ГИС в решении задач корреляции разломно-блоковых структур и сейсмичности Алтае-Саянской складчатой области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат геолого-минералогических наук Краснораменская, Татьяна Геннадьевна

• Краснораменская, Татьяна Геннадьевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Краснораменская, Татьяна Геннадьевна

1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ГИС-ТЕХНОЛОГИЯ

ПОСТРОЕНИЯ РАЗЛОМНО-БЛОКОВОЙ МОДЕЛИ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ.

1.1. Краткий обзор принципов построения неотектонических карт различного масштаба.

1.2. Разломно-блоковая структура региона как основа построения средне-и крупномасштабных неотектонических карт в пределах одной неотектонической системы.

1.3. Принципы построения неотектонической карты Аптае-Саянекой складчатой области в масштабе 1 : 1 ООО ООО на основе разломно-блокового строения региона.

1.4. Определение глубины проникновения разломов и соответствующей им мощности мега- макро- и блоков третьего ранга.

1.4.1. Глубина проникновения разлома и ее вычисление.

1.4.2. Вычисление мощности блоков.

1.5. Применение ГИС-технологий в создании модели.

1.5.1. Возможность использования цифровой топографической основы в программе С1оЬа1Маррег.

1.5.2. Совмещение программы С!оЬа1Маррег и АгсС18 при построении двумерной и трехмерной неотектонических моделей АССО и расчете количественных показателей.

1.5.3. Оценка достоверности результатов.

ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

2. ДВУМЕРНАЯ И ТРЕХМЕРНАЯ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ РАЗЛОМНО

БЛОКОВЫЕ МОДЕЛИ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ.

2.1. Двумерная модель разломно-блоковой структуры АССО.

2.2. Трехмерная модель разломно-блоковой структуры АССО.

ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

3. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТРЕХСЛОЙНОГО РАЗЛОМНО

БЛОКОВОГО СТРОЕНИЯ АССО.

3.1. Раздробленность земной коры АССО и реологические тела подобия

3.2. Сопоставление реологической модели с геофизическими данными.

ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

4. РАЗЛОМНО-БЛОКОВАЯ СТРУКТУРА И СЕЙСМИЧНОСТЬ АССО.

4.1. Современные очаговые зоны и их положение в общей разломно -блоковой структуре АССО.

4.1.1. Разломно-блоковая структура Караганского сейсмического очага

4.1.2. Разломно-блоковая структура Алтайского сейсмического очага

4.1.3. Разломно-блоковая структура Шапшальского сейсмического очага

4.1.4. Разломно-блоковая структура Тывинской складчатой сейсмоактивной зоны.

4.1.5. Разломно-блоковая структура Бусийнгольского сейсмического очага.

4.2. Распределение очагов землетрясений в трехслойной неотектонической модели и положение сейсмоактивного слоя.

4.3. Корреляция разломно-блоковых структур и сейсмичности.

ЧЕТВЕРТОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ГИС в решении задач корреляции разломно-блоковых структур и сейсмичности Алтае-Саянской складчатой области»

Актуальность исследований

В центральной части исследуемой Алтае-Саянской складчатой области (АССО) располагается южная и наиболее населенная территория Красноярского края. На территории Красноярской промышленной агломерации находятся г. Канск с многочисленными промышленными, на западе - г. Ачинск с крупнейшим глиноземным комбинатом. В центре агломерации, кроме г. Красноярска - одного из крупнейших промышленных центров Сибири, расположены города Железногорск (с объектами Горно-химического комбината), Дивногорск (с Красноярской ГЭС). Почти через всю территорию агломерации с запада на восток протягивается Канско-Ачинский буроугольный бассейн с многочисленными предприятиями КАТЕК. На территории агломерации проживает более 1,5 млн. чел. Сейсмической опасности здесь могут быть подвержены города Красноярск, Канск, Ачинск и другие, но наибольшую опасность последствиями землетрясений представляют подземные и надземные сооружения Горно-химического комбината, Красноярская ГЭС, а также Саяно-Шушенская ГЭС, расположенная на юге края.

В то же время большой общественный резонанс вызвали два землетрясения, очаговые зоны которых расположены на юге Красноярского края: Караганское землетрясение 27.10.2000, в 180 км на юго-восток от г. Красноярска, Ms=5.5, энергетический класс К=13.6; Синеборское землетрясение 25.01.03 г. в районе п. Шушенское Ms=3.75, энергетический класс К=10.8. Оба эти события, несмотря на незначительную интенсивность проявления сотрясений в населенных пунктах, произвели среди населения волнение и испуг, а также повлекли за собой некоторые повреждения в зданиях. 27.09.03 произошло сильное землетрясение с магнитудой Ms=7.3, ощущавшееся в высокогорных районах Алтая. Сотрясаемость в эпицентре достигала 8-9 баллов, силой 2-3.5 баллов событие ощущалось в Красноярске, Канске, Ужуре, Железногорске, до 5 баллов - в городах Саяногорске, Кызыле.

Усиление сейсмической активности очаговых зон, несущих опасность для южной и центральной части Красноярского края, вызвало необходимость создания системы сейсмического мониторинга на территории края. До 2002 года здесь работали только две сейсмические станции ГС РАН (г. Обнинск), ГС СО РАН (г. Новосибирск), регистрирующие, в основном, только глобальные события. В то время как центр и юг Красноярского края с прилегающими к нему территориями характеризуются невысоким, но ощутимым уровнем сейсмичности. В 2000 году вышел закон Красноярского края №11-828 от 26.06.2000 о краевой целевой программе "Сейсмобезопасность Красноярского края на 2001—2005 годы", который в настоящее время не пролонгирован, но программа находится на рассмотрении в администрации края.

В 2000-2002 гг. развернута информативная Красноярская региональная сейсмологическая сеть для регистрации низкоэнергетических классов землетрясений, контроля «сейсмической погоды» и обоснования параметров ВОЗ для решения задачи долгосрочного прогноза землетрясений в регионе (рис. 1). Красноярская региональная сеть сейсмических станций регистрирует слабые сейсмические события, ранее недоступные для исследования, что позволило в 2000-2003 гг. получить важную информацию об энергетике, временном и пространственном параметрах сейсмических событий в центральных и южных районах Красноярского края.

Создание сейсмологической сети на территории края и начало сейсмомониторинга повлекло за собой необходимость детальных неотектонических и сейсмогеологических исследований. Как показал обзор предыдущих исследований в этом направлении на территории Красноярского края до 2000 года не проводилось целенаправленных научно-исследовательских работ.

56°

831.

69°

92° кряснонрск

95°

98°

101°

104° снпрс^щ А

Зелсногирса

Дивного* ' - (

Новоемвчре« чЗКЛ&в 'АЧ' 7

Наво» ркеч"

7 ь

• > / -О

I ©>

I > («.^¿й« * Й

-О ; 7

О Л ' V , „ —Гармо-ДлпиИ!

V - V Л '

• V ^-"'ЖТ^

О , Л,. —^ \ * V ;Ч г ^

А Плато 'м -1 V

83° 80°

А Смскичыкие станцли ГС СО РАН

Геоф иэичяскив пол и ганы КНИИГиМС дли мониторинга сейсмическом и злектроиэгнитной МИОСМй и газгидрогеокнмни на радон А Красноярский Д Абаканс«вй Д Кызыльский действующие пункты А Кызыльский планируемое пункты Д Алтайский (планируемые пункты) /К Горно-Алтайский (планируемые пункты}

89° ллл ПрофилкМТЗ Оии {книигимс. 1939-гооб гг) I Профили МОВЗ * (Центр-Ге он, 2001-2006 гт) Планируемые профили МОВЗ н МТЗ 9 2007.2008 П Рекомендуемое профили мовзймтзегтбг

Сеть скважин ФГУП 0 " Гид роспецгеол огня" для ГГД мониторинга АССО

92°

Скеиа активны* разломав

АССО по ОСР-97

95°

Мониторинг радона естественны* источников и елец скважин

Основные сейсмические очаги:

Караганский

Алтайский

Шалшэльский

Бусин голье кий

Болнэйскнй

Возможны в очаги землетрясений (603}

101е Название 003

1. Красноярский

2. Шириисхий

3 Новокуэнецкий

4 Запад но-Саянский Восточно-Саянский

6 Салэирскмй

7 Шушенский

8 Горно-Алтайский

9 "Г елецкий

10 Большапорожский

11 Ырбанский

12 Таджикский

13. Орликскнй

14. Туикинский-1

15. Усть-Коксинсиий

16. Тээл «некий

17. Щагонарский

18. Самагалтайсшй

19. Нарынским

20 Цааган-Унуурский

21. X уб с у тульский

22. Туикинский-2

Рис. 1. Схема геолого-геофизического мониторинга сейсмичности территории Алтае-Саянской области

Первые тематические сейсмогеологические исследования были проведены в 1995-2000 гг. специалистами КНИИГиМС и ИЗК СО РАН [Бакшт Ф.Б. и др., 1995; Ружич В.В., Кореневский А.Г. 2000]. Работы были выполнены на территории Красноярской промышленной агломерации, куда входят города Железногорск и Дивногорск, в южной части Красноярского края, частично на территории Республик Тыва и Хакассия. В результате выполнено обобщение геолого-геофизической информации в виде «Схемы активных разломов территории юга Красноярского края, Хакасии и Тывы с элементами сейсморайонирования в масштабе 1:1000000». Проведенными исследованиями подтверждено несоответствие между современным состоянием системы обеспечения сейсмоустойчивости и реально существующей сейсмической опасностью для промышленных и жилых сооружений и коммуникаций в пределах социально-промышленных агломераций центральных и южных районов Красноярского края и прилегающих территорий Республик Хакасия и Тыва. Ориентировочно было показано положение потенциально опасных сейсмических очагов.

