- •8. Методы изучения вертикальных и горизонтальных движений
- •9. Изучение современного напряженного состояния земной коры. Современные движения (в т.Ч. Сейсмичность) территории Беларуси и соседних стран
- •10. Концепция тектоники литосферных плит
- •11. Рифтогенез. Глобальная система рифтовых зон. Континентальный рифтогенез
- •12. Палеорифты территории Беларуси. Припятский палеорифт: строение и развитие
- •13. Океанский рифтогенез (спрединг). Активный и пассивный рифтогенез
- •14. Субдукция: ее проявления, режим и геологические последствия.
8. Методы изучения вертикальных и горизонтальных движений
Старейшим из методов изучения вертикальных движений является водомерный метод, представляющий дальнейшее развитие идей Цельсия и Черского.
Начиная с 80-х годов прошлого столетия во многих портах мира были установлены водомерные приборы — сначала рейки, затем мареографы с самозаписывающим устройством для наблюдений за изменением положения уровня моря. Эти изменения, как отмечалось, обусловлены двумя причинами: 1) собственными, эвстатическими, колебаниями уровня Мирового океана, обязанными изменению объема его водной массы или рельефа дна; 2) поднятием или опусканием берегов. Алгебраическое суммирование результатов наблюдений по всем портам мира, где установлены водомерные приборы, показывает, что в последнее столетие происходит систематическое повышение уровня океана со скоростью примерно 1,2 мм/год. Оно вызвано скорее всего таянием ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии в связи с потеплением климата Земли. Между тем регистрируемые изменения уровня имеют, как правило, более высокие значения и различный знак, что указывает на решающее значение второго фактора—движений береговой суши. Очевидно, чтобы получить правильное представление об амплитуде и скорости последних, надо вычесть (в случае опускания) или сложить с замеренной величиной эвстатическую компоненту — 1,2 мм/год.
Водомерные наблюдения ведутся не только на берегах океанов и морей, но и на крупных озерах и реках, где интерпретация их результатов не отличается от вышеизложенной.
Метод повторного нивелирования. По мере строительства железных дорог появилась необходимость периодического высокоточного нивелирования вдоль их линий для обеспечения безопасности движения. Повторное нивелирование выявило изменение, отметок реперов со временем. Оказалось, что в большинстве случаев эти изменения нельзя объяснить деформацией поверхности за счет экзогенных явлений (просадка или выпучивание грунта), что они носят систематический характер, т. е. происходят в данном пункте с одним знаком, и что этот знак обычно совпадает со знаком той структуры, на которой репер расположен, Это привело к выводу, что основной причиной смещения реперов являются движения земной коры и что, следовательно, результаты повторного нивелирования вдоль железнодорожных линий могут быть использованы для выявления современных вертикальных движений суши (рис. 4.1). При этом необходимо увязать между собой измерения вдоль различных линии и привязать их к уровню океана в портах, где ведутся водомерные наблюдения. Подобная обработка данных повторного нивелирования позволила составить карту современных движений европейской части СССР (1958, 1963 гг.), а затем и всей Восточной Европы (1971 г.). Карты эти были составлены под руководством Ю. А. Мещерякова.
Результаты изучения современных вертикальных движений обоими описанными выше методами показали, что они происходят со скоростью от долей до несколько миллиметров, реже более 10 мм/год. В большинстве случаев, как отмечалось, знак движений согласуется со структурным планом, указывая па унаследованное развитие поднятий и прогибов; для Русской равнины такое соответствие наблюдается примерно в 70% случаев. Тем не менее в ряде районов знак движений и структур не совпадает; так, Прикаспийская впадина по данным нивелировок испытывает поднятие, а Урал с прилегающими районами— опускание (но относительное {поднятие по сравнению с непосредственным обрамлением). Парадоксально то, что на Русской равнине местами, например в центральной части Украинского щита, скорость поднятий оказывается не меньшей, чем на Кавказе, — более 10 мм/год. Если допустить, что поднятие здесь шло с такой скоростью хотя бы в течение всего последнего миллиона лет, оно должно было создать (без поправки на денудацию) горы высотой в 10 км! И вообще скорость современных движений оказывается минимум на один-два порядка выше, чем измеренная методом анализа мощностей для движений более отдаленного геологического прошлого, и на порядок выше, чем установленная геоморфологическими методами для новейших движений. Этот «парадокс скоростей» может иметь двоякое объяснение: 1) реальное ускорение вертикальных движений в новейшую и особенно современную эпоху и 2) вертикальные движения имеют колебательный характер и истинное представление об их скорости может дать лишь алгебраическое суммирование за достаточно длительный промежуток времени. Современная эпоха действительно отличается высоким темпом вертикальных движений, но все же это ускорение недостаточно для объяснения «парадокса скоростей». Основное значение имеет, очевидно, колебательный характер движений, который подтверждается рядом фактов; изменением знака движений в портах Каспия относительно одного из них, принимаемого за неподвижный, или реперов при проведении третьего тура нивелировок в Прибалтике и др.
