Проект Российского научного фонда

Проект РНФ № 16-17-10059

Название проекта:

Взаимосвязь тектонических и морфологических характеристик верхнекоровых структур внутриконтинентальных орогенов с глубинным строением, минерагенией и геологическими рисками (на примере Тянь-Шаня)

Руководитель:

д.ф.-м.н. Анатолий Кузьмич Рыбин

14 апреля 2022г. на сайте Российской академии наук была анонсирована информация по результатам выполнения проекта Российского научного фонда (РНФ) № 16-17-10059. Основными исполнителями проекта были ученые Научной станции РАН (г. Бишкек), Геологического института РАН (г. Москва) и Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН (г. Москва). Приводим текст с сайта РАН в полном объеме.

Ученые ищут разгадку геологической структуры Срединного Тянь-Шаня

Российские ученые описали строение одного из ключевых объектов Тянь-Шаня — геодинамической триады «Нарынская впадина — поднятие Байбиче-Тоо — Атбашинская впадина». Авторы разработали двухмерную геолого-геофизическую модель, с помощью которой оценили деформации, происходящие на этой территории в условиях субмеридионального сжатия и связанные с альпийской активизацией Тянь-Шаня. Полученные данные могут помочь найти новые месторождения полезных ископаемых и объяснить историю возникновения древнейшей горной системы, а также реконструировать процессы, которые происходят в ней сейчас. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Geodynamics & Tectonophysics.

Тектонический комплекс «Нарынская впадина — поднятие Байбиче-Тоо — Атбашинская впадина» (НБА) относится к срединной части горной системы Тянь-Шаня. Его формирование проходило в течение всего кайнозоя (эры появления млекопитающих на Земле, длящейся по сей день уже 66 миллионов лет). Нарынская и Атбашинская впадины в системе Тянь-Шяня — это котловины, ограниченные высокогорными хребтами и имеющие сходные состав, возраст (от 12 до 8 млн лет) и мощность (250‒300 м) отложений. Самые глубокие их участки образованы песчано-глинистыми отложениями, а расположенные выше — красноцветными. Между впадинами находится поднятие Байбиче-Тоо в долине реки Карабук — участок, на котором мощность красноцветов минимальна (60 м). Специфика отложений на территории всего комплекса говорит о том, что ранее на месте впадин и разделяющего их поднятия существовал единый внутриконтинентальный бассейн. Однако затем в пределах поднятия фундамент и отложения периодически подвергались размыву и нарушались при тектонических движениях, а в итоге это привело к их деформации. На сегодняшний день в строении тектонической системы можно выделить две части: глубинные древние породы с жесткими структурными связями и более молодые отложения на поверхности. До сих пор внутренняя структура и эволюция впадин этого комплекса плохо исследованы, что приводит к спорам в научном сообществе.

Ученые из Геологического института РАН (Москва), Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН (Москва) и Научной станции РАН в г. Бишкеке (Кыргызстан) провели комплексные геолого-геофизические исследования в Срединном Тянь-Шане и создали двухмерную модель глубинного строения земной коры. Все собранные и обобщенные данные позволили построить так называемый генеральный геологический разрез, то есть поперечный разрез верхних слоев земной коры в вертикальной плоскости, который нужен для определения геологического строения местности и описания залегания горных пород. Он пересекает с севера на юг тектонический комплекс НБА и отражает структуру осадочного чехла.

При помощи метода магнитотеллурического зондирования авторы рассчитали численную двухмерную геоэлектрическую модель профиля «Карабук». Она с высокой точностью отображает распределение электропроводности до глубин свыше 40 км и детально определяет структуру верхней коры до глубин 10–15 км, что позволяет описать свойства горных пород. При этом оказалось, что основные структурные элементы геологического разреза проявляются в распределении геоэлектрических неоднородностей земной коры. Например, осадочные породы во впадинах имеют высокую электропроводность и субгоризонтальную структуру.

«Геологический профиль тектонической системы "Нарынская впадина — поднятие Байбиче-Тоо — Атбашинская впадина" имеет очень хорошую корреляцию с предлагаемой геоэлектрической двухмерной моделью. Это позволяет детально охарактеризовать тектоническую структуру Срединного Тянь-Шаня и важно для понимания истории его геологического развития и для выявления рудных месторождений», — рассказывает Елена Баталева, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Научной станции РАН в г. Бишкеке.

http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=eed47886-effb-4a90-8818-da14a8ea6589#content

Отчет РНФ за 2019г.(pdf)

Подробнее...

