Система моніторингу геодинамічних зон шельфу Чорного моря – теорія, методи, моделі

Моніторинг, у розумінні системи, можна використовувати як понятійний апарат, принципи і поняття системного аналізу. При визначенні мети і задач формування моделі геологічного середовища та організації системи моніторингу геологічного середовища це дозволяє використовувати комплексний підхід у проведенні дослідження для вивчення і спостереження геологічного об'єкта, виконувати такі дослідження на якісно новому, більш високому рівні.

Геологічне середовище як будь-яка система, що формується на базі факторів і параметрів, об'єднаних певною закономірністю, має сітку внутрішніх зв'язків. Зміна геологічного середовища проходить у просторі і в часі внаслідок геологічних процесів, що відбуваються у ході природного розвитку планети Земля. При розв'язанні задач моніторингу релаксаційних геодинамічних процесів, таких як еволюція механічних напружень і пов'язаних з ними деформаціями у зонах зчленування структурних блоків земної кори, а також накопичення і еволюція властивостей сучасних неконсолідованих осадків, існуючі методи сейсмоакустики дають результати, що інколи важко узгоджуються з результатами геологічних досліджень, визначених структурними і тектонічними моделями.

Однією з причин цих складностей, очевидно, є те, що існуючі геодинамічні і геоакустичні моделі неадекватні розв'язуваним зворотнім задачам. Зменшення модельних похибок при розв'язанні таких задач може бути досягнуто або шляхом уточнення моделі (і наближення моделі до задачі), або шляхом зміни постановки задачі (де існуюча модель буде більш адекватною реальності).

Розглядаються можливості розв'язання проблеми шляхом реєстрації зміни інтегральних вертикальних профілів швидкості розповсюдження поздовжніх хвиль у геологічному середовищі. Ця інформація, разом з апріорними даними про геологічну будову траси, може бути використана для оцінки інтегральних вертикальних профілів механічних напружень у розломах, які оконтурюють той чи інший структурний блок, і розрахунок його пружних деформацій за допомогою трихмірної теорії пружності.

Переміна механічних деформацій у зонах розломів, накопичення сучасних відкладів, а також зміна їх фізико-механічних властивостей характеризуються значною просторово-часовою мінливістю. Ці процеси знаходять своє відображення у відповідних змінах сейсмоакустичних характеристик геологічного середовища. До них також відносяться залежності від частоти зміни швидкостей розповсюдження різних типів пружних хвиль, їх коефіцієнтів поглинання, затухання, розсіяння та параметри акустичної нелінійності.

У мікромасштабах сейсмоакустичні характеристики геологічного середовища залежать від численних важко контрольованих факторів і є малоінформативними, але при приведенні до середнього в масштабах геологічних структур вони можуть служити ознаками, за якими з'являється можливість адекватного розв'язання задачі оцінки сучасного стану геологічного середовища і формування довгострокових прогнозів. Ці обставини обумовлюють інтерес до розробок методів моніторингу згаданих геодинамічних процесів, які ґрунтуються на спостереженнях за зміною характеристик сейсмічних і акустичних полів на певних стаціонарних трасах, що прокладені крізь найбільш інформативні геологічні структури.

Задача, що розглядається, є однією з класичних зворотних задач геофізики. Її розв'язання в цілому не очевидне, оскільки сигнал, який приймається, поряд з корисною складовою, вміщує також перешкоду, а реальні характеристики середовища можуть лежати за областю розв'язання, яка відповідає її оператору. Розв'язання зворотної задачі існує, якщо можуть бути знайдені такі характеристики середовища, що

де: й - поле, що вимірюється, А - оператор, який зв'язує сигнал випромінення f і - параметри середовища з апріорною оцінкою поля, що вимірюється, а - сумарна похибка.

Принциповим моментом при розробці методу зондування геологічного середовища є вибір математичної моделі, яка пов'язує характеристики сигналів випроміненого і прийнятого з її геофізичною структурою - достатньо точною; разом з тим, такою, що забезпечує розв'язання зворотних задач у досить широкому класі функцій.

Мезоструктура зон розломів включає магістральний розлом, оточений серією супроводжуючих розривів, які відносно швидко ростуть і перемежовуються зі слабко порушеними ділянками. Такі периферійні структури деструктивні поля, відповідальні за розвиток зони розлому в цілому. Еволюція будь-якої зони починається з формування деструктивних полів. Вони закладались на початкових етапах формування земної кори і поступово розростались, створюючи просторову анізотропію.

