Глава 2 Результаты работы
Результатом проведения Всероссийской Конференции с элементами научной школы для молодежи «Природные процессы, геодинамика, сейсмотектоника» стали генерация и распространение новых знаний на стыке таких научных дисциплин, как геология, геохимия, теоретическая и прикладная геофизика, вулканология и геоинформатика, современные методы многопараметрического мониторинга опасных природных процессов.
Кроме того, Конференция способствовала активизации сотрудничества университетов, учебных заведений и научных организаций в указанных областях; привлечение талантливой молодежи к участию в перспективных научных исследованиях.
Результатами проведения Конференции являются:
Программа Конференции (печатная и электронная версии), Сборник тезисов (электронная версия) и Сборник научных трудов Конференции (печатная и электронная версии);
Список известных российских ученых, принимавших участие в работе Конференции (в Программе и на веб-сайте);
Публикация о Конференции в СМИ (в том числе электронных изданиях) федерального, регионального и институционального уровней;
В ходе работы Конференции молодые учёные принимали участие в реальных геофизических экспериментах, выполняемых на базе Северокавказской геофизической обсерватории.
Эксперименты на уникальной сейсмической антенне, развёрнутой в подземных лабораториях штольни Баксанской нейтринной обсерватории, позволили студентам и аспирантам получить фундаментальные знания в части теории сейсмологических наблюдений, а также освоить приёмы работы с современными геофизическими информационно-измерительными системами обсерваторского типа.
Участие в полевых работах в районе Эльбрусского и пятигорского вулканических центров расширило базовые знания молодых учёных в части современной геодинамики Кавказа, геологической истории региона, дало возможность практически изучить новейшие способы сейсморазведки и изучения глубинного строения Земли.
Глава 3 Выполнение показателей программного мероприятия Программы в рамках данной работы
Заявленные программные показатели полностью выполнены.
Число участников Конференции в возрасте до 35 лет на момент окончания соответствующего отчетного периода: 123 человека.
Доля привлеченных на выполнение работ внебюджетных средств от объема средств федерального бюджета: 20 %.
Общее число участников Конференции: 148 человек.
Глава 4 Результаты оценки эффективности освоения знаний по итогам проведения Конференции
Конференция осветила современное состояние научного знания в области геодинамики, сейсмотектоники, современного вулканизма, природных опасностей и рисков, мониторинга опасных природных процессов и показала основные перспективные направления дальнейших исследований, актуальных для региона Северного Кавказа и прилегающих территорий.
В частности было показано, что современные методы активной сейсмологии используются в задачах, связанных с изучением глубинного строения Земли и геодинамических процессов, протекающих в литосфере. Они основываются на физической идее, состоящей в предположении существования количественной связи между внутренним строением отдельных неоднородных образований геологической среды и полем смещений на поверхности при известных источниках и начальном режиме наведенных возмущений [1,2].
Достоверность результатов активного мониторинга строения сложных геологических структур и геолого-геофизических процессов в сейсмоопасных и вулканоопасных регионах Земли методами активной сейсмологии определяется уровнем применяемых технологий, в основе которых лежат современные математические модели. Для изучаемой области геологической среды требуется решить прямую задачу моделирования, позволяющую спрогнозировать режим колебаний в последующие моменты времени. В задачах синтеза построенной математической модели геологической среды, совместимой с известными из реальных наблюдений элементами волнового поля, возникают обратные задачи теории распространения волн. Эффективное решение этих двух типов задач и составляет основное содержание математического моделирования волновых процессов в технологии активного мониторинга сложно построенных геолого-геофизических образований.
В связи с активным вибросейсмическим воздействием на геофизическую среду, отдельный интерес представляют вопросы воздействия интенсивных акустических волн на состояние верхних слоев атмосферы. Такого рода воздействия могут быть обусловлены, в том числе и вулканической деятельностью, поскольку извержения вулканов часто сопровождаются генерацией ударных волн в атмосфере. Показано, что пиковые значения импульсных возмущений убывают медленнее по сравнению с амплитудой периодических возмущений. Как следствие, импульсные сигналы сильнее воздействуют на состояние атмосферы. Расчёты нагревания атмосферы при прохождении интенсивных акустических сигналов показали, что импульсные сигналы могут привести к существенному разогреву ионосферы [3,4].