Проект РФФИ 17-05-00654а

Название проекта: Научно-методические основы оценки напряженно-деформированного состояния геологической среды по результатам электромагнитного мониторинга сейсмоактивных регионов

Руководитель проекта: ведущий сотрудник лаборатории глубинных магнитотеллурических исследований, к.г.-м.н. Баталева Елена Анатольевна

Краткий отчет по проекту № 17-05-00654 "Научно-методические основы оценки напряженно-деформированного состояния геологической среды по результатам электромагнитного мониторинга сейсмоактивных регионов"

Роль и место современной геодинамики трудно переоценить в области фундаментальных исследований наук о Земле, но ее вклад в решение практических задач более важен. Важнейшим практическим значением изучения геодинамических процессов является решение задач прогноза, снижения риска и уменьшения последствий геодинамических катастроф природного и техногенного характера, мониторинга окружающей среды. Экспериментальное изучение геодинамических процессов, играющих основную роль в формировании напряженно-деформированного состояния геологической среды, представляет собой сложную научную проблему. Чем обусловлена необходимость совершенствования подходов, методик и технологий исследования геодинамических процессов, на основе меняющихся во времени геофизических параметров. Наиболее яркие вариации геофизических полей, отражающие проявления геодинамических процессов, тяготеют к активным тектоническим нарушениям и непосредственно прилегающим к ним зонам динамического влияния разломов. В связи с чем подавляющее большинство пунктов электромагнитного мониторинга приурочено к разломным структурам, где измерение временных вариаций электромагнитных полей, полей упругих колебаний и т.д. дает количественную оценку напряженно-деформированного состояния геологической среды. Исследование взаимосвязи между геодинамическими процессами и вариациями геофизических полей различного происхождения имеет важнейшее значение при решении фундаментальных и прикладных проблем геофизики.

С использованием оригинальных авторских методических подходов были проведены экспериментальные исследования геодинамических процессов в тензочувствительных пунктах электромагнитного мониторинга. При реализации проекта были разработаны и апробированы новые способы обработки и анализа данных электромагнитного мониторинга. Оригинальное программное обеспечение, реализующее изложенный подход, защищено свидетельствами. Для верификации и обоснования строения сложно-построенных участков проведено трехмерное моделирование экспериментальных полигонов Северного Тянь-Шаня и Горного Алтая. Верифицирована модель разломной зоны в южной части участка Мухор-Тархата с использованием программы ImpSound3D трехмерного моделирования методом ЗС: уточнены размеры выделенных блоков, их сдвиг по сместителям разломов. Поверхность опорного горизонта стартовой модели наглядно иллюстрирует сложную внутреннюю структуру разломной зоны, существенные перепады высот между выделенными блоками (Рис. 1).

Рис 1.Поверхность опорного горизонта стартовой модели для трехмерного моделирования методом ЗС

Подробнее...

Важнейшие результаты НС РАН, полученные в 2019г.

Результат №1

Разработаны теоретические положения методики разделения магнитотеллурического поля по положению источников, позволяющей в наблюдаемом на дневной поверхности электромагнитном поле выделить составляющую эндогенного происхождения, обусловленную процессами трещинообразования в земной коре.

С использованием созданных программных средств выполнена апробация этого подхода на экспериментальных данных магнитотеллурических зондирований Тянь-Шаня. Выявлена устойчивая корреляция деформационных параметров лунно-солнечных приливов и энергетической характеристики электромагнитного поля эндогенного происхождения, причем сначала происходят деформации лунно-солнечных приливов, а затем, с некоторой временной задержкой (около 2 часов) изменяется и энергия электромагнитного поля эндогенного происхождения. Подтверждена гипотеза о причинно-следственной связи между лунно-солнечными приливами и эндогенной составляющей электромагнитного поля.

Рисунок. А) Пункт МТЗ 901. Расчет энергетической характеристики электромагнитного поля эндогенного происхождения. Б) Результаты сопоставления энергетической характеристики электромагнитного поля (верхний график) и лунно-солнечных приливов (средний график) на частоте 3.7477 Гц. Внизу – функция взаимной корреляции верхней и средней кривых.

Результат получен в рамках выполнения в НС РАН проекта РФФИ 17-05-00844 «Изучение современных геодинамических процессов сейсмоактивных регионов методом магнитотеллурического зондирования (на примере Тянь-Шаня)»

Авторы: Рыбин А.К., Александров П.Н., Баталева Е.А., Матюков В.Е., Забинякова О.Б., Непеина К.С.