Одним із можливих підходів до розв'язання проблеми моніторингу механічних напружень у деструктивних полях розломів може стати використання дистанційних методів, які базуються на отриманні інформації про геологічний об'єкт шляхом реєстрування особливостей сейсмічних хвиль, що розповсюджуються у ньому. Комплекс методик спостереження і відповідних технічних засобів, заснованих на такому принципі, формує систему сейсмомоніторингу.

Зміна характеристик поля механічних напружень у геологічному середовищі веде до виникнення низки явищ, які можуть використовуватися при побудові систем сейсмомоніторингу. З одного боку, в процесі накопичення механічних напружень відбувається руйнування гірських порід, яке супроводжується генерацією характерних шумів (“тріск”), що дозволяє створювати пасивні системи моніторингу геологічного середовища. З іншого боку, накопичення механічних напружень супроводжується збільшенням тріщинуватості порід, сприяє активізації геологічних процесів. Дані лабораторних спостережень свідчать про те, що в міру зміни механічних напружень у кристалічних гірських породах відбувається зміна швидкостей розповсюдження в них об'ємних хвиль. Надані фактори дозволяють передбачати можливість моніторингу механічних напружень у геологічному середовищі за допомогою методів сейсмічного зондування.

На сучасному етапі за фізичну основу моделі формування геологічного середовища можна прийняти уявлення про напружено-деформаційний стан земної кори. В першу чергу геодинамічні процеси пов'язуються з тектонічно-напруженим станом земної кори і пояснюються передачею тектонічних напружень на розломні зони і деформацією гірських порід. Вивчення напружено-деформованого стану земної кори у процесі структуроутворення - необхідна умова при дослідженні геологічного об'єкта на предмет його формування і еволюції, а також вивчення і прогнозування інженерно-геологічних, сейсмологічних факторів, і, що надзвичайно важливо, для наукового обґрунтування напрямку пошуків корисних копалин. Від новітньої активності структурно-тектонічних зон (незалежно від історії їх геологічного розвитку і типу) безпосередньо залежить геодинамічна деформація та руйнування гірських порід.

За геофізичними даними, основною особливістю глибинної тектоніки регіону північно-західного Чорномор'я є блокова будова, яка зумовлена сіткою глибинних розломів. У першу чергу для досліджень обираються великі геолого-структурні елементи: зони глибинних розломів, зона зчленування Скіфської плити і Східно-Європейської платформи та інші. Тут установлюється характер планової орієнтації розповсюдження сейсмогеологічних границь відбиття і зон втрати кореляції в зонах розривних порушень. Проводиться вибір блоків з достатньо допустимими ізотропними умовами для сейсмоакустичних параметрів. На цих же модельних блоках проводяться дослідження по зіставленню вказаних планових комбінацій з регіональними сейсмогеологічними профілями з допомогою побудови геологічних розрізів за сейсмоакустичними даними і винесеними на них даними, отриманими в опорних свердловинах шляхом каротажу.

Існуючі релаксаційні геологічні процеси з малими періодами релаксації, які дозволяють їх спостерігати безпосередньо у природі, дають можливість передбачати вірогідність побудови їх кількісних моделей. Процесами такого роду є еволюція поля механічних напружень на границях структурно-тектонічних блоків земної кори (у так званих зонах сполучення), що визначає структуру пружних деформацій різних шарів гірських порід, а також накопичення сучасних неконсолідованих відкладів на шельфі, еволюція їх фізико-механічних властивостей, утворення корисних копалин.

Ці процеси находять своє відображення у відповідних змінах сейсмоакустичних характеристик геологічного середовища. До них відносяться: а) залежності від частоти швидкостей розповсюдження різних типів пружних хвиль; б) їх коефіцієнти поглинання, затухання, розсіяння і в) параметри акустичної нелінійності.

Аналіз концепції сейсмомоніторингу геодинамічних процесів дозволяє визначити метод інтегрального обчислення як математичну модель відбудови динамічних характеристик напруженого стану у структурних полях. Для находження моделі поля механічних напружень пропонуються методи тримірної теорії пружності лінійнодеформованих основ. Вибір переліку контрольованих характеристик пружних хвиль, який забезпечує задану ефективність системи моніторингу, суттєво залежить від її призначення і апріорної інформації про геолого-геофізичну будову об'єкта спостереження.

