К вопросу создания экотектонической основы решения проблем рационального природопользования и техногенной безопасности

УДК 551.24:504	К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ЭКОТЕКТОНИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск
Розглянуто питання взаємозв'язку тектонічного розломно-блокової будови земної кори із сучасною геодинамікою, родовищами корисних копалин і екологічною обстановкою техногенно навантажених регіонів. Запропоновано використовувати інформація про системи розломів земної кори для прогнозу переміщення атмосферних повітряних мас і відповідного поширення різноманітного хімічного і радіохімічного забруднення.
Рассмотрены вопросы взаимосвязи тектонического разломно-блокового строения земной коры с современной геодинамикой, месторождениями полезных ископаемых и экологической обстановкой техногенно нагруженных регионов. Предложено использовать информация о системах разломов земной коры для прогноза перемещения атмосферных воздушных масс и соответствующего распространения различного химического и радиохимического загрязнения.

Введение. Одно из ключевых значений для понимания всех процессов происходящих в недрах Земли и на ее поверхности имеет проблема изучения тектонических движений, создающих различные структуры в земной коре и вызывающих стихийные бедствия различного масштаба: от отдельных провалов, оползней, лавин до землетрясений, цунами, вулканизма и других катаклизмов. Проявления современных тектонических движений многообразны по своему типу, кинематическим формам, механизму возникновения. Часто о них можно судить по результатам исследования форм, являющихся конечным продуктом тектонических движений, и проявлениям последних, запечатленным в тектоническом разломно-блоковом строении земной коры. В связи с тем, что во всем объеме специфического влияния геологических факторов на экологическую обстановку техногенно нагруженных регионов особое место занимает изучение их разломно-блокового строения и создание единых экотектонических карт (экотектонической основы) исследуемых территорий [19].

Связь геодинамики с разломами земной коры. Практически все движения земной коры в той или иной мере связаны с тектоническими разломами. Эти движения наиболее активны в зонах разломов. Активные разломы разграничивают блоки с разными вертикальными перемещениями (до 8-12 мм/год) и наклонами (на величину дуги 0”5-1”6) [1].

© , 2005

Установлено, что участки земной коры, расположенные даже в непосредственной близости друг от друга, неодинаково реагируют на процессы деформации и изменения напряженного состояния [2].

Это в значительной мере связано с особенностями разломно-блокового строения изучаемых территорий, т. к. локальные поля тектонических напряжений обусловлены системами глубинных разломов. Этот вопрос можно рассмотреть на примере земных приливов, которые несут ценную информацию о тектонических процессах, т. к. их аномалии обусловлены влиянием неоднородностей земной коры. По приливным данным возможно изучать внутреннее строение Земли, а также земноприливные деформации в значительной степени зависят от горизонтальных неоднородностей земной коры, определяемых разломно-блоковым строением. По данным различных исследований установлено, что в зонах разломов амплитуды приливных деформаций аномально велики [9], большие оси эллипсоидов приливных наклонов ориентированы перпендикулярно простиранию разломов [21], при переходе через крупные разломы приливные наклоны меняют фазу, зарегистрированы четкие изменения наклономерного параметра g в зонах разломов [14]. В связи с этим, не удивительно, что разломы оказывают существенное влияние на процесс рельефообразования и формирования гидрографической сети [16-18].

Различные «геофизические проявления» разломов. Активные глубинные разломы наряду с четким «традиционным» проявлением в «стационарных» аномалиях потенциальных геофизических полей (ступени, линейные локальные аномалии, линейные границы смены рисунка изолиний поля, нарушения регулярности их поведения) [16, 17] – могут контрастно отражаться в аномалиях вариаций электромагнитного и гравитационного полей, а также в изменениях концентрации гелия и радиоактивных газов в земных недрах, а также радиоактивных аномалиях в растительности [13, 23]. Над региональными разломами периодически возникают атмосферные сияния, причем отмечается четкая корреляция сильных геомагнитных возмущений с частотой встречаемости надразломных сияний, а также наиболее сильные отклики (в виде интенсивного свечения) активные разломы дают «в ответ» на интенсивные вспышки на Солнце [6]. К разломам приурочен наибольший уровень геоакустических шумов [15]. Распределение гидротермальных проявлений и интенсивность выноса глубинного тепла, находится в прямой зависимости от степени тектонической активности (в частности, «разбитости» геологических структур), а большинство наблюдаемых тепловых аномалий связано с зонами активизированных разломов [10].