Отчетные исследования подтвердили выводы ОСР-97 [Комплект карт., 1999] о нарастании сейсмической активности в районах Байкальского рифта и Алтае-Саянской горно-складчатой системы. В частности, сейсмичность районов Красноярска-Железногорска и Минусинско-Абаканской промышленного района оценивается в 7 баллов, то есть увеличена на один балл по сравнению с картой сейсморайонирования территории СССР (до 1991 года).

Выполнен анализ сейсмической обстановки в районе потенциально опасных объектов Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС, промышленных объектов повышенной опасности в районе Красноярска и Железногорска.

Впервые были даны рекомендации по разработке мер по защите объектов и снижению рисков при сейсмических событиях, выдвинуты требования о проведении детального микросейсморайонирования. Первоочередными объектами для микросейсморайонирования были рекомендованы промышленные объекты Минатома (Железногорск,

Зеленогорск), Минэнерго (Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС), потенциально опасные оползневые районы г. Красноярска (микрорайон Черемушки, Зеленая Роща).

Разработаны предложения по созданию системы сейсмомониторинга в Красноярском крае, которые используются в настоящее время действующим Центром Сейсмического Мониторинга (ЦСМ).

К сожалению, все вышеперечисленные исследования не обеспечили регион достаточно детальной неотектонической картографической основой. Таким образом, возникла проблема, связанная с отсутствием современной информативной картографической базы для наблюдения «сейсмической погоды», изучения современных очаговых зон и прогнозирования возможных очагов землетрясений, несущих сейсмическую угрозу для населения и территории. Создание такой картографической основы представляется возможным, с одной стороны, на основе разломно-блокового строения территории, что подтверждается многочисленными наблюдениями предыдущих исследователей, отмечающих роль влияния разломно-блоковых структур в генерации и релаксации упругих напряжений [Гзовский М.В., 1975]. С другой стороны, использование современных ГИС-технологий позволяет создать картографическую основу многофункциональную и удобную для дальнейшего использования.

Методы решения неотектонических проблем

Учитывая то обстоятельство, что отражением всех неотектонических процессов на земной поверхности является рельеф, необходимо при создании карты (модели) опираться именно на исследование гипсометрической поверхности земли и особое внимание при этом уделять зонам, характеризующимся контрастным рельефом.

Исследованием рельефа и построением на его основе различных структурных и геоморфологических карт занимались многие исследователи. В настоящее время существует два подхода к рассмотрению рельефа, и каждый из них может равноценно использоваться в соответствии с поставленной целью рис. 2).

Первая группа методических концепций рассматривает рельеф как континуальную сущность, сплошную поверхность непрерывного поля высот. Последователями этой теории являются [В.П. Философов, 1960; A.B. Девдариани, 1967; В.И. Анисимов, 1987; А.Н. Ласточкин, 1991; A.B. Поздняков, И.Г. Черванев, 1990 и др]. С помощью их методик возможно изучение пликативных деформаций, структуры осадочного чехла и создание мелкомасштабных неотектонических карт с выделением неотектонических систем.

Рис. 2. Схема выбора методики и инструментария для изучения разломно-блоковых структур.

Вторая группа методов изучает рельеф как дискретное явление, в котором поле высот имеет «клавишную» структуру и поверхность земли характеризуется блоково-мозаичным строением. Сторонниками данного направления являются: [И.К. Волчанская, 1990; A.B. Орлова, 1975; Е.Я Ранцман, 1985; Ю.Г. Симонов, 1993; P.M. Лобацкая, 2005 и др]. Методические приемы, разработанные этими исследователями применяются при изучении дизъюнктивных деформаций на поверхности земли, разломно-блоковых структур и пригодны для составления неотектонических карт среднего и крупного масштаба в пределах одной неотектонической системы (подсистемы). Однако все вышеперечисленные методики отличаются очень высокой трудоемкостью. Создание и развитие этих методических концепций приходится на 70-80-е годы, когда, как известно применение ГИС-технологий в стране еще не имело такого широкого распространения и использования, как в настоящее время.

В настоящее время компьютерная обработка массивов данных по территории и цифровые модели рельефа изменили подход к двум основным функциям моделирования — топографическому анализу и визуализации. Современные геоинформационные системы и технологии предоставили возможность сочетать результаты моделирования и нетопографические тематические данные [Moore I.D., 1991; Pike R.J 1995]. Основой для представления данных для ГИС являются цифровые модели. Под цифровой моделью (ЦМ) географического объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» (восстанавливать) объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции [Мусин O.P., 1998].

Получение цифровых моделей рельефа возможно двумя способами. Первый способ — это методы дистанционного зондирования (ДЗ) и фотограмметрия. Но существуют трудности в широком распространении этих материалов, связанные с недостаточным развитием национальных и региональных баз данных, с высокой ценой на программное обеспечение мирового уровня, дороговизной относительно устаревших и недоступностью новейших радарных и космоснимков и т.д. Поэтому большинство исследователей в качестве источника для создания ЦМР используют топографические карты. Второй способ — построение моделей рельефа путем интерполяции оцифрованных изолиний с топографических карт. Этот подход имеет свои достоинства и недостатки. Из недостатков можно назвать трудоемкость и порой недостаточно удовлетворительную точность моделирования. Широко используются модели, представленные в виде TIN, построенные на основе триангуляции Делоне. Такие модели используются в проектах и приложениях исследовательской группой GeoFrance3D [http://www.brgm.ir/geofrance3d/geofrance3d.htm]. Пример подобной техники представлен в работе Д. Хейцингера и X. Кагера [Heitzinger D., 1999] о получении корректных ЦМР с использованием оцифрованных изолиний. В работе П. Суаля [Soille Р., 1999] рассматриваются вопросы анализа моделей рельефа и варианты получения «гидрологически корректных» моделей рельефа с использованием растровых данных в качестве исходных материалов.

На сегодняшний день широкое распространение начинает получать программа GlobalMapper (Компания Global Mapper Software LLC [www.globalmapper.com]), позволяющая просматривать, конвертировать, преобразовывать, редактировать, распечатывать различные карты и векторные наборы данных, причем данные могут быть загружены как слои (при работе в Digital Elevation Model), или как отсканированая топографическая карта для 3D изображения местности. Набором данных в программе Global Mapper является географически привязанная цифровая модель рельефа.

Программа Global Mapper используется специалистами ИЗК СО РАН для визуальной оценки и расчета количественных характеристик палеосейсмодислокаций [Современная геодинамика. 2006]. Опыт использования программы в целях неотектонического анализа территории за рубежом в опубликованных источниках пока неизвестен, хотя многие зарубежные организации являются пользователями Global Mapper (Intermap Technologies, Cosmos Marketing Consultants (Pvt) Ltd, (Map Division), 3D Nature LLC, Able Software Corp, Digital Data Services, Inc, USGS (United State Geological Survey), DRG Maps и др. [www.globalmapper.com]. Global Mapper используется ими как программа, обеспечивающая доступ к топографической базе данных всего мира и позволяющая работать с цифровой моделью рельефа в различных проекциях.

В данной работе за основу при создании объемной модели АССО, принята цифровая модель рельефа (ЦМР) из программы GlobalMapper, а в качестве инструментария ее обработки использована программа ArcGIS. Такой подход значительно сократил объем времени, необходимый для картирования неотектонических разломов и блоков, а также послужил высокоточным и эффективным способом для автоматизированного создания базы данных неотектонических показателей и дальнейшей работы с ними.