5. Геодинамічна модель літосфери Скіфської плити

Еволюція уявлень про геодинаміку зчленування граничних структур платформ і рухливих поясів бере свій початок від сформульованих понять про такі структури в працях В.В.Білоусова, А.А.Богданова, С.М.Замараєва, Г.А.Кузнєцова, В.А.Наумова, М.І.Павлюка, А.В.Пейве, Ю.М.Пущарського, В.Є.Хаїна, Н.С.Шатського, А.Л.Яншина та ін.

Структурно-тектонічні перехідні зони - це відкрита гетерогенна динамічна урівноважена саморегульована геологічна система, яка сформована в результаті тектонічних рухів, переміщення геоструктурних блоків відносно один одного, рухливої зони відносно платформи. Ці елементи входять до складу системи як структурні компоненти. Геологічні тіла - це стабільний структурний компонент, за допомогою якого передаються і накопичуються напруження.

Структура системи перехідних зон розглядається як результат процесів, а сучасний її стан визначається ходом тектонічного розвитку регіону. В ході еволюції системи перехідних зон на її розвиток впливають різні фактори, які проявляються в результаті дії внутрішніх і зовнішніх джерел енергії. Перетворення енергії в системі проходить під впливом гравітаційних, електромагнітних, теплових полів, радіоактивного випромінення, енергії різних геодинамічних процесів. При цьому здійснюється взаємодія геологічних і фізико-хімічних процесів, в результаті чого проходить трансформація речовини системи.

Аналізуючи кінематику розвитку деструктивних зон у самому процесі розвитку геодинамічної системи перехідних зон, виділяють геотектонічні підсистеми, котрі представляють собою етапи формування системи: рухи, стискання, руйнування (зростання напруження - розвантаження).

Розглядаючи перспективу подальшої розробки теорії геодинамічних процесів, що проходять у крайових структурах і шовних зонах, необхідно відмітити наступне:

Вивчення геодинаміки структурних зон сполучення сприяє не лише виясненню форм і закономірностей взаємозв'язку континентальних платформ та більш молодих рухливих структур (аналіз загальної теорії Землі), а також прогнозуванню можливостей землетрусів і пошуку корисних копалин.

Необхідно усунути численні недоробки у розв'язанні проблеми, що розглядається, а саме: а) потрібна додаткова обробка, аналіз та інтерпретація накопичених даних при вивченні геологічних об'єктів; б) крайові шовні зони та зони сполучення (з'єднання) мають розглядатися не лише як границі розділу, але як геологічні тіла.

Необхідно розробити більш сучасну теорію, яка б пояснювала геодинамічні процеси у межах крайових структур і перехідних зон. Така теорія має бути історико-еволюційною; а саме: розвиток структур земної кори, що розглядаються, має відслідковуватися протягом всього геологічного часу; включати вивчення і пояснення сукупності ендогенних і екзогенних процесів, їхню роль і взаємозв'язок; розглядати граничні структури як об'ємні структурно-тектонічні об'єкти.

Літосфера у зоні зчленування Східно-Європейської платформи і Скіфської плити є дуже складною структурою не тільки через різкі зміни морфології різних глибинних горизонтів, але й внаслідок зникнення або появи на окремих ділянках певних шарів і горизонтів. Різкі перепади товщини окремих шарів, майже до зникнення або збільшення до декількох десятків кілометрів, значні кути спаду сейсмічних горизонтів літосфери і наявність пологих зон розломів, складна поведінка горизонтів пояснюється горизонтальними зміщеннями шарів консолідованої кори в північному напрямку, в результаті чого виникають підсуви одних пластів під інші.

Вимальовується декілька зон субдукції; одна з них в області зони зчленування Скіфської плити зі Східно-Європейською платформою. Присутність субдукції в зоні можна пояснити вертикальними та горизонтальними переміщеннями в Одесько-Джанкойському рифті. У межах Чорноморської западини і древньої платформи є декілька паралельних зон субдукції, кожна з яких є глибинним розломом.

Процедура моделювання є процесом створення людиною відбитку вивченої частини природного середовища, трансформованого в його логічне, математичне, фізичне або картографічне подання. Теоретичною основою моделювання є теорія подібності, розробкою якої в геологічних науках займались І.П.Зелінський, Л.Б.Розовський, Г.Т.Продайвода, А.В.Чекунов, В.А.Штоф, та ін.

