектонический процесс. С ним в геологии связываются многие практически важные явления -- от формирования принципиально новых структур до проявления новых процессов и отложения полезных минеральных ассоциаций.

Развитие глубинных разломов земной коры, их жизнь рассматривалась А.В. Пейве как одна из составляющих реакции среды на эндогенные энергетические источники. В закономерностях геологической жизни глубинных разломов, по мнению А.В. Пейве раскрывается наибольшее количество связей между геологическими явлениями (движения земной коры, магматизм, осадкообразование, складчатость и др.). Это заключение базировалось на геологической значимости глубинных разломов в контролировании геологических процессов. Значительное количество связей между активизацией разломов в интервалах очень короткого реального времени и современными процессами устанавливается при их изучении. Одними из них являются проблемы разломообразования и сейсмичности.

Концепция автора об активизации глубинных разломов

Наиболее важна и существенно отражается на социуме активизация разломов в неотектонический этап развития, особенно в исторический период, охватывающий последние сотни лет и текущее реальное время [49; мн. др.]. Геолого-геофизические исследования конца прошлого и начала текущего века, введение и использование геоинформационных систем для анализа многотысячных данных потребовали развития новых методов для оценки и исследования активизации разломов в реальном времени.

Анализ разновидностей разломов, в частности контролирующих сейсмический процесс, показывает, что они характеризуются различным возрастом заложения, и, главное, различным возрастом активизации и её современной интенсивностью [9, 10, 35, 36]. Другие параметры разломов (длина, амплитуда смещений и т.д.) не играют столь определяющей роли в процессе вовлечения в активизацию, поскольку разломная, трещиноватая среда литосферы находится в состоянии неустойчивого равновесия и нарушение этого состояния, активизация тех или иных рангов разломов может быть вызвана разнообразной группой триггерных механизмов эндо- и экзогенной природы. Об этом свидетельствуют, например, исследования динамики разрывообразования [43] в сочетании с многофакторной группой предвестниковых признаков сейсмических событий [44].

В понимании автора современно активными разломами следует считать разрывы, геолого-геофизические процессы в областях динамического влияния которых происходят в настоящее время или происходили не более, чем в столетний предшествовавший период времени. Для столь детальной временномй оценки вариаций процессов, контролируемых разломами, методов не много. Только три группы методов могут помочь решить эту задачу: геодезические, сейсмологические, вулканологические.

Возможности геодезических методов хорошо показаны в публикациях Ю.О. Кузьмина [13 и др.]. Выявлены приуроченные к зонам разломов различных типов и порядков вертикальные и горизонтальные интенсивные локальные аномалии. Они высоко амплитудны (50-70 мм/год), коротко периодичны (0.1-1 год), пространственно локализованы (0.1-1 км), обладают пульсационной и знакопеременной направленностью. Относительные изменения среднегодовых скоростей для них чрезвычайно высоки и составляют величины порядка (2ч7)·10-5/год. Подобные интенсивные движения Ю.О. Кузьмин назвал суперинтенсивными деформациями земной поверхности в зонах разломов [13]. Им же предложена классификация основных типов аномального изменения современных движений земной поверхности в пределах зон, или областей активного динамического влияния разломов. Суперинтенсивные деформационные процессы формируются вне зависимости от временного хода регионального поля напряжений. Их возникновение обусловлено изменениями параметров изначально нагруженной среды внутри самих разломных зон (модули жесткости, коэффициенты трения и др.), что согласно теории механических колебаний выводит зону разлома из состояния динамического равновесия.

Могут использоваться методы GPS-геодезии, если целенаправленно установить пункты наблюдений вкрест исследуемых разломных зон. В этом отношении интересные результаты получены В.А. Саньковым и др. [41] при систематических наблюдениях за изменениями маркеров и движениями земной поверхности в Монгольской сейсмической зоне. Во всех описываемых случаях кинематические подвижки по разломам и их активизация оцениваются в интервалах времени между инструментальными опросами данных, который может быть значительным.

По аналогичной причине не могут использоваться и вулканологические методы. Здесь еще сложнее и менее определенно можно оценивать периоды активизации, происходящие по независящим от исследователей законам. Не менее существенно и то обстоятельство, что не всегда ясна первопричина активизации - разломы ли активизируют магматический процесс или наоборот. Более того, активизация извержений и контролирующих этот процесс разломов происходит редко в интервалах реального масштаба времени.

Для оценки активизации разломов в реальном времени наиболее представительными являются сейсмические данные. Следуя определениям многих исследователей [24, 27, 47, 48, 64, 70; и мн. др.] именно сейсмические события, контролируемые разломами, особенно в масштабах реального времени, несут самую достоверную и конкретно привязанную ко времени информацию об активизации. Необходимо принять во внимание и то обстоятельство, что сейсмический процесс в пределах областей динамического влияния разломов протекает неравномерно в пространстве и во времени [72]. Довольно часто, даже в отдельные годы, сейсмически активные разломы характеризуются очень низкой или, наоборот, высокой сейсмичностью. То же относится к разным фрагментам протяженных активных разломов. При этом многочисленные разноранговые группы геологически закартированных разрывов остаются асейсмичными в границах сейсмической области. Для понимания закономерностей достаточно сложной и во многом не ясной избирательной современной активизации разноранговых и разновозрастных разломов было предложено провести их классификацию и ранжирование по количественному [63] и магнитудному [62] индексам сейсмической активности.

Под количественным индексом сейсмической активности оn (км-1) (КИСА) разлома понимается число сейсмических событий n определенных энергетических классов k, приходящихся на единицу длины разлома L (км) при принятой ширине области его динамического влияния M (км) за заданный промежуток времени t (годы). Количественный индекс оценивается по выражению: оn = n/L, где n - величина, зависящая от k, M и t. В преобразованном для расчётов виде уравнение может быть представлено в следующей формуле:

,

где n - количество сейсмических событий энергетических классов k за промежуток времени t, зарегистрированных для разломов длины L при ширине области их динамического влияния М (км). Ширина зоны М оценивается по уравнению М=bL (2), где L - длина разломов, км; b - коэффициент пропорциональности, зависящий от L и по эмпирическим данным изменяющийся от 0.02 до 0.1 соответственно для трансрегиональных и локальных разломов. При этом принято во внимание известное положение о том, что при увеличении длины разрывов относительная ширина областей их динамического влияния отстает от роста длины [59]. КИСА характеризует сравнительную активность конкретных разломов и даёт основание для анализа доли участия разнорангового разломного сообщества в сейсмическом процессе. В цифровом значении индекс однозначно позволяет отделить активные разломы от неактивных на современном этапе развития, причем наиболее точно по данным инструментальных наблюдений за сейсмическим процессом. В определенной мере КИСА отражает кинематическую характеристику разломов.