Наблюдения за вариациями геомагнитного поля на протяжении многих лет выполняется на Северокавказской геофизической обсерватории, первой современной сети геофизических инструментальных наблюдений на Северном Кавказе. Результаты натурных наблюдений слабой сейсмичности, а также вариаций магнитного поля Земли, зарегистрированных аппаратурными комплексами Северокавказской геофизической обсерватории показали, что в структуре регистрируемых электромагнитных сигналов удается выделить характерные ультранизкочастотные волновые формы, предшествующие сильным телесейсмическим событиям. Получены новые знания об УНЧ геомагнитных возмущениях, отражающих процесс подготовки и развития цунамигенного землетрясения [5].
С начала 1970-х годов в научной литературе периодически появляются сообщения о наблюдении аномальных явлений в атмосфере, ионосфере и в системе теллурических токов в виде ультранизкочастотных вариаций электромагнитного поля перед сильными сейсмическими событиями. Отмеченные явления, однако, до сих пор не получили всестороннего объяснения отчасти по причине того, что сильные землетрясения происходят нечасто и, следовательно, установление статистической значимости аномальных явлений в системе «литосфера – атмосфера – ионосфера» представляется затруднительным. В то же время следует отметить, что определённые достижения в данной области выглядят весьма обнадёживающе и тем самым стимулируют дальнейшие исследования взаимосвязи литосферных, атмосферных и ионосферных процессов [6, 7].
Выполненный анализ экспериментальных наблюдений вариаций магнитного поля Земли, зарегистрированных аппаратурными комплексами Северокавказской геофизической обсерватории подтвердил, что в структуре регистрируемых магнитных сигналов удается выделить характерные ультранизкочастотные волновые формы геомагнитных возмущений, отражающих процесс подготовки и развития цунамигенного землетрясения. Анализ данных по магнитным вариациям на этапе подготовки и развития ряда цунамигенных землетрясений в районе Суматры позволил выявить представительный класс квазипериодических УНЧ геомагнитных возмущений, амплитуда которых колеблется в пределах 0.5 – 1.2 нТл. Дальнейшее изучение данного класса электромагнитных возмущений в сочетании с развитием новых методов оперативного анализа поступающей информации, позволит (при одновременном использовании других прогностических признаков сильных сейсмических событий в океане) выйти на создание новых технологий краткосрочного прогноза сильных цунамигенных землетрясений. Полученные данные дают основания полагать, что надежная регистрация отмеченного класса геомагнитных возмущений современными магнитными вариометрами возможна перед крупными землетрясениями с магнитудой более 5. Следовательно, работы по затронутой проблеме необходимо продолжать, при этом основные усилия должны быть направлены на создание новых и совершенствование специализированных аппаратурных комплексов.
Важными новыми знаниями в плане региональной геодинамики стали данные анализа шестилетнего мониторинга литосферных деформаций Баксанским лазерным интерферометром: создана методика мониторинга состояния магматических структур вулкана Эльбрус, основанная на оценке резонансных свойств этих структур. Полученные оценки, основанные на данных 2003-2009 гг., подтверждают наличие в постройке вулкана Эльбрус близповерхностной магматической камеры с характерным размером порядка 9 км , наполненной магмой с богатым содержанием газовой составляющей (30-70%) Данные по динамике резонансных параметров не противоречат гипотезе о поступлении новых порций горячих лав из глубинных слоев и инфляции (расширению) близповерхностной магматической камеры[8, 9,10].