В настоящее время в мировой программной индустрии уже разработано несколько систем, обеспечивающих трехмерное представление геологических структур. Но практически все они ориентированы на решение задач нефтегазовой геологии [L. Castanie, F. Bosquet, В. Lev, 2005; Гаврилов С.С. и др., 2006]. В качестве примера можно назвать линейку програмных продуктов моделирования резервуаров (GeoSurf, GeoSim, Heresim, SimGrid, SimUp) французской компании Beicip Franlab, GMP (Stratamodel Inc., Texas), Petrel (Technoguide, Norway)). Такие программы могут осуществлять совмещение в трехмерном пространстве данных сейсмических профилей и скважин, а также строить поверхности слоев на основе таких данных. С другой стороны, геологическая карта, которая служит для представления геологической структуры, - двумерна. Она представляет собой сечение трехмерной структуры поверхностью рельефа или какой-либо подземной поверхностью. Таким образом, для представления трехмерной структуры используется ее двухмерный срез. Вся информация в ГИС (и в том числе информация о глубинной структуре) привязывается к географическим координатам, существующие ГИС дают достаточную информацию о поверхностном срезе трехмерной геологической структуры.

За последнее десятилетие российскими и иностранными специалистами созданы глобальные геологические ГИС: «Природные ресурсы России» (ГлавНИВЦ МПР РФ совместно с Геологической службой США (USGS); «Геофизическая изученность России» (ГлавНИВЦ, ВНИИГеофизика МПР РФ, Институт ТОО «Геонефтегаз»; «Минеральные ресурсы, металлогенезис и тектоника Северо-Восточной Азии» (Международный проект); Французской геологической службой (BRGM) созданы ГИС Анд, ГИС Африки, ГИС Центральной Европы, ГИС Урала [Lips et al., 2002]. В ГлавНИВЦ в Группе цифровых тематических карт ведутся работы по наполнению Государственного

Банка Данных Цифровой геологической информации (ГБЦГИ) цифровыми геологическими картами масштаба 1:200 ООО, а также по редактированию и архивации карт, которые поступают в оцифрованном виде из региональных центров. На сегодняшний день этот Архив составляет более 1100 листов карт. К тематическим работам группы относятся:- Разработка структур цифровых моделей для карт геологического содержания (геоэкологической карты, ряда карт для атласа «Основа прогноза и поисков зон распространения погребенных рифов Прикаспийской впадины» и др.)- Оформление записок как help-файлов для работы в ArcView в среде Windows и их связь с картой (на примере ГИС «Северная часть о-ва Сахалин»).- Создание приложения в ArcView для приведения стратиграфических шкал разных годов к современному виду (для корректировки стратиграфических подразделений карт, созданных в разное время при сшивке номенклатурных листов). Другим направлением работ является сбор и проверка цифровых атласов и информационных пакетов, сопровождаемых гипертекстовым описанием в виде HELP-файлов. Материалы предоставляются разными организациями и региональными центрами. Проверяется состав тем комплекта, их визуализация, структура хранения данных, которая должна быть однотипной для быстрой ориентации при работе с аналогичными цифровыми атласами и информационными пакетами. Ниже приводится перечень всех пакетов.

Государственная геологическая карта Q - 56, 57; Цифровые атласы геологического содержания номенклатурных листов М 48 (Улан-Удэ), М 49 (Петровск-Забайкальский), N47 (Нижнеудинск), N48 (Иркутск), 048 (Усть-Кут), 049 (Киренск) м-ба 1:1 ООО ООО; Пакет карт по Дальнему Востоку; Атлас цифровых карт северо-запада РФ; ГИС Природные ресурсы Мордовии; ГИС Изучение оползневых процессов на территории города Саранска; Цифровой информационный фактографический пакет по Томской области; Геоинформационный пакет по листу М-54; Геоинформационная система минерально-сырьевой базы субъекта федерации; ГИС «Кировская область»; ГИС «Геология и минеральные ресурсы Нижегородской области»; ГИС по территории Дальнего Востока масштаба 1:1 ООО ООО; ГИС «Геология, нефтяные и газовые месторождения Западной Якутии». Создаются проекты цифровых карт по отдельным территориям, представленные в форматах Arclnfo и ArcView. Такие работы завершены по Байкалу, Иркутской области, северной части острова Сахалин. Широкое применение ГИС-технологии нашли при металлогенических исследованиях, как в России, так и за рубежом; отмечаются работы Черемисиной E.H., Гитис В.Г., Ломтадзе В.В., Наумовой В.В., Голубенко И.С., М. Billa, D.Cassard, A. Lips, R. Roy, S. Gardoll и др.

Атлас природы Балтики основан на данных одного из наиболее популярных экологических сайтов «ГИС, карты и статистическая база данных региона Балтийского моря». Этот сайт разработан GRID-Arendal, информационным центром природоохранной программы Организации Объединенных Наций, как часть проекта Службы онлайновой интерактивной географической и природоохранной информационной программы (BOING), спонсируемого Европейским Сообществом

Японская компания Increment Р использует ГИС для цифровой картографии. Бразильская компания Petrobras, входящая в число 15 ведущих нефтедобывающих компаний мира и занимающаяся разведкой, добычей, переработкой, транспортировкой и сбытом нефти, природного газа и продуктов их переработки в Бразилии и других странах, использует функциональные возможности программного обеспечения ArcGIS при выполнении пространственного анализа, создании картографических и других отчетных материалов. Saudi Aramco - государственная нефтяная компания Королевства Саудовская Аравия широко использует настольные продукты ArcGIS Desktop для планирования проведения съемок, мониторинга работ, выполняемых сторонними организациями по контрактам, анализа геофизических данных, собранных в процессе съемок. Пользовательские приложения на основе ArcGIS применяются для поддержки планирования расположения скважин, оснащения буровых оборудованием и для решения многих других инженерных задач. Отдел управления водными ресурсами Министерства водных ресурсов и геологии Швейцарии использовал ArcGIS (Arclnfo) для создания информационной системы по водным ресурсам Швейцарии.

Национальный информационный центр по землетрясениям (NEIC - "The National Earthquake Information Center"), подразделение Геологической службы США, являющейся одним из крупнейших корпоративных пользователей программных ГИС продуктов ESRI, обеспечивается картографическими интернетовскими серверами (IMS) от ESRI.

Благодаря использованию технологий Arc View GIS, модуля Spatial Analyst и другого программного обеспечения, включая Avenue, впервые в отечественной сейсмологической практике появилась возможность полноценной и продуктивной работы с электронными картами и базами сейсмологических и геолого-геофизических данных. Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации и всей Северной Евразии, предпринятое в 1991-1997 гг. Объединенным институтом физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН при финансовой поддержке Миннауки России, впервые осуществлено на основе целостной методологии, единой прогнозной карты сейсмичности и зон возникновения очагов землетрясений.

В Институте Геофизики Академии Наук Грузии при помощи ArcView GIS, модуля Spatial Analyst и 3D Analyst; разработан пакет новых карт сейсмической опасности. Как известно, Кавказский регион характеризуется довольно высокой сейсмической опасностью. Одним из критериев подбора карт послужило сравнение с уже наблюденной сейсмичностью ("хорошая" теоретическая оценка должна предусматривать уже случившиеся события). С помощью модуля Spatial Analyst были составлены карты разностей между наблюденной и рассчитанной сейсмичностью.

Особенностью новых карт является то, что они рассчитаны не только для макросейсмической интенсивности (в баллах), но также для максимального горизонтального ускорения почвы (Peak Ground Accélération), а также для спектральных ускорений (Spectral accélération). Следующим шагом в этом направлений является оценка сейсмического риска, что в свою очередь предусматривает наличие приближенной цифровой модели существующей социально-экономической инфраструктуры и расчета возможного урона от землетрясений.

Все глобальные и региональные ГИС содержат в себе подробную послойную (двумерную) информацию о рельефе, геологическом строении, полезных ископаемых, тектонике и др. особенностях территории.

В современной практике ЗВ-моделирования по результатам тектонического, сейсмологического, геодинамического анализа существуют лишь отдельные примеры создания объемных ГИС-моделей для локальных территорий. Такая модель была разработана для Рачинского землетрясения. Учитывая данные по локальной геологии, была создана трехмерная модель активных разломов, на которую были нанесены землетрясения с учетом их глубинного распределения. Было изучено пространственно-временное распределение афтершоков после главного толчка. Вся работа была проделана с помощью модуля 3D Analyst и программирования в среде Avenue. Модель позволяет интерпретировать тектонические процессы, проверять разные версии происходящего, уточнять наклон и глубину залегания активных разломов. Данная методика с применением детальных геологических и сейсмологических данных имеет большую научную перспективу.

