DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций


Методика изучения деформационного состояния геологической среды района екатеринбурга по гравиметрическим данным

Болотнова Любовь Анатольевна, 15.08.2007

 

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

Результаты интерпретации аномалий силы тяжести могут быть использованы для изучения глубинного (первые километры) геологического строения района Екатеринбурга.

Разработанная в диссертации методика может быть применена для изучения деформационного состояния геологической среды в пределах мегаполисов и других территорий.

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

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

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.

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.

Построение трехмерной плотностной модели геологической среды с помощью пакета программ ADG-3D как второе и окончательное решение обратной

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).

Для визуализации результатов интерпретации гравитационных аномалий кроме «плоских» отображений были использованы наборы трехмерных диаграмм квазиплотностей. Во многих случаях они с удовлетворительной точностью характеризуют геологический разрез на качественном уровне, но для перевода эффективных глубин и квазиплотностей в истинные глубины и истинные плотности необходимо решить обратную задачу.

Примененный адаптивный метод ADG-3D обладает следующими основными достоинствами:

- не накапливает ошибок округления, что позволяет решать системы с большим числом уравнений и неизвестных;

- позволяет находить решение, ближайшее к априорно заданному, в том случае, когда задача имеет множество решений.

Для того чтобы решить обратную задачу, используя пакет программ ADG-3D, в качестве приближенных моделей массивов были использованы решения обратной задачи по программе GRPR2.

В методе ADG-3D принята трехмерная слоистая модель среды с криволинейными границами раздела. Каждый слой в этой модели аппроксимируется параллелепипедами, плановые размеры которых задаются интерпретатором; в нашем случае были заданы размеры 2,5 х 2,5 км, а вертикальные определялись положением криволинейных границ. Плотность в пределах каждого блока-параллелепипеда полагалась постоянной. Путем решения обратной задачи были определены формы массивов и глубина их нижних кромок в трехмерном варианте (рис. 3).

Размеры блока в плане, для которого была решена задача, 60,0 х 42,0 км, глубина около 9,0 км.

Рис.1. Пример визуализации результатов интерпретации аномалий силы с помощью программы «VECTOR»: гравитационное поле, обусловленное горизонтальным слоем горных пород с эффективными глубинами h1=7 км (кровля) и h2=10 км (подошва): 1 - контуры массивов интрузивных пород: I - Верх-Исетский; II - Свердловский; III – Шарташский; 2 - контур предполагаемого гранитоидного батолита;