Установлена связь сейсмоактивности территории с интенсивностью и контрастностью новейших тектонических движений [4] – сгущение эпицентров землетрясений и максимумы этой активности тяготеют к зонам повышенных градиентов скоростей этих движений, т. е. к разломам. В то же время не каждый тектонически активный разлом является сейсмоактивным [21]. Замечено, что чем больше плотность, выявленных по геофизическим и аэрокосмическим данным, свежих трещин и разломов, тем менее вероятны сильные землетрясения и геодинамическая активность разломов слабосейсмичных районов выше, чем в сейсмоактивных [5].

«Геологоразведочное значение» разломов земной коры. Результаты анализа многочисленных публикаций свидетельствуют о существующей связи современной геодинамики с месторождениями полезных ископаемых и вариациями геофизических полей. К линейным зонам резкого изменения скоростей современных вертикальных движений земной коры с амплитудой в несколько мм/год пространственно приурочены месторождения рудных полезных ископаемых, а также нефти и газа [7]. Эти высокоградиентные зоны скоростей совпадают с границами блоков земной коры с различной геофизической характеристикой, т. е. с разломами. Это определяется тем, что разломы с длительной историей развития являются ослабленными зонами земной коры. Они являются путями поступления и накопления рудных элементов вплоть до кондиции месторождений. Так в частности в настоящее время образование железорудных формаций прямо или косвенно связывается с системами глубинных разломов во многих железорудных районах мира (в т. ч.: на Украинском, Балтийском, Канадском, Австралийском щитах, Воронежском кристаллическом массиве и Сибирской платформе [16]), прослеживается пространственная связь с глубинными разломами кимберлитовых полей [8], золотого [11] и других оруденений. Тектонический фактор также играет существенную роль в определении закономерностей размещения месторождений нефти и газа. Активность сетки глубинных разломов докембрийского фундамента во время седиментации проявляется в закономерном расположении как линий выклинивания (фациального замещения) терригенных отложений, так и ловушек углеводородов [22].

Наряду с указанным выше «геологоразведочным» значением, разломы являются одним из основных факторов, определяющих экологическую обстановку любого региона. В самом деле, населенные пункты и крупные промышленные производства тяготеют к рекам, сеть которых полностью предопределяется системами разломов. Вдоль последних также располагаются месторождения рудных полезных ископаемых на кристаллических щитах (массивах) и локальные структуры в осадочном чехле нефтегазоносных районов, являющиеся ловушками для углеводородов, что предопределяет развитие соответственно горно - и нефтегазодобывающей промышленностей [18, 19].

Взаимосвязь локальных изменений метеоситуации и особенностей разломно-блокового строения. Ранее нами была обоснована экологически значимая взаимосвязь изменения метеоситуации с перемещением блоков зем­ной коры, первопричиной которых является изменение ротационного режима планеты [20]. В соответствии с ротационной гипотезой структурообразования в тектоносфере [17] поверхность твердой Земли представляет собой мелко блоковую мозаику, образованную взаимным пересечением нескольких систем иерархически соподчиненных разломов. В частности в пределах Украинского щита (УЩ) установлено 6 таких систем взаимно ортогональных разломов с азимутами простирания: 0 и 270о, 17 и 287о, 35 и 305о, 45 и 315о, 62 и 332о, 77 и 347о [17]. Любые нарушения ротационного режима Земли приводят к активизации систем разломов и относительному перемещению по ним блоков земной коры (на несколько миллиметров), что в свою очередь приводит к изменению равновесного состояния вращающейся Земли (геоизостазии). Нами было показано, что, в частности, его можно восстановить за счет перетока воздушных масс [20]. Выявленные закономерности могут быть положены в основу разработки мето­дики долгосрочного регионального прогноза метеоситуации. В частности можно предположить взаимосвязь направлений перемещения воздушных масс (розы ветров) и особенностей тектонического строения (системами разломов земной коры).

Для развития этих исследований уникальные возможности открывает радиогеохимическая информация о последствиях аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) 26.04.1986 г. Как известно [3], неравномерность выпадения радионуклидов и радиоактивные следы Чернобыльской катастрофы обусловлены рядом обстоятельств, в т. ч.: изменением направления и силы ветра, дождями, неравномерностью выбросов из 4-го блока ЧАЭС в результате противопожарных мероприятий. Аварийные выбросы были особенно мощными первые двое суток (26-28.04.1986 г.) и затем 03-05.05.1986 г. При этом первая струя радиоактивности и радиоактивное облако (26.04.1986 г.) разделились на две части в направлениях к западу и северу. Через 3 дня направление ветра изменилось на южное. После 02.05.1986 г. ветер изменил направление на юго-запад, затем на северо-запад и север. За девять суток аварии направление ветра изменилось на 360о, т. е. вектор скорости ветра описал полный оборот. Однако анализ пространственного распространения загрязнения территории позволил отметить дискретность изменения направлений простирания радиоактивных следов, которая напоминает (замеченную ранее [17]) некую анизотропию геологической среды, вызванную формированием систем разломов земной коры.