Некоторые примеры использования ArcView GIS с ArcView Spatial Analyst в решениях задач структурной геологии и тектодинамики показали сотрудники ГИС-центра «ИнформТерра (Геологический факультет МГУ) Пчелинцев С., Свинтицкий И., определяя зоны динамического влияния разрывных нарушений с помощью исследования функции непрерывного поля конкретных разрывов путем построения грида, каждая ячейка которого характеризуется удалённостью от главного разрыва.

Опыт создания трехмерной модели участка оползневого склона с разнообразными тематическими слоями был реализован в Мордовии (Мордовприродресурсы, Мордовский госуниверситет). В качестве базовой ГИС выбрана ArcView GIS, дополнительно использовались программы PhotoShop; Easy Trace; Geodraw; СУБД FoxPro.

Создание цифровой модели батиметрической карты рифтовой долины Срединно-Атлантического хребта путем оцифровки изолиний и создание 3D-модели рельефа рифтовой долины с помощью комплекса программных продуктов ArcGIS было выполнено во ВНИИОкеангеология (Бурский А.З., Кулешова J1.B., г. Санкт-Петербург). Применяемая методика позволила раскрыть специфику протекания спрединговых процессов и получить дополнительные критерии для поисков гидротермальных полей. Возможность получения морфометрической характеристики (своеобразного морфометрического паспорта) участков рифтовой долины, где обнаружены проявления и рудные поля глубоководных полиметаллических сульфидов, дает в руки исследователя материал для выявления поисковых признаков, исходя из морфоструктуры рифтовой долины. На следующей стадии исследований предполагается получить сравнительную морфологическую характеристику рельефа серии участков рифтовой долины.

Одной из лучших зарубежных разработок в тектоническом 3D-моделировании является ГИС GOCAD, созданная в Боннском университете для моделирования геологической среды (стратиграфии, тектоники), сотрудниками Breunig, М., Cremers, A.B., Muller, W., Siebeck, J., Shumilov, S., Siebeck, J. на основе ядра GeoToolKit, работающего с пространственной СУОБД GeoStore. ГИС GOCAD поддерживает пространственно-временные модели данных (т.е. 3D/4D), а также три типа операций над ними: топологические, геометрические, семантические. В ней реализована кинематическая тектоническая модель. Объектно-ориентированная модель применялась в этой разработке и для проектирования физической модели данных.

Глобальные и региональные ЗО-ГИС-модели, отражающие строение земной коры большой территории на настоящий момент отсутствуют, а большинство существующих объемных моделей верхней части земной коры (до глубин 2-3 км) созданы для решения задач нефтегазовой геологии, разведки и разработки месторождений и представляют собой модели строения отдельных рудных тел, залежей и пластов.

Поэтому автором был предложен следующий методический подход. За основу при создании объемной модели АССО, принята цифровая модель рельефа (ЦМР) из программы GlobalMapper, а в качестве инструментария ее обработки использована программа ArcGIS. Такой подход значительно сократил объем времени, необходимый для картирования разломно-блоковых структур, а также послужил высокоточным и эффективным способом для автоматизированного создания базы данных неотектонических показателей и дальнейшей работы с ними.

Цель и задачи исследования

Исходя из возникшей проблемы, цель работы заключалась в выборе и совершенствовании методов применения ГИС-технологий для создания двумерной и трехмерной моделей разломно-блокового строения региона, как картографической основы корреляции неотектонических и сейсмических процессов при решении основных задач обеспечения сейсмобезопасности Красноярского края.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ существующих ГИС-технологий и методов, использующихся для изучения неотектонических разломно-блоковых структур.

2. Осуществить выбор и обоснование методологической концепции и комплекса ГИС-технологий для создания двумерной (неотектоническая карта) и трехмерной моделей разломно-блоковой структуры территории АССО.

3. Создать на основе ГИС-технологий двумерную модель территории

АССО.

4. Преобразовать с помощью ГИС-технологий двумерную разломно-блоковую модель АССО в трехмерную.

5. Определить с помощью инструментария АгсС18 показатель раздробленности земной коры АССО в плане и в разрезе.

6. Выполнить с помощью инструментария АгсСК корреляцию характера раздробленности земной коры и сейсмичности АССО.

7. Определить основные геолого-геофизические, тектонические, геодинамические критерии контроля сейсмической активности в неотектонической разломно-блоковой структуре для прогноза развития сейсмического процесса в АССО.

Фактический материал и методика исследований

Основой для построения неотектонической карты разломно-блокового строения территории АССО послужила цифровая модель рельефа программы Global Mapper. Для анализа распределения сейсмической активности в разломно-блоковой структуре использовались каталоги землетрясений (специализированный каталог землетрясений Северной Евразии (включающий исторический период и инструментальные наблюдения до 2000 г, отв. редакторы: Н.В. Кондорская, В.И. Уломов), электронный каталог КНИИГиМС (2000-2008). На этапе анализа глубинного строения территории с целью сопоставления полученных результатов с геолого-геофизическими свойствами земной коры были использованы геолого-геофизические материалы (данные электроразведочных работ методами МТЗ, выполненными КНИИГиМС в 20002007 гг.; данные моделирования слоев земной коры, выделенных по плотностным характеристикам (Кириленко В.А., КНИИГиМС, 2000-2007); данные о мощности земной коры по изостатической модели (Алакшин, ИЗК СО РАН, 1999); данные МОВЗ (Центр«ГЕОН»)[Тойб Р.Е. и др., 1999, 2002; Линд Э.Н., Мищук О.В., Золотов Е.Е. и др., 2004; Лифшиц В.В., Линд Э.Н., Мищук О.В., 2005]; данные ГСЗ (СРГЭ НПО "Нефтегеофизика» Егоркин А. В., Костюченко С. Л. (геотраверсы "Кварц" и "РИФТ") [Сибгатулин В.Г., Лифшиц В.В. и др., 2006]. В процессе всей работы использовалась специальная литература и картографический материал по АССО. Построение объемной неотектонической модели АССО, расчет и пространственный анализ количественных характеристик осуществлялись с использованием программ Global Mapper и ArcGIS.

Научная новизна

1. Предложена ГИС-технология, базирующаяся на совмещении цифровых моделей рельефа GlobalMapper и инструментария ArcGIS для их обработки, существенно расширяющая возможности неотектонического анализа.

2. С помощью данной ГИС-технологии созданы двумерная и трехмерная неотектонические разломно-блоковые модели АССО масштаба 1:1000000 позволяющие решать задачи сейсмического мониторинга.

3. С использованием инструментария АгсОК установлена и охарактеризована послойная раздробленность земной коры АССО и характер структурной приуроченности сейсмических очагов к разломно-блоковым ансамблям.

4. Установлено, что оптимальным для формирования сейсмоактивного слоя является глубинный уровень земной коры с показателем раздробленности л л

Бб) не выше 0,16 ед./км и не ниже 0,013 ед./км .

5. Рассчитаны корреляционные зависимости между показателем тектонической раздробленности территории, отражающим реологическое состояние земной коры на глубину, и показателем выделившейся суммарной сейсмической энергии в АССО.

Практическая значимость и востребованность результатов определяется вкладом в обеспечение экономической и социальной безопасности Красноярского края через создание объемной картографической основы для сейсмомониторинга и сейсмического прогноза.

Основание для постановки исследований и их практическая реализация:

Исследование опиралось на закон Красноярского края №11-828 от 26.06.2000 о краевой целевой программе "Сейсмобезопасность Красноярского края на 2001—2005 годы", в которой в перечень мероприятий, финансируемых из средств краевого бюджета по государственной территориальной программе изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы на территории Красноярского края, были включены работы по исследованию неотектоники и сейсмической активности южной части Красноярского края для уточнения карт сейсмического районирования территории Красноярской промышленной агломерации.

