WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

БОЛОТНОВА Любовь Анатольевна

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ РАЙОНА ЕКАТЕРИНБУРГА

ПО ГРАВИМЕТРИЧЕСКИМ ДАННЫМ

Специальность: 25.00.10 «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург- 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор геолого-минералогических наук, профессор, Филатов Владимир Викторович

доктор физико-математических наук

Долгаль Александр Сергеевич

(Горный институт, УрО РАН, г. Пермь);

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Петряев Валерий Евгеньевич

(УГГУ, г. Екатеринбург)

Пермский государственный университет

(г. Пермь)

Защита диссертации состоится « 8 » ноября 2007 г. в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 3-й корпус, ауд.3326.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан «____» октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Рудницкий В. Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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:

  1. изучение строения среды;
  2. оценка ее естественного напряженно-деформированного режима;
  3. 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.

  1. Выполнить тектонофизический анализ поля силы тяжести для установления характера поля деформаций, обусловленного плотностной неоднородностью геологической среды.
  2. 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

  1. Результаты интерпретации аномалий силы тяжести могут быть использованы для изучения глубинного (первые километры) геологического строения района Екатеринбурга.
  2. Разработанная в диссертации методика может быть применена для изучения деформационного состояния геологической среды в пределах мегаполисов и других территорий.
  3. 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.

Благодарности. Автор выражает особую признательность научному руководителю д.г.-м.н., проф. В. В. Филатову за постановку задачи, постоянное внимание и помощь на всех этапах работы над диссертацией. Автор благодарит за плодотворное сотрудничество геофизика I категории С. И. Гуськова, д.т.н. В. А. Кочнева, Н. И. Рудицу, д.т.н., проф. С. М. Скоробогатова, ст. науч. сотр. А. Н. Гуляева, к.г.-м.н., доц. А. Б. Макарова, д.т.н. проф. С. А. Ляпцева, А. А. Кривчун. Автор признателен коллективу кафедры геофизики УГГУ за благоприятные условия, созданные для выполнения исследований, близким и друзьям за понимание и поддержку.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЕ 1. Впервые при изучении геологического строения района Екатеринбурга построены трехмерные модели всех интрузивных массивов (плотностных неоднородностей) по гравиметрическим данным.

Первая особенность геологического строения верхней части земной коры района Екатеринбурга заключается в широком развитии здесь интрузивных массивов: Верх-Исетского, Свердловского, Шарташского, Шувакишского, Широкореченского и Уктусского. Первые три являются существенно гранитоидными и гранитными, Уктусский массив дунит- пироксенит-габбровый, Шувакишский и Широкореченский являются массивами габбро.

Вторая особенность заключается в том, что в структурно-тектоническом отношении геологическая среда Екатеринбурга представляет собой узловую структуру, состоящую из большого числа разломов различных рангов, ориентировок и кинематических типов, образующих крупный тектонический узел, центр которого расположен между Свердловским и Шарташским гранитными массивами. В этом узле находится большая часть мегаполиса.

Интрузивные массивы данного района хорошо изучены в минералогическом, петрографическом и тектоническом отношениях на уровне современного эрозионного уровня. Представления же о форме массивов и глубине залегания их нижних кромок весьма скудные и приблизительные.

По результатам интерпретации предыдущих авторов были получены следующие данные: Верх-Исетский массив представляет собой пластообразное тело и имеет в вертикальном сечении чечевицеобразную форму; вертикальная мощность массива в краевых частях равна примерно 1,5 – 3 км.

По расчетам О. В. Беллавина и Д. С. Вагшаля (1970), Шарташский массив является самостоятельной интрузией и не связан непосредственно с Верх-Исетским массивом.

В работе Е. А. Зинковой и Г. Б.Ферштатера (2004) Верх-Исетский массив обозначен как крупнейшее на Урале батолитообразное тело. В последней по времени работе о результатах геологической съемки, выполненной в этом районе, приведена весьма скудная морфологическая характеристика массивов, хотя в распоряжении авторов была кондиционная гравиметрическая карта масштаба 1: 200 000.

Благоприятной предпосылкой для решения задачи по установлению морфологии массивов явилось то, что на территории мегаполиса была выполнена гравиметрическая съемка и составлена карта изоаномал силы тяжести в редукции Буге в масштабе 1:200 000. В условиях крупного города гравиметрия является единственным геофизическим методом, с помощью которого можно изучать глубинное строение земной коры.

Физико-геологические условия района мегаполиса определили методику интерпретации аномалии силы тяжести. Эти условия заключаются в следующем:

  • региональный фон хорошо описывается полиномом первой степени;
  • известно положение границ массивов на уровне эрозионного среза и плотности пород, слагающих массивы;
  • интрузивные массивы находятся на небольшом расстоянии друг от друга или даже имеют общие контакты.

Интерпретация аномалий поля силы тяжести была выполнена по следующей методике:

  1. Пространственный анализ поля силы тяжести с помощью программы «VECTOR» для разделения аномалий, обусловленных интрузивными массивами, и определения эффективных глубин их залегания и значений квазиплотностей. Этот этап интерпретации позволяет получить нулевое приближение моделей плотностных неоднородностей.
  2. Решение двумерной обратной задачи с помощи программы GRPR2 (Виноградов В.Б.) для оценки истинных глубин залегания и истинных относительных значений плотности интрузивных массивов. На этом этапе интерпретации устанавливаются контуры плотностных неоднородностей в вертикальных сечениях. Результаты этого этапа интерпретации представляют первое приближение моделей плотностных неоднородностей.
  3. Построение трехмерной плотностной модели геологической среды с помощью пакета программ ADG-3D как второе и окончательное решение обратной задачи.

Наиболее интересный и, пожалуй, неожиданный результат применения метода «VECTOR» (рис.1) заключается в том, что в слое между эффективными глубинами 7 и 10 км предположительно может находиться крупная в плане квазиплотностная неоднородность. Геологически эту неоднородность можно рассматривать как основание батолита, фрагментами которого на дневной поверхности служат известные интрузивные массивы кислого состава: Верх-Исетский, Свердловский, Шарташский. Косвенным подтверждением этого вывода служит характеристика поля общей гамма-активности, которое отражает основные элементы геологического строения, проявленные на дневной поверхности. Средний (фоновый) уровень гамма-поля на территории Екатеринбурга составляет 6-8 мкР/ч. Повышенными значениями (более 8-10 мкР/ч) отмечаются обнажающиеся на дневной поверхности участки гранитоидных массивов - Свердловского и Шарташского. При этом область относительно повышенного уровня гамма-поля (более 8 мкР/ч) охватывает центральную часть Екатеринбурга и протягивается в северо-восточном направлении по азимуту около 40 градусов от Свердловского гранитного массива до Шарташского. Это позволяет сделать предположение, что эти массивы на глубине могут иметь общее основание – единый гранитно-метаморфический слой (Гуляев, 2001; Карта районирования…,1997).

По результатам интерпретации аномалий силы тяжести с помощью пакета программ ADG-3D можно сделать вывод, что гранитные массивы - Верх-Исетский, Свердловский и Шарташский представляют собой единый батолит (рис. 2).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»