Изучение вулканических центров комплексом геолого-геофизических методов сегодня является основным источником новых знаний о явлении вулканизма и его физической природе. Территория Эльбрусской вулканической области (ЭВО) в течение неоген-четвертичного периода была и остается ареной проявления магматизма в вулканической и плутонической формах. Расстояние более 20 км между соседними покровами вулканитов, экструзиями, подводящими каналами или дайками, интрузиями или иными формами проявления магматизма крайне редки. Это представляется весьма показательным, так как свидетельствует о существовании практически непрерывной зоны магмообразования в недрах вулканической области. По-видимому, недра всей вулканической области настолько подготовлены к плавлению, что самые незначительные флуктуации температурно-флюидного или тектонического режима быстро приводят какую-то часть её вещества в состояние способности к перемещению и вовлечению в вулканический или интрузивный процесс. Однако этот процесс, несмотря на повсеместность проявления магматизма, распределен в пространстве неравномерно, концентрируясь в отдельных местах в виде сгущений вулканических аппаратов и интрузий. Как правило, эти сгущения располагаются внутри концентрически-зональных структур особого типа – в вулканических центрах.
Методы дистанционного зондирования и исследование Земли из космоса с инструментальных площадок на околоземной орбите – пожалуй, самое последнее слово в науках о Земле. Специализированная обработка цифровых моделей рельефа местности позволяет выделить глубинные структуры верхней части коры. Для изучения особенностей строения постройки горы Бештау (Пятигорский вулканический центр) и уточнения ее принадлежности к скрытым (не вышедшим на поверхность) магматическим очагам предпринята попытка обработки цифровой модели рельефа местности с целью выделения глубинных структур верхней части коры. Цифровая модель рельефа местности района горы Бештау была использована для получения линеаментной сети этой территории с целью дальнейшей ее обработки для получения трехмерного цифрового поля тектонической раздробленности верхней части коры и ее последующего геологического истолкования. По результатам обработки линеаментной сети района Бештау получена серия (50) карт-срезов поля тектонической раздробленности, освещающая глубины от 0,5 до 25,0 км с шагом по глубине равным 0,5 км. На всех картах срезах значения поля тектонической раздробленности приведены в одних и тех же условных единицах, что позволяет проводить построение вертикальных разрезов этого поля по любому выбранному направлению. Ранее такого типа исследования проводились по результатам выделения линеаментной сети с использованием космических изображений земной поверхности. Для оценки эффективности и достоверности проведенных исследований выполнено сопоставление результатов геологического истолкования вертикального разреза поля тектонической раздробленности, полученного вдоль известного близмеридионального профиля, проходящего примерно в 40 км западнее города. Пятигорска, с полученными результатами геофизических исследований.
Особенности тектонического развития отдельных районов Северного Кавказа представляют не только фундаментальный научный, но и практический интерес: вопросы природных и природно-техногенных опасностей и связанных с ними рисков рассмотрены в связи с потенциальной сейсмической опасностью района г. Нальчик. Известно, что Северный Кавказ является сейсмоактивным регионом. Согласно материалам Карты общего сейсмического районирования Российской Федерации (ОСР-97) район г. Нальчик относится к восьми-девятибалльной зоне сейсмических воздействий. В то же время ранее проводимые здесь исследования по оценке сейсмической опасности, как правило, носили обзорный характер, а количественные оценки (в частности уровня максимально возможной магнитуды) базировалась в основном на сейсмостатистике инструментального периода наблюдений. Для адекватной оценки сейсмической опасности, как на Северном Кавказе, так и во многих других регионах мира, период инструментальных наблюдений слишком краток, а представительность уровня регистрируемой сейсмичности и точность локализации эпицентров недостаточны. В связи с этим в последние десятилетия при оценке сейсмической опасности широкое развитие получили геолого-геоморфологические методы.