Результаты неотектонических исследований в области анализа разломно-блоковой структуры региона послужили материалом для составления схем и карт по следующим научно-исследовательским и инженерно-геологическим работам, выполненным автором при работе в Красноярском Научно-Исследовательском Институте Геологии и Минерального Сырья

КНИИГиМС) и Экологическом Центре Рационального Освоения Природных Ресурсов (ЭЦРОПР):

Геолого-геофизические исследования неотектоники и сейсмической активности южной части Красноярского края для уточнения карт сейсмического районирования территории Красноярской промышленной агломерации» (автором составлены графические материалы к отчету: Карта неотектоники юга Красноярского края, масштаб 1 : 1 ООО ООО, Карта неотектоники Красноярской промышленной агломерации, масштаб 1 : 500 ООО, 2005 г., совместно с сотрудниками ИЗК СО РАН (Ружич В.В., Семенов P.M., Аржанников А.Г., Смекалин О.В.) проведены полевые работы по выявлению палеосейсмодислокаций). Работа выполнена за счет средств краевого бюджета.

Проведение инженерно-геологических и сейсмологических работ в районе здания №1 завода РТ-2 ГХК» (совместно с ИрГТУ (научн. рук. Лобацкая P.M.) составлены: карта-схема разломной тектоники для района ГХК в радиусе 300 км от объекта, неотектоническая карта-схема разломно-блокового строения для района в радиусе 300 км от объекта, масштаб 1 : 500 000.), а также уточнено разломное и разломно-блоковое строение территории в радиусе 30 км от ГХК с целью предоставления неотектонических данных для уточнения исходной сейсмичности эксплуатируемых объектов). Заказчик работ ФГУП ГХК Минатома России (г. Железногорск, 2006 г).

По договору с ГФУП «ВНИИГеофизика» (Договор № 10 от 30.05.2005 г. Перечень объектов № 3 государственного заказа Федерального агентства по недропользованию по ВМСБ) в рамках обобщения материалов по глубинным геофизическим исследованиям, проведенным на юге Сибири с целью разработки геолого-геофизической модели глубинного строения Алтае-Саянской складчатой области как основы её сейсмотектонического районирования, выполнена работа по анализу неотектоники региона и созданию карты сейсмотектонического районирования юга Сибири, масштаба 1 : 1 500 000 (коллектив авторов, 2006 г.).

В рамках договора автором построены разломно-блоковые модели очаговых зон землетрясений в масштабе 1 : 200 000 (Алтайский,

Шапшальский, Тывинский, Караганский очаги).

По заказу ФГУ Управления эксплуатации СШВ (ФГУ УЭСВ) (дог. РХ-Ф-03-22/38 от 19 апреля 2006 г.) выполнены полевые и камеральные работы по исследованию геологического строения, тектонических особенностей и возможных причин, сформировавших оползневые процессы развитые на берегах Саяно-Шушенского водохранилища, установлено влияние неотектонических движений на формирование обвально-оползневых процессов, построена схема разломно - блоковой тектоники на территорию СШВ масштаба 1 :500 ООО.

В рамках разработки раздела проекта строительства Богучанской ГЭС «Оценка воздействия на окружающую среду Богучанской ГЭС на реке Ангара» были выполнены работы по характеристике сейсмотектонических и геодинамических условий территории зоны затопления БоГЭС, проведено I сейсмотектоническое районирование и построена карта • сейсмотектонического районирования Нижнего Приангарья в масштабе 1 : 500 000. Данная работа прошла экспертизу и принята заказчиком (ЗАО Бо » ГЭС).

Построены карты-схемы разломной тектоники для целей сейсмического . микрорайонирования различных строительных площадок (по договорам на инженерно-геофизические изыскания).

На все вышеперечисленные работы имеются справки о принятии отчетов в территориальные фонды, Росгеолфонды, акты сдачи-приемки выполненных работ, подтверждающих внедрение проведенных исследований. В приложении 1 представлены акты внедрения авторских работ.

Проведенные исследования дали научно-обоснованную методику создания неотектонических карт на основе совмещения цифровой модели рельефа С1оЬа1Маррег и инструментария АгсОК.

Полученная картографическая база данных используется для проведения сейсмического мониторинга в Красноярском крае и на сопредельных территориях и для разработки комплекса мероприятий по обеспечению безопасности.

Кроме того, результаты представленной работы могут быть использованы в учебном процессе при чтении теоретических курсов по общей и региональной геологии, для выполнения курсовых и дипломных работ студентами геологических и строительных специальностей, а также найдут широкое применение у специалистов геологов, сейсмологов, проектировщиков в научно-исследовательской и практической работе.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на международных и отечественных научных конференциях: Всероссийской конференции «Проблемы защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций» (Красноярск, 2003); Региональном научном семинаре «Методы анализа геодинамической обстановки для прогноза сейсмических событий» (Красноярск, 2005); Международном семинаре «Неотектоника, сейсмичность, современный вулканизм и закономерности размещения полезных ископаемых Центральной Евразии» (Красноярск, 2006), а также на научных семинарах в КНИИГиМС.

Достоверность полученных результатов:

1. Обоснована большим объемом проверяемой геолого-геофизической и картографической информации, полученной в результате непосредственных исследований и полевых наблюдений автора.

2. Подтверждена прогнозами тенденций развития сейсмического процесса (Караганский, Синеборский, Алтайский сейсмические очаги).

3. Подтверждена сравнением полученных результатов с данными сейсмотектонических наблюдений, с материалами полевых сейсмогеологических исследований предшественников.

Публикации и личный вклад автора

По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе в журнале, рекомендуемом ВАК, сборниках статей, трудах и тезисах международных и российских научных конференций, основные результаты отражены в работах:

Лобацкая P.M., Краснораменская Т.Г. Объемная неотектоническая модель Алтае-Саянской складчатой области как основа для анализа и прогноза сейсмичности // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской Академии Естественных наук «Геология, поиски и разведка рудных месторождений. - 2008 - вып.6 (32) - с.132- 142.

Краснораменская Т.Г., Лобацкая P.M. Объемная неотектоническая разломно-блоковая модель Алтае-Саянской складчатой области и сейсмический процесс/Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. Всероссийское совещание к 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. Москва: ИФЗ РАН. - 2008. - с. 56-58.

Личный вклад автора состоит:

1. В предложении новой методики ГИС для неотектонического анализа, базирующейся на совмещении цифровых основ GlobalMapper и программных возможностей ArcGIS.

2. В создании двумерной и трехмерной разломно-блоковой модели

АССО.

3. В нахождении корреляционных зависимостей между сопоставляемыми тектоническими и сейсмологическими данными (уровнем раздробленности земной коры АССО и суммарной выделившейся сейсмической энергией).

4. В исследовании разломно-блоковых моделей очаговых зон, представляющих сейсмическую опасность для южных и центральных районов Красноярского края.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 22 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Краснораменская, Татьяна Геннадьевна

Выводы

Анализ неотектонического разломно-блокового строения территории позволил выявить геодинамические критерии расположения основных активных в настоящее время очаговых зон, несущих сейсмическую опасность: Караганская, Алтайская, Шапшалькая, Тывинская и Бусийнгольская сейсмические зоны. Практически все перечисленные очаги имеют близмеридиональное и северо-западное простирание (за исключением широтной Тывинской очаговой зоны) и локализованы вдоль границ контрастных блоков: активно воздымающегося горста и активно погружающегося грабена или крупной впадины. Выявляются и особые, характерные для конкретной очаговой зоны геодинамические критерии, объясняющие причины накопления здесь высоких напряжений. Таковыми являются:

1. Наличие новейшей близмеридиональной региональной разломной зоны в пределах структуры Восточного Саяна с характерным северо-западным простиранием, отчетливо картирующейся в неотектоническом плане, и подтверждающейся геофизическими данными, по которой происходит разрядка напряжений в Караганском очаге.

2. Приуроченность Алтайского очага к зоне разворота структур с северовосточного «западно-саянского» направления на северо-западное «курайское».

3. Наложение трех систем разломов в зоне Алтайского очага (северовосточная, северо-западная и широтная), из которых две представлены своими дистальными окончаниями.

4. Расположение Шапшальского очага в системе торцового сочленения широтных структурно-тектонических зон Тывы со структурами Алтая, имеющими северо-западное простирание.

5. Приуроченность Бусингольского очага к зоне древних разломов, по которой широтные структуры Восточно-Тывинской складчатой зоны торцово сочленяются с меридионально ориентированными структурами Тывино-Монгольского массива, в частности - с Бусийнгольской впадиной-грабеном «байкальского» типа.