Головна властивість моделі - її здатність у різній формі відбивати або відтворювати оригінал. Іншою істотною характеристикою моделей є те, що вони вибірково подібні (тобто подібні до оригіналів лише в частині ознак). З цього випливає ряд важливих особливостей моделей: виступаючи в якості носіїв вибіркової подібності, моделі не можуть бути в усьому подібні до оригіналу. Модель подібна системі, що моделюється; разом з тим вона обов'язково відрізняється від цієї системи.

Геологічні процеси і явища відрізняються від фізичних (теплових, фізико-хімічних, біохімічних та ін.) процесів тим, що вони складаються з комплексу цих же процесів. При цьому геологічні процеси не є сумою фізичних процесів і явищ, а є їх діалектичним сполученням, результатом якого є якісно нова форма руху матерії _ геологічна. Геологічні процеси можуть порівнюватися за геологічною подібністю _ як подібність геологічних рухів. Вона, геологічна подібність, характеризує подібність конкретних форм прояву геологічного руху: подібність геологічних процесів, явищ, утворень та ін. Важливою особливістю геологічної подібності є досягнення схожості істотних ознак при несхожості неістотних.

Створення об'єктивних імітаційних моделей геологічного об'єкта пов'язане з певними труднощами перевірки їх адекватності об'єкту. Проте алгоритмізація факторів, умов протікання геологічних процесів, створення бази даних дозволяє достатньою мірою об'єктивно відбивати геологічні об'єкти в рамках моделі, що формується. Тип моделі, що пропонується в даній роботі, об'єктивно відбиває можливості методів моніторингу і прогнозу геологічних процесів.

Геодинамічне моделювання передбачає задану формалізовану упорядкованість умов, факторів і властивостей, що відображають досліджуваний об'єкт. Основні елементи геодинамічної моделі: а) геологічні і геофізичні параметри; б) структурні і тектонічні фактори; в) літологічні параметри; г) інженерно-геологічні параметри.

Найважливішу роль у побудові геодинамічної моделі північно-західного шельфу Чорного моря відіграє проблема вибору її масштабу, оскільки необхідно визначити, якими параметрами і геолого-структурними та тектонічними факторами можна нехтувати в силу незначного їх впливу на геодинамічну модель геологічного середовища, що формується. Побудова такої моделі можлива при виконанні низки граничних умов і припущень. Вони включають геофізичний моніторинг геодинамічної системи, наявність теоретичної математичної моделі, вибір допустимої однорідності геологічного об'єкта. Регіональна модель геологічного об'єкта дозволяє виконувати ймовірнісний прогноз геологічних процесів, які постійно уточнюються.

На сучасному етапі наукових досліджень і даних за фізичну основу моделі формування геологічного середовища можна прийняти уявлення про напружено-деформований стан земної кори. В першу чергу геодинамічні процеси пов'язані з тектонічно-напруженим станом земної кори, коли проходить передача тектонічних напружень і деформацій гірських порід на зони розломів (пов'язаних із зонами стиснення). Передача тектонічних напружень у відповідних шарах здійснюється через скелет породи. На етапі крихкого руйнування відбувається збільшення об'єму деформованих порід. Приріст об'єму порід повинен привести до зниження тиску в структурних геодинамічних системах.

Вивчення напружено-деформованого стану земної кори в процесі структуроутворення - необхідна передумова при дослідженні геологічного об'єкта на предмет його формування й еволюції, а також вивчення та прогнозування інженерно-геологічних, сейсмологічних факторів; воно повинне супроводжувати будь-які моделі геологічного середовища. Вплив напруженого стану земної кори на формування структурно-динамічних зон у межах крайових зон, зон сполучення платформ і рухливих областей, виявляється в механізмі розривоутворення, в ході формування трикомпонентної сітки тріщин (розривів) при об'ємній деформації порід, паралельних площинам дії головних напружень ₁, ₂, ₃.

На підставі детального вивчення характеру сучасних морських відкладів, похованих порід, порід фундаменту отримано геологічну, геофізичну і геоструктурну характеристику середовища, визначено зіставність зон тектонічних розломів у межах досліджуваного регіону з глобальною геодинамічною системою. Геофізичними дослідженнями схарактеризовано глибинну будову земної кори, особливості будови і характер зчленування різновікових утворень. Виконано оцінку товщини осадового чохла, вивчена будова неоген-палеогенового структурного поверху. Виділено горизонти відбиття на шельфі Чорного моря, сформульовано основні принципи побудови математичної моделі, яка описує поширення і розсіювання сейсмічних хвиль у неоднорідному геологічному середовищі морського дна.