Результаты интеллектуальной деятельности:

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019618606 «Программа разделения электромагнитного поля по положению источников по данным магнитотеллурических зондирований» Авторы: Александров П.Н., Баталева Е.А. Дата госрегистрации в реестре программ для ЭВМ: 02.07.2019 г.
2. Александров П.Н., Рыбин А.К., Забинякова О.Б. Разделение электромагнитного поля по положению источников в методе МТЗ // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2018. Т. 160, кн. 2. С. 339–351.
3. Баталев В.Ю., Баталева Е.А., Матюков В.Е., Рыбин А.К. Изучение необратимых деформаций в литосфере Тянь-Шаня по магнитотеллурическим данным (методологический аспект) // Вестник КРАУНЦ. 2019. Вып.42. №.2. С.42-56.

Важнейшие результаты, полученные в 2019г.

Результат №2

В предгорьях Северного Тянь-Шаня, южнее г. Бишкек, по данным GPS выделены зоны повышенных значений скорости деформации земной коры, эти зоны располагаются на сегментах активных разломов.

На основе данных многолетних измерений пунктов Бишкекской локальной GPS сети построено усредненное тензорное поле скорости горизонтальной деформации. В большинстве точек расчёта главные оси укорочения имеют меридиональное направление и значения порядка 10^-7 год^-1. Максимумы укорочения сопровождаются поворотом простирания осей в северо-восточном направлении до 25°, и увеличением значений на перпендикулярных осях удлинения. Совпадение таких зон повешенных деформаций с трассами активных разрывов предполагает наличие сегментированных левосторонних сдвигов на общем фоне взбросовых движений, и возможность накопления напряжений с последующей их разрядкой через землетрясения.

Рисунок. Усредненное тензорное поле скорости горизонтальной деформации на основе данных многолетних измерений пунктов Бишкекской локальной GPS сети (синие ромбики). Красные стрелки – главные оси укорочения, синие стрелки – оси удлинения. Коричневые линии – активные разломы.

Результат получен в рамках Государственного задания НС РАН – тема «Изучение современных движений земной коры Центральной Азии c использованием средств космической геодезии» (номер темы в Плане НИР НС РАН № 0155-2019-0002, регистрационный номер темы в системе ЕГИСУ НИОКТР AAAA-A19-119020190066-3)

Авторы: Мансуров А.Н., Кузиков С.И.

Публикации:

Мансуров А.Н. Численная деформационная модель Памиро-Тянь-Шаньского региона / А.Н. Мансуров, Н.А. Сычева, В.Н. Сычев // Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах / Под ред. Н.Н. Мельникова. – Новосибирск: Изд. СО РАН, 2019. – Т.2. – Гл. 1.11. – С.212-219.

Важнейшие результаты НС РАН, полученные в 2019г.

Результат №3

Электромагнитное зондирование земной коры на Бишкекском геодинамическом полигоне (Северный Тянь-Шань) сопровождается непрерывной релаксацией напряжений, что отражается в накоплении условных деформаций Беньоффа.

Проведена интерпретация данных о взаимосвязи электромагнитных зондирований и вариаций сейсмичности Северного Тянь-Шаня за весь период зондирований, начиная с 1983 года. Ранее отмеченные случаи прироста деформаций Беньоффа сверх линейного тренда в 1987 – 1989 и 2002-2005 гг. предложено трактовать как кумулятивный результат непрерывных зондирований в режимах с наибольшим вкладом энергии, начатых соответственно в 1983 и 2000 г.

Рисунок. Временной график вклада энергии в период электромагнитных зондирований и деформации Беньоффа (условно определяемой для каждого события как корень из сейсмической энергии, выраженной в Дж), в 1980 - 2016 гг. На графике энерговклада показана суточная электрическая энергия зондирований: до 1996 г – среднее паспортное значение, а после 1996 г. – измеренное значение. Во время комбинированных воздействий (пуски МГД-генератора и холодные пуски), а также во время третьего этапа экспериментальных зондирований (выделено на графике) увеличился угол наклона. А это может означать, что возросла релаксация напряжений на территории вблизи питающего диполя, и рост деформаций связан с землетрясениями умеренной силы.

Результат получен в рамках Государственного задания НС РАН – тема «Изучение геодинамических, сейсмических и геофизических процессов как основы прогноза землетрясений (включая моделирование неупругих процессов в сейсмогенерирующих зонах)» (номер темы в Плане НИР НС РАН № 0155-2019-0003, регистрационный номер темы в системе ЕГИСУ НИОКТР AAAA-A19-119020190064-9)

Авторы: Сычев В.Н., Сычева Н.А., Богомолов Л.М.

Публикации:

Sychev V.N., Bogomolov L.M., Sycheva N.A. Electromagnetic soundings of the earth crust and deformation processes in geosphere of the Bishkek geodynamic polygon (BGP) // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. Vol. 324. 012008

Merry Christmas and Happy New Year!