4.2. Распределение очагов землетрясений в трехслойной неотектонической модели и положение сейсмоактивного слоя

Анализ глубины залегания гипоцентров на территории АССО показал, что для всех без исключения очаговых зон глубины гипоцентров землетрясений с магнитудами (М) менее 5,5 не опускаются ниже 15-20 км и только для двух событий с М>6 в Алтайском и Шапшальском очагах глубины гипоцентров составили 33 и 30 км соответственно. Анализ рассеянной сейсмичности также показал концентрацию гипоцентров на глубинах от 10 до 33 км (рис.-4.2 - 4.5). Данному сейсмоактивному интервалу глубин соответствует нижняя часть верхнего смоделированного слоя со свойствами вязко-упругого тела Кельвина и верхняя часть среднего слоя с упруго-вязкими свойствами тела Максвелла (рис.4.6). Именно в этом интервале существуют оптимальные реологические условия для накопления и высвобождения упругой энергии.

Также отмечено, что наиболее глубинные гипоцентры (25 - 35 км) приурочены к слабораздробленным блокам земной коры, менее глубинные -рассредоточены в блоках с более высоким уровнем площадной деструкции на глубинах 10-16 км. Выявлена особенность распределения гипоцентров различной магнитуды в инфраструктуре разлома. Так, гипоцентры наиболее глубинных сейсмических событий в плане приурочены к крыльям разломов, менее глубинные гипоцентры проецируются непосредственно на осевую зону разлома. Это обстоятельство, вероятно, связано с положением плоскости сместителя разлома. Известно, что самые сильные сейсмические события пространственно тяготеют непосредственно к осевой зоне крупнейших разломов. Генеральные и региональные разломы, контролирующие распределение сильных землетрясений, характеризуются наклонным положением сместителя, в зоне которого генерируются мощные сейсмические события, и поэтому на карте эпицентры приурочены к правому, либо к левому крылу разлома, в зависимости от наклона сместителя.

Саяно-Партизанская впадина

Условные обозначения

Расчетные границы слоев земной коры -Кровля хорового проводящего слоя по изолинии 125 Ом*м по данным МТЗ {Тойб РЕ., Мищук О.В. 2004 г., КНИИГиМС), Граница Мохо (по данным РСЗ) границы слоев земной коры, выделенных по плотностным характеристикам (г/см. куб): верхнего - 2,55-2,85 среднего - 2.76-2,8; 2,81-2,85 нижнего - 2,86-2,9; 2,91-2,95 - эпицентры землетрясений по данным каталога КНИИГиМС (2000-2007гт)

Рис. 4.2, Неотектоническая модель строения Караганского сейсмического очага сз юв

Алтайский очаг

50 km

150 km

I I

427 km

О 5H 1015 20253035404550

Условные обозначения

Расчетные границы слоев земной коры

-Кроеля корового проводящего слоя по изолинии 150 Ом'м по данным МТЗ (Тойб RE-, Мищук О-В. 2004 г. КНИИГиМС).

Граница Мохо (поданным ГСЗ) эпицентры местных землетрясений по данным МОВЗ (центр "Геон" 2006 г.)

Рис. 4.3. Неотектоническая модель строения Алтайского сейсмического очага ю

1000

405060 Н, км

Таннуольское поднятие

-Тывинская ~ впадипа

I I I I I I

10 кш 20 кт 30 кт 4В кш 50 кт 60 кт 70 кт 80 кт 98 кт

• яг границы слоев земной коры, выделенных по плотностным характеристикам (г/см. куб): верхнего - 2,55-2,85 среднего - 2.76-2,8; 2,81-2,85 нижнего - 2,86-2,9; 2,91-2,95

Условные обозначения

Граница Мохо (по данным ГСЗ)

- эпицентры землетрясений по данным каталога КНИИГиМС (2000-2007гг)

Рис. 4.4, Неотектоническая модель строения Тывинской очаговой зоны

50 кгп

100 кт

150 кт

225 кт

Условные обозначения

Расчетные границы слоев земной коры

Гипоцентры землетрясений по данным специализированного каталога землетрясений Северной Евразии без афтершоков (до 2000 г),(ответственные редакторы: И.В. Кондорская, В.И. Уломов); каталога КНИИГиМС (2000 - 2007гг)

Граница Мохо (по данным ГСЗ)

Рис. 4.5. Неотектоническая модель строения Шапшальского сейсмического очага

Рис.4.6. Распределение гипоцентров в трехмерной разломно-блоковой модели АССО.

4.3. Корреляция разломно-блоковых структур и сейсмичности

Связь между характером блочности земной коры и распределением сейсмичности отмечается многими исследователями. В сплошной среде повышение уровня упругих напряжений не приводит к каким-либо качественным изменениям состояния до тех пор, пока не будет достигнут предел пластичности, и здесь можно рассуждать о процессах накопления и высвобождения энергии в простой реологической модели, которой не существует в геофизической среде. В реальной блочной среде ситуация сводится к тому, что увеличение уровня упругой энергии приводит к неустойчивому состоянию среды в отдельных ее участках и даже незначительные порции энергии могут играть роль триггера. Переход состояния среды из неустойчивого в устойчивое сопровождается выделением энергии, величина которой обусловлена размером блока и его энергонасыщенностью.

Известно, что геофизическая блочная среда подчинена закону иерархической делимости [Пиотровский, 1964; Садовский, 1987; Семинский, 2005; Макаров, 2007 и др.], в связи с чем построенная разломно-блоковая модель АССО рассматривается как сложная система блоков различного уровня иерархии, «вложенных», один в другой. При релаксации напряжений данная модель также подчиняется закону иерархичности. Этот процесс охарактеризован Садовским М.А. и суть его сводится к следующему: для каждого иерархического уровня механизм диссипации энергии состоит из последовательности дискретных актов — подвижек блоков, хотя после усреднения по соответствующему пространственно-временному объему этот процесс будет выглядеть непрерывным. При постоянном деформировании среды подвижки происходят на всех уровнях блочности; подвижки блоков с большими размерами воспринимаются как землетрясения, подвижки меньших масштабов - как микросейсмичность, еще меньших - как фоновый шум и т.д. Из представленного механизма релаксации следует, что при постоянном деформировании дискретной среды регулярно возникают неустойчивые состояния отдельных блоков различного уровня. Интервалы времени, через которые возникают неустойчивы состояния, зависят от скорости деформирования и размера структурных элементов системы [Садовский и др., 1987]. Таким образом, размеры блоков земной коры связаны с силой и периодичностью землетрясений. Для нахождения закономерностей между размерами блоков и сейсмичностью М.А. Садовским [1987] была предложена формула среднего геометрического размера блока L = S /з, линейной величины, которую можно сопоставлять с глубиной блока, сейсмичностью. В данной работе нет смысла использовать приведенную зависимость, так как она корректна только в отношении изометричных блоков, которых на территории АССО лишь около 50 %. К тому же представленная здесь трехмерная модель позволяет коррелировать с сейсмичностью уже объемные блоки.

Как показатель блоковой делимости земной коры, для корреляции ее с распределением сейсмичности, в данной работе предложена величина деструкции (Ds).

Для выявления закономерностей между неотектоническими и сейсмологическими характеристиками, используя зависимость Е = 10!'8*м+4, предложенную Т.Г. Раутиан [1960], была рассчитана энергия для каждого сейсмического события, а затем суммарная энергия в блоках второго ранга, как в объеме, наиболее благоприятном для накопления упругой энергии, и десятичный логарифм по ней.

Полученное значение сопоставлено с величиной деструкции в геологических структурах в верхнем и среднем слоях (табл. 4.1, рис. 4.7 - 4.9).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрена проблема в обеспечении системы сейсмического мониторинга на территории Красноярского края специализированной картографической неотектонической основой, являющейся базой для изучения сейсмически активных очаговых зон, несущих опасность для жителей края и сопредельных территорий АССО, прогноза их развития и выявления новых возможных очагов землетрясений.

Обзор опубликованных литературных данных по методам геоморфологического анализа тектонических блоков и построения неотектонических карт на основе разломно-блокового строения территории позволил выбрать и обосновать методическую концепцию и комплекс ГИС-технологий для создания неотектонической карты, а затем и трехмерной модели АССО.

Использование современной ГИС-технологии совмещения цифровой модели рельефа С1оЬа1Маррег с инструментарием ее обработки в программе АгсвК позволило создать трехмерную неотектоническую разломно-блоковую модель АССО и существенно расширить возможности неотектонического анализа территории.

С помощью встроенных программных возможностей Агс018 и дополнительных специализированных скриптов сформирована база данных (таблица атрибутов) разломных и блоковых характеристик, содержащая информацию о длине и глубине проникновения разломов, площади, периметре, мощности, величине эрозионного вреза в блоке, скорости вертикальных неотектонических движений с эоплейстоцена и позволяющая коррелировать неотектонические и сейсмические характеристики блоков.