Для количественного изучения взаимосвязи направлений перемещения воздушных масс и особенностей тектонического строения была использована соответственно следующая информация: карта-схема радиационного состояния территории Чернобыльской зоны отчуждения [12] и карта систем разломов УЩ масштаба 1:500000 с каталогом их признаков [16]. На рисунке приведены розы-диаграммы направлений простирания радиоактивных следов, характеризующие изменения метеоситуации в районе ЧАЭС во время аварии 1986 г., и значимости проявления («весов») систем разломов земной коры (а также отдельно их наиболее «молодых» признаков: особенностей погребенного рельефа кристаллического фундамента и современного дневного рельефа), установленных в пределах УЩ.

Рисунок - Развернутая роза-диаграмма направлений простирания различных

групп индикаторов разломов и радиоактивных «следов» в районе Чернобыльской АЭС

В районе ЧАЭС пересекаются фрагменты следующих разломов (с соответствующими азимутами простирания): Полесский – 0о, Ямпольско-Брусиловский – 17о, Сущано-Прилукский – 77о, Уманский – 270о, Чернобыльско-Волновахский – 305о, Днепродзержинско-Сорокинский – 315о, Каневско-Ингулецкий – 332о и Киевско-Братский – 347о [17]. «Вес» конкретного разлома вычислялся как среднее арифметическое весовых коэффициентов разных групп признаков разломов (для геометрических и геоморфологических – это отношение параметра признака конкретного фрагмента разлома к максимальному, а для геофизических и геологических – это нормированная к единице степень проявленности того или иного геолого-геофизического признака конкретного фрагмента разлома).

На рис.1 видно хорошее совпадение максимумов «значимости» направлений простирания радиоактивных следов от аварии на ЧАЭС и систем разломов земной коры (и в целом, и особенностей современного рельефа поверхности Земли – в частности) в районе этой электростанции. Особенно это заметно для субширотного и диагонального (северо-западного) направлений. Полученные предварительные результаты позволяют сделать предположение о возможности прогнозирования по геолого-геофизическим (тектоническим) данным направления распространения мощных (и не только радиоактивных) выбросов существующих и проектируемых промышленных объектов повышенной экологической опасности.

Заключение. 1. Развивается идея о том, что в исследованиях тектонического фактора при решении задач рационального природопользования и техногенной безопасности использовать известные системы разломов земной коры, которые определяют экологическую обстановку любого региона – к рекам, сеть которых полностью предопределяется разломами, тяготеют населенные пункты и крупные промышленные производства; месторождения полезных ископаемых также приурочены к разломам, что необходимо учитывать не только при разведке, но и при последующем выборе условий рационального природопользования.

2. Современные перспективы развития экологического геофизического направления связаны с использованием фундаментальных законов физики Земли для решения прикладных проблем техногенной безопасности – в частности экологически значимой взаимосвязи развития локального подтопления и изменения метеоситуации с перемещением блоков зем­ной коры, первопричиной которых является изменение ротационного режима планеты. Перспективы дальнейшего развития этого направления могут быть связаны с установлением пространственно-временных особенностей взаимосвязи направлений перемещения атмосферных воздушных масс и особенностей тектонического разломно-блокового строения земной коры.

Перечень ссылок

1.  , Передеро перемещения и наклоны блоков земной коры как свидетельство современной активности разломов // Труды VIII Всесоюзн. совещ. «Современные движения земной коры». – Кишинев: Штиинца. – 1982. – С.12-13.

2.  Аспекты геодинамических исследований в зонах разломов / , , // Труды IX Межвед. совещ. «Современные движения земной коры на геодинамических полигонах». – Петропавловск-Камчатский, 1981. – С.72.

3.  Барьяхтар катастрофа: проблемы и решения // Доклады академии наук Украины. – 1992. – №4. – С.151-164.

4.  , , Полякова и сейсмичность // Труды Всесоюзн. совещ. «Неотектоника и современная динамика литосферы». – Том 1. – Таллин, 1982. – С.18-20.