Побудована модель поширення сигналу в геологічному середовищі, перекритому водним шаром, відповідає геологічній обстановці на північно-західному шельфі Чорного моря. Додатковими умовами є однорідність літологічного складу першого від поверхні шару відкладів, а також наявність глибинного розлому, що перетинає другий від поверхні геологічний шар (складнодислокований півпростір, що вміщує розлом). Розрахунки показують, що швидкість проходження сигналу незначно знижується в товщі води, а потім поступово збільшується, в залежності від глибини проходження в геологічній товщі. Зона розлому при цьому є зоною повного поглинання сигналу.

На сучасному етапі за фізичну основу моделі формування геологічного середовища може бути прийняте уявлення про напружено-деформований стан земної кори. Від новітньої активності структурно-тектонічних зон (незалежно від ходу їхнього геологічного розвитку і типу) безпосередньо залежить геодинамічна деформація і руйнування масиву гірських порід. Для кожного масиву гірської породи при даному всебічному тиску існують напруження, при яких виникає наскрізна тріщина (руйнівне напруження або границя стійкості), і напруження, при яких починається пластична текучість (границя текучості). Для опису поширення поздовжніх хвиль у геологічних середовищах, а саме при дослідженні похибки розв'язання сейсмоакустичної задачі використовуються положення теорії акустики шаруватих середовищ. Побудова системи геологічного моніторингу можлива на підставі геодинамічної моделі об'єкта, теорії про напружено-деформований стан земної кори з урахуванням особливостей поширення сейсмоакустичних хвиль у геологічному середовищі.

На підставі викладених принципів побудови геодинамічної моделі була запропонована тришарова пошарово-однорідна геодинамічна модель регіону, що включає північно-західну частину Скіфської плити, зону зчленування Східно-Європейської платформи і Скіфської плити, південну окраїну Східно-Європейської платформи. Формування геодинамічної моделі проведено на основі виділення допустимо однорідних модельних шарів. Ці шари відповідають структурно-тектонічним поверхам, які виділені в будові північно-західного шельфу Чорного моря. Основним елементом, що досліджується у обраній моделі, є зона зчленування Східно-Європейської платформи і Скіфської плити. Вибір зумовлений тим, що в структурно-динамічній зоні виразно виявляється напружений стан, властивий зоні розвантаження геодинамічної напруженості. Представлена блок-діаграма (рис. 5) базується на даних про геологічну будову регіону, про його структурно-тектонічний розвиток, про геофізичні і фізико-механічні параметри гірських порід. До параметрів, що визначають фізичну характеристику шарів, відносяться швидкість проходження хвиль, коефіцієнти затухання, поглинання і щільність порід. Визначені модельні шари, максимально однорідні за своїми геологічними, геофізичними, інженерно-геологічними та іншими параметрами.

6. Система геологічного моніторингу регіону північно-західного Чорномор'я

Основне місце в наукових поняттях екологічної геології займає модельне оформлення еколого-геологічної обстановки. Еколого-геологічне моделювання має представляти (відбивати) спеціалізований геологічний простір, його дискретність і безперервність у геологічних, інженерно-геологічних характеристиках і оцінках різних просторових об'єктів. Складна, високого рівня супідрядності є система “геологічні тіла - геофізичні поля - територія” (“геологічний об'єкт - геофізичні поля - регіон”). Це вже об'єкти логічно опосередковані, що спираються і мають модельне втілення на визначених геологічних законах і теорії.

При вивченні геологічних об'єктів (як геологічної основи технічних об'єктів і споруд) нерідко виникає ситуація, коли природне поле напруження в результаті природних і техногенних процесів виявляється порушеним. Звичайно, схема розподілу напруження значно ускладнюється. Для того щоб максимально точно розв'язати питання про напружений стан геологічних об'єктів і його зміни необхідно використовувати методику еколого-геологічної схематизації.

Отже, методика може змінюватися й вдосконалюватися в кожному конкретному випадку, в залежності від вибору умов і поставленої задачі.