Анализ неотектонического разломно-блокового строения территории и распределения гипоцентров позволил выявить геодинамические критерии расположения основных активных очаговых зон (торцовые сочленения региональных и генеральных разломных зон, разрядка по меридиональным разломам, узлы наложения нескольких разломных зон, зоны сочленения контрастных блоков и др.). Моделирование глубинной компоненты неотектонических блоков отразило трехслойное строение земной коры с различными реологическими свойствами и способностью к накоплению упругой энергии, анализ распределения гипоцентров позволил выделить положение в трехслойной модели сейсмоактивного слоя на территории АССО.

Корреляция рассчитанных количественных оценок величины деструкции земной коры АССО и суммарной сейсмической энергии в блоках выявила обратную зависимость между этими показателями. Определен оптимальный уровень раздробленности литосферы, необходимый для концентрации сейсмического очага в АССО.

Предложенная в работе ГИС-технология имеет универсальный характер и применима для построения тектонических карт и объемных тектонических моделей при решении широкого круга геологических задач.

Построенная трехмерная неотектоническая модель и сформированная база данных открывает широкие перспективы для проведения многомерного анализа неотектонических и сейсмических характеристик блоков при оценке сейсмической опасности региона. Одним из перспективных и необходимых направлений исследований является проведение районирования территории АССО с детальным выделением сейсмогенерирующих разломно-блоковых ансамблей и расчет их количественных сейсмических характеристик, что даст возможность прогноза развития очаговых зон в определенный интервал времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Краснораменская, Татьяна Геннадьевна, 2008 год

1. Аржанников С.Г., Гладков A.C., Семенов P.M. Позднечетвертичная динамика и импульсные тектонические движения в зоне влияния Канской системы разломов (юго-запад Сибирской платформы) / Геология и геофизика. 2004. - т. 45, № 4. - С. 430- 442.

2. Бабак В.И., Борисов Ю.М. и др. Отчет по теме: «Геоморфологическая карта южной части Красноярского края масштаба 1 : 500 000». I т. Москва, МГУ, 1971. 255 с.

3. Бакшт Ф.Б., Чурилин М.А., Григорьев A.A. и др. Разработка программы развития региональной сети сейсмологических наблюдений на территории Средней Сибири. Отчет. Красноярск, КНИИГиМС, 1995, 505 с.

4. Бондарев В.П. Геоморфологический анализ тектонических блоков.// Общ. и регион, геология, геология морей .и океанов, геол. картирование: обзор/АОЗТ «Геоинформмарк». М, 1996. - 43 с.

5. Волчанская И. К., Сапожникова E.H. Анализ рельефа при поисках полезных ископаемых. М.: Недра, 1990. - 159 с.

6. Время и возраст рельефа. / Под. Ред. H.A. Логачева, Д.А.Тимофеева, Г.Ф. Уфимцева/ Новосибирск: Наука.-1994. 192 с.

7. Гаврилин К.В., Озерский А.Ю. Канско-Ачинский угольный бассейн: Монография / под ред. В.Ф. Череповского / М.: Недра, 1996. 272 с.

8. Гаврилов С.С., Славкин B.C. Френкель С.М. Использование данных сейсморазведки при трехмерном геологическом моделировании (на примере месторождения Западной Сибири) // Геология нефти и газа. 2005.-№5. С. 19-24.

9. Генезис рельефа.- Новосибирск: Наука.-1998.-176 С. /Г.Ф. Уфимцев, Д.А. Тимофеев, Ю.Г. Симонов и др.

10. Герасимов И.Н. Геоморфологическое выражение неотектоники.// Новейшие движения, вулканизм и землетрясения материков и дна океана.-М.:Наука.-1969.-С.40-46.

11. Герасимов И.П. Совремнные рельефообразующие экзогенныепроцессы. Уровень научного познания, новые задачи и методы исследования.// Современные экзогенные процессы рельефообразования.-М.: Наука.-1970.-С.7-14.

12. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М., Наука, 1975. - 536 с.

13. Гольдин C.B., Кучай O.A. Сейсмотектонические деформации Алтае-Саянской сейсмоактивной области и элементы коллизионно-блочной геодинамики // Геология и геофизика. 2007. - т. 48, специальный выпуск. - С. 692-723.

14. Голубенко И.С., Ручкин Ю. А., Ворошин C.B. Двухмерный анализ формы полигональных объектов в геоинформационных системах геологического содержания // Геоинформатика. 2003. - № 3. С. 3-12.

15. Государственная геологическая карта Российской федерации. Масштаб 1:1 000 000 (новая серия). Лист N-46 (47) — Абакан. Объяснительная записка / Авторы В.В. Беззубцев, Е.И. Берзон, В.М. Даценко и др. СПб.: Изд-во СПб. картфабрики ВСЕГЕИ, 2000,295 с.

16. Девдариани A.C. Математический анализ в геоморфологии. М.: Наука, 1967. - 166 с.

17. Добрецов H.JI. Эволюция структур Урала, Казахстана, Тянь-Шаня и Алтае-Саянской области в Урало-Монгольском складчатом поясе (Палеоазиатский океан) // Геология и геофизика. 2003. - т. 44, № 1-2. - С. 5-27.

18. Забродин В.Ю. Системный анализ дизъюнктивов.- М.: Наука, 1981.- 198 с.

19. Захаров B.C. Динамика реологически расслоенной литосферы при континентальной коллизии. -М., 1996.

20. Золотарев А.Г. Переходный рельеф между орогенными и равнинно-платформенными областями.//Геоморфология.-1976.-2.-С.26-34.

21. Зятькова JI.K. Структурная геоморфология Алтае-Саянской горной области. Новосибирск: Наука, 1977. - 215 с.

22. Карта активных разломов СССР и сопредельных территорий. М-б: 1:8 ООО ООО / Ред. В.Г. Трифонов. Москва-Иркутск: 1986.

23. Колмогоров В.Г., Колмогорова П.П. Современная кинематика земной поверхности юга Сибири. Новосибирск: Наука, 1990. - 151 с.

24. Колмогорова П.П., Колмогоров В.Г. Современные вертикальные движения земной коры Енисейского кряжа / Геология и геофизика. 2004. - т. 45, № 4. - С. 455-464.

25. Косыгин Ю.А., Кулындышев В.А. Введение в тектоническую картографию. М.: Недра, 1981.- 270 с.

26. Краснораменская Т.Г. Распределение эпицентров в разломно-блоковой структуре Караганского очага / Методы анализа геодинамической обстановки для прогноза сейсмических событий. Красноярск: КНИИГиМС,2005. С. 40-41.

27. Краснораменская Т.Г., Корнев Т.Я., Самков В.В., Симонов К.В. К обоснованию местоположения северной границы сейсмического домена D0300

28. Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. Вып. 4. Красноярск: КНИИГиМС, 2003. С. 396-403.

29. Краснораменская Т.Г. Особенности структуры Караганского сейсмического очага / «Проблемы использования и охраны природных ресурсов Красноярского края». Вып. 8. Красноярск, КНИИГиМС, 2006. С.167-169.

30. Ласточкин А.Н. Общая геоморфология. Учение о морфологии рельефа. Спб.: Санкт-Петербургский университет, 1991. - 105 с.

31. Красноярск, КНИИГиМС, 2005 г.

32. Лобацкая P.M. Неотектоническая разломно-блоковая структура зоны сочленения Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты. // Геология и геофизика, 2005. Т.46 -№ 2 - С. 141 -150.

33. Лобацкая P.M. Структурная зональность разломов. М.: Недра, 1987. - 129 с.

34. Лобацкая P.M., Намолова М.М. Пояснительная записка к карте неотектоники Нижнеканского гранитоидного массива и сопредельных территорий в масштабе1:200 000. Отчет. Иркутск,. ИрГТУ, 2002.

35. Ломтадзе В.В., Дударева О.В. Геоинформационный анализ: учеб. Пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. - 60 с.

36. Лопатин А.П. Схема разрывных нарушений по данным дешифрирования аэро- и космоснимков и геоморфологического анализа рельефа. Отчет. Красноярск, Госцентр «Природа», 1997.

37. Лопатин А.П., Деменюк А.Ф. Пояснительная записка к картам неотектонического строения и современных вертикальных движений земной поверхности Красноярского промрайона масштаба 1:200 000. Красноярск, Госцентр «Природа», 2000. 12 с.

38. Макаров В.П. Эволюционная природа блочной организации геоматериалов и геосред. Универсальный критерий фрактальной делимости // Геология и геофизика. 2007. - т. 48, специальный выпуск. - С. 724-746.

39. Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М. и др. «Кайнозой Байкальской рифтовой впадины. Строение и геологическая история». -Новосибирск, Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.