5.  , Долицкая – проявления основных структурообразующих геологических процессов // Труды Междунар. научн. конф. «Геофизика и современный мир». – Москва, 1993. – С.103.

6.  , Буслов признаки активизации зон глубинных разломов // Труды Всесоюзн. совещ. «Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов». – Иркутск, 1989. – С.82-83.

7.  , Сидоров вертикальные движения земной коры, их взаимосвязь с геофизическими полями и распределением месторождений полезных ископаемых // Труды VI Всесоюзн. совещ. и IV Межвед. совещ. «Современные движения земной коры». – Таллин, 1972. – С.41-42.

8.  Кутинов систем разломов в формировании тектонических структур севера Русской плиты и размещении платформенного магматизма // Геология и полезные ископаемые севера европейской части СССР. – Архангельск: Архангельскгеология. – 1991. – С.23-33.

9.  , , Гриднев земных приливов с геотектоникой // Труды Междунар. научн. конф. «Геофизика и современный мир». – Москва, 1993. – С.156.

10.  Лысак аномалии зон активизированных разломов юга Восточной Сибири // Проблемы разломной тектоники. – Новосибирск: Наука. – 1981. – С.87-101.

11.  Петров и тектоногенное золотое оруденение // Труды Всесоюзн. совещ. «Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов». – Иркутск, 1989. – С.50-52.

12.  Радіаційний стан зони відчуження у 2002 році / , С. І. Кірєєв, ізан, , // Бюллетень екологічного стану зони відчуження та зони безумовного (обов’язкового) відселення. – 2003. – №1(21). – С.3-33.

13.  Сидоров движения земной коры и размещение полезных ископаемых // Труды VIII Всесоюзн. совещ. «Современные движения земной коры». – Кишинев: Штиинца, 1982. – С.113-115.

14.  , Старкова разлома на величину γ по наблюдениям в Кондаре // Вращение и приливные деформации Земли. – 1970. – Т.3. – С.241-249.

15.  Троянов динамически активных разломов земной коры // Труды Всесоюзн. совещ. «Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов». – Иркутск, 1989. – С.123-124.

16.  , Гонтаренко разломов Украинского щита. – Киев: Наукова думка, 1990. – 184 с.

17.  Тяпкін К. Ф., Тяпкін О. К., Якимчук геофізики: Підручник. – Київ: «Карбон Лтд», 2000. – 248 с.

18.  Тяпкин фактор в экологической геологии // Придніпровський науковий вiсник. Сер. Геологія, географія. – 1998. – № 000(185). – С.31-38.

19.  , Тяпкин аспекты районирования промышленно и техногенно-нагруженных регионов // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. – 1999. – №3. – С.133-137.

20.  , Тяпкин фундаментальных законов физики Земли для решения некоторых проблем экологии // Науковий вісник Національної гірничої академії. – 2002. – №4. – С.95-97.

21.  Nishimura E. On the relation between the activity of earthquakes and the crustal deformation in the Ioshino Distinct // Disast. Prev. Res. Inst. Kyoto Univ. Bull. – 1964. – Vol.14, №1. – P.1-10.

22.  Tyapkin K. F., Tyapkin Yu. K. Systems of the basement faults and oil-and-gas bearing structures in sedimentary basins // Придніпровський науковий вісник. Сер. Геологія, географія. – 1998. – № 000(185). – С.1-16.

23.Tyapkin O. K, Troyan J. G., Bugrova H. L. Influence of Precambrian Bedrock Faults on Radioactive Pollution of an Environment – Case Histories // Proc. EAGE 61st Conference and Technical Exhibition. – Vol.1. – Helsinki (Finland). – 1999. – Paper 4-21. – 4 p.

O.K. Tyapkin	TO THE QUESTION OF ECOLOGICAL-TECTONICAL BASIS CREATION FOR THE DECISION OF PROBLEMS ON RATIONAL NATURE MANAGEMENT AND TECHNOGENEOUS SAFETY
Institute of Problems on Nature Management & Ecology, National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk
The questions of interrelation of tectonical fault-block structure of the Earth’s crust with modern geodynamics, deposits of minerals and ecological conditions of technogeneous loaded regions are considered. The information on systems of the Earth’s crust faults for prognostication of atmospheric air moving and appropriate spreading of various chemical and radiochemical pollution is offered to use.

Поступила в редколлегию 12 сентября 2005 г.

Представлено членом редколлегии член.-корр. НАН Украины