Проведення аналогій між геодинамічними й еколого-геологічними процесами можливе через реалізацію напруженого стану гірських порід. Основна відмінність складається з масштабів їхніх проявів. Сейсмоакустичний моніторинг еколого-геологічних процесів ґрунтується на тих же принципах, що і моніторинг геодинамічних процесів структурно-тектонічних зон. Він включає визначення геологічної моделі об'єкта, оцінку параметрів фізико-механічних властивостей гірських порід, акустичних параметрів каналу і визначення режиму спостереження за зміною основних параметрів. Моніторинг еколого-геологічних процесів необхідно проводити як основний вид спостереження за протіканням релаксаційних процесів, що швидко змінюються на обмеженій локальній ділянці. Це накладає деякі обмеження на режим моніторингу, особливо на прогнозування вірогідного розвитку процесу у взаємозв'язку “окрема ділянка - загальний геологічний об'єкт”. Система моніторингу повинна бути побудована таким чином, щоб вона включала і весь досліджуваний регіон, і окремі ділянки, необхідність спостереження на яких зумовлена геодинамікою.

Вироблення системи сейсмоакустичного моніторингу спрямована на розв'язання таких задач:

спостереження у реальному вимірі часу за станом геологічного середовища Українського Причорномор'я;

забезпечення достовірності прогнозу процесів сейсмічної активності у регіоні північного Причорномор'я; оперативний та довгостроковий прогноз небезпечних і катастрофічних природних явищ у регіоні;

контроль за змінами стану природного середовища під впливом техногенних факторів;

підвищення достовірності обґрунтування пошуку нафтових і газових родовищ на шельфі.

Розв'язання проблеми розробленого сейсмоакустичного методу моніторингу поля механічних напружень є виявлення і дослідження особливостей стійких інформативних ознак геолого-структурних неоднорідностей, а також вивчення достовірних властивостей перешкод - неоднорідностей, що утворилися під впливом інших факторів земного походження. Внаслідок недостатньої вивченості механізмів дії на геофізичний простір процесів, що супроводжують накопичення механічних напружень у структурних полях тектонічних розломів, отримання вказаної апріорної інформації можливе лише шляхом організації систематичних комплексних сейсмологічних спостережень.

Аналіз розподілу літосферних неоднорідностей у тримірному просторі, в об'ємних моделях свідчить на користь їх внутрішньої впорядкованості, яка підпорядковується генетичним зв'язкам і структурній супідрядності. Статичні неоднорідності утворились у результаті геологічних процесів, які проходили раніше. Мобільні - характеризують сучасні геодинамічні процеси, під час яких проходить формування нових структурних неоднорідностей і перетворення старих. Отже, можна стверджувати, що статичні неоднорідності не є стабільними, а в ході геологічної історії вони змінюються, інколи до повного перетворення і заміни.

Неоднорідності, які виділяються, у свою чергу розділені або складені з ділянок чи блоків, що мають свої обриси, границі (при цьому часто з поступовими переходами одних гірських порід в інші), аномальні поля структурно-тектонічних напруг, фізичних властивостей і т. ін. Такі блоки найчастіше є шаровими, розломи - зональними різної ширини. Всередині блоків спостерігається пошарова зміна фізичних властивостей. Причинами неоднорідностей можуть бути відмінності у речовинному складі і фізичних властивостях різних структурно-петрофізичних комплексів (шарів), у фізичних властивостях і в складі різних зон тектоносфери, внаслідок процесів перетворення речовини. Всі процеси, які є динамічно перетворюючими (тектоногенез, магматизм, метаморфізм та ін.), призводять до змін у структурі неоднорідностей в літосфері. Такі зміни призводять і до розширення або стискання твердої речовини геологічних сфер, до змін та перерозподілу напружень, до деформацій, що проходять на різних глибинах. Очевидно, що характер таких змін може бути неоднаковим на різних глибинах. Все це ще раз підкреслює розшарування літосфери по вертикалі. Кожен із виділених елементів системи геосфери характеризується своїми деформаційними властивостями, по-своєму реагує на тектонічні напруження, і, відповідно, відображає їх зміни у геофізичних характеристиках шарів. Очевидним є уявлення про пошарову геолого-структурну будову і обґрунтованість формування пошарової геодинамічної моделі геологічного середовища.

Актуальною проблемою, що може бути розв'язана із застосуванням системи моніторингу, є оцінка сейсмічної небезпеки в північно-західному Причорномор'ї. Спостереження останніх років свідчать про зміщення частини епіцентрів землетрусів у бік Кримсько-Дунайського сектора континентальної окраїни, тобто безпосередньо до прибережної частини Одеської області. Це пов'язано з глобальними геодинамічними процесами, що виражаються в зближенні найбільших літосферних плит - Африкано-Аравійської й Євроазійської (точніше, її Східно-Європейської частини).