Методы изучения горизонтальных движений
Основным методом изучения горизонтальных движений до недавнего времени служили повторные триангуляции, которые вначале также проводились не в целях выявления тектонических смещений и лишь затем стали использоваться в этом направлении. В настоящее время вместо триангуляции производятся трилатерации, при которых измеряется длина не одной, а всех сторон треугольника. Особенно заметные горизонтальные смещения, как и вертикальные, обнаруживаются после крупных землетрясений.
Результаты изучения горизонтальных движений показывают, что; скорость их не уступает скорости вертикальных движений, а часто превосходит последнюю. При этом горизонтальные движения имеют не колебательный, а направленный характер, чем и объясняется то, что их суммарная амплитуда за определенный интервал времени намного превышает амплитуду вертикальных движений. Так, на Гармском полигоне, расположенном на стыке Памира и Тянь-Шаня, за последние 40 лет смещение Памира в сторону Тянь-Шаня происходило со скоростью около 2 см/год.
Однако заключение об устойчивом однонаправленном знаке горизонтальных движений не должно абсолютизироваться. В отношении ряда сдвигов установлено, что знак перемещения по ним изменялся во времени. Но такие изменения происходили через значительные промежутки времени, на несколько порядков превосходящие период наблюдений за современными движениями-. Особый интерес представляет выявление относительных смещений литосферных плит. Прежние попытки измерения этих смещений путем повторного определения географических координат для. пунктов, расположенных на разных континентах, обычным астрономическим методом были признаны недостаточно надежными. В настоящее время используются для других, значительно более точных метода повторного измерения расстояния между отдаленными пунктами: 1) с помощью лазерных отражателей, установленных па Луне или на искусственных спутниках Земли; 2) с помощью регистрации радиосигналов от квазаров (длиннобазовый радиоинтерферометрический метод). Точность определения относительного смещения плит этими методами достигла порядка сантиметра в год. Поскольку, скорость смещения плит составляет обычно несколько сантиметров в год (для некоторых плит более 10 см/год; см. рис. 5.1), то данные, накопленные за несколько лет измерений, уже по крайней мере на порядок превосходят возможную ошибку этих измерений. Такие данные уже получены (наблюдения ведутся с 1979 г.), и результаты их обработки приведены на рис. 4.2 и 4.3. Как видно из их сопоставления с кинематикой литосферных плит, определенной по новейшим линейным магнитным аномалиям в океанах, между ними наблюдается хорошая сходимость, подтверждающая реальность горизонтальных перемещений плит, предполагаемых в теории тектоники литосферных плит, и достоверность определения их направления и скорости по океанским магнитным аномалиям.
На основании изучения современных вертикальных и горизонтальных движений установлено, что вся поверхность Земли охвачена этими движениями, первые носят колебательный, а вторые — направленный характер. Поскольку скорость вертикальных движений, замеренная в подвижных поясах и па континентальных платформах, оказывается соизмеримой, можно предполагать, что па платформах колебательный характер этих движений проявлен более отчетливо, чей в подвижных поясах, т. е. здесь они являются более короткопериодическими. В подвижных поясах вертикальные движения также более дифференцированы по площади, т. е. сопряженные волны поднятий и опусканий уже, чем на платформах, а градиент движений, т. е. изменение скорости движений на единицу расстояния, - на порядок или два выше.
Помимо изучения вертикальных и горизонтальных смещений земной поверхности проводится изучение изменения ее наклонов специальными приборами — наклономерами, а также деформаций — деформографами. Последние представляют собой закреп ленные с двух концов кварцевые стержни, изменение длины которых и регистрируется.