40. Милановский Е.Е. Новейшая тектоника Кавказа. М.: Недра.-1968.-483 С.

41. Морфотектоника Северо-Восточной Евразии. Лопатин Д.В. // Геоморфология. 2003. - № 2. - С. 3-9.

42. Мусин О.Р. Цифровые модели для ГИС // Информационный бюллетень. ГИС-Ассоциация. 1998. - №4 (16). - С. 30.

43. Наумова В.В. Концепция создания региональных геологических ГИС (на примере ГИС «Минеральные ресурсы, минералогенезис и тектоника северо-восточной Азии»): автореферат дис. д.г.-м.н. Иркутск, 2004. 47 с.

44. Никонов A.A. Голоценовые и современные движения земной коры. М.: Наука, 1977.- 239 с.

45. Николаев В.А. Геоморфологические системы Сибири.//Т1роблемы системно-формационного подхода к познанию рельефа. Новосибирск:Наука CO.- 1982.-С. 108-122.

46. Новейшая тектоника, геодинамика и сейсмичность Северной Евразии / Под ред. А.ф. Грачева. М.:, ОИФЗ РАН, ЦентрГЕОН МПР РФ, 2000. -487 с

47. О «синтетической» геоморфологии (к 40-летию морфометрического метода). В.В. Лобанов.// Геоморфология. 2003. - № 2. - С. 21-26.

48. Обзор становления отечественных картографических исследований в области геологической геоморфологии (превратности метода). И.С. Новиков.// Геоморфология. 2003 - № 2. - С. 28-39.

49. Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации ОСР-97. Отчет. М., ОИФЗ РАН. М., 1998.- 14 с.

50. Орлова A.B. Блоковые структуры и рельеф. М.: Недра, 1975.232 с.

51. Орлов А.И. Математика случая. Вероятность и статистика —основные факты. Учебное пособие. М.: МЗ-Пресс, 2004.

52. Поздняков A.B., Черванев И.Г. Самоорганизация в развитии форм рельефа. М.: Наука, 1990. - 204 с.

53. Пономарев B.C., Трифонов В.Г. Факторы тектогенеза. //Актуальные проблемы тектоники океанов и континентов. М.: Наука.-1978.-С.81-94.

54. Пиотровский В.В. Испотльзование морфометрии для изучения рельефа и строения Земли // Земля во вселенной. М.: мысль, 1964. - С. 278-297.

55. Разломообразование в литосфере. Зоны растяжения/ С.И. Шерман, К.Ж. Семинский. С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.-228 с.

56. Разломообразование в литосфере. Зоны сдвига/ С.И. Шерман, К.Ж. Семинский. С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.-262 с.

57. Разломообразование в литосфере. Зоны сжатия/ С.И. Шерман, К.Ж. Семинский. С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.-263 с.

58. Ранцман Е.Я. Морфоструктурное районирование и некоторые вопросы геодинамики Большого Кавказа // Геоморфология. 1985.- № 1.- С. 316.

59. Садовский М.А. и др. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М: Наука, 1987. - 100 с.

60. Саньков В.А. Глубины проникновения разломов. Новосибирск: Наука Сиб. отд-ие, 1989. - 136 с.

61. Семинский К.Ж. Картирование разломно-блоковой структуры земной коры на современном этапе развития тектонофизики // Геофизический журнал. 2005. - Т. 27, № 1. - С. 85-96.

62. Сибгатулин В.Г., Симонов К.В., Перетокин С.А. Оценка сейсмической опасности юга Центральной Сибири. Красноярск: КНИИГиМС — 2004.- 194 с.

63. Симонов Ю.Г., Кружалин В.И. Инженерная геоморфология: учебное пособие.- М.: МГУ, 1993.- 208 с.

64. Современные вертикальные движения Алтае-Саянской области и их связь с новейшими движениями и сейсмичностью. Колмогорова П.П., Колмогоров В.Г. // Геология и геофизика, 2002. т.43, № 6. С. 567-578.

65. Сурков B.C., Жеро О.Г., Уманцев Д.Ф. и др. Тектоника и глубинное строение Алтае-Саянской складчатой области.- М.: Недра, 1973. -144 с.

66. Схема тектонического районирования России. Масштаб 1:5 000 000. / Составители Г.С. Гусев, Н.В. Межеловский и др. М.: МПР РФ, ГЕОКАРТ. - 2001.

67. Тойб P.E. и др. Изучение особенностей глубинного строения восточной части Алтае-Саянской горно-складчатой системы по маршруту «Минусинск Кызыл-Эрзин». Отчет. Красноярск, КНИИГиМС, 2002, 263 с.

68. Трифонов В.Г. Неотектоника Евразии. -М.: Научный мир.-1999.-252 С. /Тр. ГИН РАН; Вып. 514/.

69. Трифонов В.Г., Пономарев B.C. Причины горообразования.// Геодинамика внутриконтинентальных горных областей. Новосибирск: Наука. -1990.-С.336-341.

70. Уфлянд А. К., Ильин А. В., Спиркин А. И. Впадины Байкальского типа Северной Монголии / Бюллетень М. о-ва исп. природы, отд. Геологии, т. XLIV (6), 1969.

71. Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур. Саратов, изд-во Саратовского ун-та, 1960. - 93 с.

72. Философов В.П. Основы морфометрического метода поисков тектонических структур. Саратов: Изд. Саратовского ун-та., 1975. - 230 с.

73. Херасков H.H., Шелухин Н.П. и др. «Космофотогеологическое картирование Алтае-Саянской горно-складчатой области масштаба 1 : 1 000 000». Москва, ПГО «Аэрогеология», 1986 - 351 с.

74. Черемисина E.H., Никитин A.A. Геоинформационные системы в природопользовании // Геоинформатика. 2006. - № 3. -С. 5-20.

75. Шерман С.И. Тектонофизический анализ сейсмического процесса в зонах активных разломов литосферы и проблема среднесрочного прогноза землетрясений. // Геофизический журнал. -2005. -№1. -Т.27. -С. 20-38

76. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. — 1977. 102 с.

77. Шерман С.И., Лобацкая P.M. О корреляционной зависимости между глубинами залегания гипоцентров и длиной разрывов в Байкальской рифтовой зоне. // Докл. АН СССР. -1972. Т.205. -№3. - С.578 - 581.

78. Шульц С.С. Анализ новейшей тектоники и рельеф Тянь-Шаня. М.: Географиздат.-1948.-224 с.

79. Шульц С.С. Тектоника земной коры ( на основе анализа новейших движений).-!!.: Недра.- 1979.-272 с.

80. Ярошевский В. Тектоника разрывов и складок. М.: Недра. -1981.-245 с.

81. Billa М., Cassard D., Lips A. L. W. et al. Predicting gold-rich epithermal and porphory systems in the central Andes with a continental — scale metallogenic GIS // Ore Geology Reviews. 2004. -Vol.25.-Issues 1,2. -P. 39-67.

82. Greninger M. L., Klemprerer S. L., Nokleberg W. J. Geographic Information Systems (GIS) Compilation Geophysical, Geological and Tectonic Maps for the Circum-North Pacific. U.S. Geological Survey Open-File Report 99-422, Version 1.0. 1999.

83. Castanie L., Bosquet F., Levy B. Advances in seismic interpretation using new volume visualization techniques./ First Break Vol. 23, №10, 2005.

84. Jörg Siebeck, Serge S. Shumilov, Armin В. Cremers, Martin Breunig, Andreas Thomsen: Selected Spatio-Temporal Data Types and Operations for a 3D/4D

85. Geological Information System. SSDBM 2004: 111-114.

86. Moore I.D., Grayson R.B., Ladson A.R. Digital terrain modeling a review of hydrological, geomorphological and biological applications // Hydrol. Proc. 1991. N5, P. 3-30.

87. Pike R.J. Geomorphometry-progress, practice, and prospect // Z. Geomorph. Suppl. 1995. Vol. 101. P. 221-238.

88. Heitzinger D., Kager H. Hochwertige Gelandemodelle aus Höhenlinien durch wissensbasierte Klassifikation von Problemgebieten // Photogrammetrie-Fernerkundung-Geoinformation. 1999. N 1, P. 29-40.

89. Soille P. Morphological image analysis. Springer-Verlag, 1999.

90. Yigit O., Nelson E.P., Hitzman M.W., Hofstra A.H. Structural Controls on Carlin-Type Gold Mineralization in the Gold Bar District, Eureka Country, Nevada // Econom. Geol. -2003. Vol.98. -P. 1173-1188.