Одним з найбільших порушень субмеридіонального напрямку території півдня України є Одеський глибинний розлом. Східна крайова точка зони Одеського глибинного розлому сейсмічно найбільш небезпечна. Вона перетинає берегову лінію в районі Пересипу і співпадає за простяганням з Куяльницьким лиманом. Західна точка цієї зони простежується на суші в районі Іллічівського порту, субпаралельно до Сухого лиману. Сейсмічна активізація зони Одеського глибинного розлому може привести до катастрофічних наслідків. За сейсмічними даними про епіцентри місцевих землетрусів на трасі Одеського глибинного розлому встановлено локальну зону підвищеної сейсмічності, яка знаходиться за 130 км від узбережжя м. Одеси. Субмеридіональна зона глибинного розлому (аналогічна Одеській) встановлена в районі м. Вилкове. Достовірно встановлені такі ж сейсмоактивні зони на Анатолійському і Кримському субширотних розломах. Імовірність сучасних сейсмонебезпечних процесів по субширотних розломах в районі о. Зміїний також досить висока.

З урахуванням геодинамічної позиції й особливостей глибинної геологічної будови, розглянута територія, включаючи Придунайський шельф, відноситься до субколізійної зони, де випуклий деструктивний край Східно-Європейської платформи піддається інтенсивному тиску з утворенням насуву. До неї ж намічається приуроченість точки сейсмічної активності в Придунайській частині континентальної окраїни і на прилеглій суші.

Розв'язання проблеми сейсмоакустичного моніторингу поля механічних напружень передбачає виявлення і дослідження особливостей стійких інформативних ознак геолого-структурних неоднорідностей, а також вивчення достовірних властивостей перешкод - неоднорідностей, що утворилися під впливом інших факторів земного походження. Отримання зазначеної інформації можливе лише шляхом організації систематичних комплексних спостережень - системи геологічного моніторингу. При розв'язанні задачі моніторингу напружено-деформованого стану геологічного середовища найбільш цікавими є аналіз і розробка підходів до використання інформації, яка утримується в прийнятому сигналі в повному обсязі, у розсіяному сигналі, а також і в її власному акустичному полі.

Глибинна деструкція північно-західного Причорномор'я зумовлена розривними тектонічними порушеннями, що облямовують Східно-Європейську платформу і створюють горст-грабеновий характер тектоніки. Таке положення території визначає її підвищену неотектонічну рухливість і сейсмічну активність. Розробка і реалізація інтегральних (геологічних і інформаційно-акустичних) технологій геологічного моніторингу в масштабах регіону північно-західного Чорномор'я дозволить значною мірою розв'язати проблему оперативного контролю, короткострокового і довгострокового прогнозування великомасштабних змін стану цього геологічного середовища.

Висновки

Виконані дослідження дозволяють сформулювати основні висновки, що визначають теоретичну і практичну значущість дисертаційної роботи, наступним чином.

Великий вплив на формування сучасної структурно-тектонічної обстановки досліджуваної території, включаючи північно-західний шельф Чорного моря і прибережну частину суші, мають неотектонічні і сучасні рухи земної кори. Достовірність прогнозів, забезпечуваних системою моніторингу, істотно залежить від якості моделі, що використовується для опису геологічного середовища. Для досягнення прийнятної достовірності результатів, отриманих за допомогою системи моніторингу механічних напружень у деструктивному полі розломної зони, необхідно при побудові моделі враховувати структурно-тектонічні і фізико-механічні особливості досліджуваного регіону.

Вивчення особливостей геологічної будови північно-західного Чорномор'я дозволяє прийняти пошаровооднорідну геодинамічну модель північно-західного сектору Скіфської плити. Основними об'єктами для сейсмоакустичного моніторингу виділено такі структурно-тектонічні елементи: Скіфська плита і зона її з'єднання зі Східно-Європейскою платформою, яка є системою глибинних розломів. Побудована трьохшарова геодинамічна модель складається з наближено-подібних структурних складових: палеогенових, неогенових та четвертинних відкладів; консолідованих покривних відкладів; кристалічних порід фундаменту. У сформованій тришаровій геодинамічній моделі виділено чотири елементи з верствовими швидкостями (V_вр), що дорівнюють: I - 5500-6000 м/с, II_а - 4500-5900 м/с, II_б - 3500-4500 м/с, III - 2000-3500 м/с.