Детальный геолого-геоморфологический анализ условий возникновения сильных землетрясений позволил выявить породившие их геологические структуры, и тем самым составить представление о морфотектонических критериях их выявления. Очаги сильных и сильнейших землетрясений представляют собой устойчивые структуры в геологической среде (активные разломы) положение которых обусловлено особым сочетанием геолого-геофизических условий, причем кинематика подвижки от раза к разу может изменяться. В большинстве случаев выходы очагов сильных современных землетрясений на поверхность (сейсморазрывы) обнаруживают специфические структурные рисунки, свойственные всем тектоническим деформациям, и приуроченность к определенным геологическим структурам и формам рельефа, сформированным предыдущими сейсмическими подвижками. В общем случае в качестве активных выделяются нарушения, отчетливо выраженные в рельефе в виде линейных уступов, рвов или ложбин различной протяженности, которые пересекают и смещают различные формы рельефа позднечетвертичного возраста (долины ручьев, речные или морские террасы, конусы выноса, поверхности выравнивания и др.), а также синхронные им отложения. Предварительное выявление активных разломов возможно с использованием данных дистанционного зондирования Земли, однако установление следов сильных землетрясений прошлого и их датирование возможны только в результате детальных полевых исследований. Благодаря применению этой методики в последнее время были получены принципиально новые данные о сейсмотектоническом режиме различных сейсмоактивных зон Кавказа. По результатам региональных геолого-тектонических работ здесь установлен Нальчикский глубинный разлом, представляющий собой дизъюнктивную границу между Северной моноклиналью Большого Кавказа и Кабардинской впадиной Предкавказского передового прогиба. В междуречьях рр. Шалушка, Чегем, Баксан и Куркужин, к упомянутой границе приурочен обширный Нижнечегемский район плиоценовых и позднечетвертичных вулканических извержений, причем ряд установленных центров вулканической деятельности локализуется именно в пограничной зоне между Кабардинской впадиной и Большим Кавказом, что свидетельствует в пользу связи этой зоны с глубокими нарушениями фундамента. В четвертичное время центральная и южная части Кабардинской впадины, прилегающие к Большому Кавказу, продолжали испытывать относительное опускание, тогда как западная и северо-западная ее части были вовлечены в слабое поднятие.
При более детальном рассмотрении Нальчикский разлом северо-западного простирания представляет собой региональную зону погружения речных террас, установленную в долинах рр. Баксан, Чегем, Шалушка и Нальчик. В долине р. Баксан погружение террас имеет характер относительно пологого флексурного перегиба и происходит в зоне шириной несколько километров. На правобережье р. Чегем Северная моноклиналь сочленяется с Кабардинской впадиной по активизированному сегменту Нальчикского разлома, отчетливо выраженному в современном рельефе. Длина разлома составляет примерно 18 км. Разлом является очень молодым, так как в деформации участвует весь комплекс надпойменных террас. Амплитуда вертикального смещения по нему за позднеплейстоцен-голоценовое время (100-130 тыс. лет) превышает 85 м. Столь значительная молодая деформация является неотъемлемой частью сейсмического процесса при рассмотрении относительно обширных интервалов времени и позволяет предполагать непосредственную связь смещений террас с сейсмическими подвижками по разлому. В этой связи следует упомянуть, что на данном отрезке сейсмический потенциал (максимальная магнитуда ожидаемых землетрясений, Ммакс) разлома согласно оценке с применением внерегионального сейсмотектонического метода составляет 7.0. То есть здесь существует высокомагнитудный потенциальный сейсмический очаг. Приведенные результаты представляют собой предварительный этап детальных исследований сейсмической опасности района г. Нальчик. С целью уточнения характера деформаций и определения режима смещений по разлому необходимо проведение полевых исследований. Применяемый комплексный подход позволит выполнить детальное районирование сейсмической опасности в районе г. Нальчик и восстановить возраст и период повторяемости древних сейсмических событий, если таковые вообще случались, т.е. оценить закономерности проявления сейсмического режима во времени.
В целом Конференция показала, что вопросы геодинамики, сейсмотектоники и современного вулканизма на Северном Кавказе являются одними из наиболее важных в фундаментальном плане, понимания геологической эволюции данной складчатой области в пределах Альпийско-Гималайского подвижного пояса нашей планеты.
|