Сформована модель геологічного середовища на базі параметрів і факторів гірських порід - це система, що змінюється у часі й просторі в ході природно-історичного розвитку геологічних процесів. Фізичною основою формування моделі геологічного середовища є поняття про напружено-деформований стан земної кори і передачі тектонічних напружень та деформацій гірських порід на розломні структурно-динамічні зони. Для формування моделі поля механічних напружень запропоновано використовувати методи теорії пружності лінійно-деформованих основ.

Проаналізовано сучасний стан теорії і практики визначення напруженого стану в структурних полях. Аналіз концепції моніторингу геодинамічних процесів дозволяє визначити як математичну модель відбудови динамічних характеристик напружено-деформованого стану в структурних полях - метод інтегрального обчислення. Для ефективного прогнозування динаміки розломних зон необхідні регулярні і виконувані з малою часовою дискретністю спостереження (моніторинг) еволюції поля прикладених механічних напруг воднораз з тектонічним моделюванням.

Проведення аналогій між геодинамічними й еколого-геологічними процесами можливе через реалізацію напруженого стану масиву гірських порід. Основна відмінність між ними полягає в масштабах їхніх проявів. Сейсмоакустичний моніторинг еколого-геологічних процесів ґрунтується на тих же принципах, що і моніторинг геодинамічних процесів структурно-тектонічних зон. Він включає створення геологічної моделі об'єкта, оцінку параметрів фізико-механічних властивостей гірських порід, акустичних параметрів каналу хвиль і визначення режиму спостереження за зміною основних параметрів. Моніторинг еколого-геологічних процесів слід проводити як основний серед видів спостереження за протіканням релаксаційних процесів, що швидко змінюються на обмеженій локальній ділянці.

Виходячи з геодинамічної позиції й особливостей глибинної геологічної будови обґрунтовано визначено, що досліджена територія відноситься до субколізійної зони, де випуклий деструктивний край Східно-Європейської платформи піддається інтенсивному стискові, який супроводжується насувом. Саме до них намічається приуроченість точок сейсмічної активності в Придунайській частині континентальної окраїни і на прилеглій суші. Обґрунтовано перспективність використання моніторингу геодинамічних зон як системи реєстрації і прогнозування землетрусів у регіоні північно-західного Чорномор'я.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В ПУБЛІКАЦІЯХ

Монографії:

1. Анисимов А.М., Батечко С.А., Чепижко А.В. и др. Кадастры и атлас карт медико-геологических аномалий на территории Одесской области. - “ГеоТАН”, Сыктывкар. - 1991. - 176 с.

2. Холопцев А.В., Чепижко А.В. Мониторинг механических напряжений в деструктивных полях и перспективы совершенствования методов сейсмотомографии. - Одесса.: Астропринт. - 1995. - 24 с.

3. Чепижко А.В. Мониторинг напряженного состояния в структурно-тектонических полях (на примере изучения северо-западной части Скифской плиты). - Одесса.: Астропринт. - 1997. - 212 с.

4. Чепіжко О.В. Основи екологічної геології. - Одеса.: Астропринт. - 2002. - 123 с.

Статті у наукових виданнях:

5. Чепижко А.В., Носырев И.В. Кристаллосимметрийная структура минеральных систем и её типоморфизм // Минерал. сб. Львов. ун-та. - 46, вып.2. - 1992. - С. 70-76.

6. Батечко С.А., Носырев И.В. Кадурин В.Н., Чепижко А.В., Медико-геологические аномалии на территории Одесской области // Геол. журнал. - 1994. - № 1. - С. 18-26.

7. Чепижко А.В., Дьяченко А.М., Беренштейн Г.В., Сучков И.А. К проблеме новообразования циркона в эндербите // Доповiдi НАН України. - № 4. - 1995. - С. 33-36.

8. Чепижко А.В. Мониторинг тектонических напряжений зоны шельфа в пределах Скифской плиты методами сейсмотомографии // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 1996. - № 6. - С. 97-108.

9. Panchuk V.E., Tavolzhanskaj N.S., Chepizhko A.V. Monitoring of earth' atmos-phere by atmos-pheric lines // Bull. Spec. Astrophys. Observatory. - 1996. - v. 41. - p. 156-168.

10. Чепижко А.В., Кадурин В.Н., Холопцев А.В. Построение системы мониторинга эколого-геодинамических процессов на шельфе Черного моря // Геоэкология рекреационных зон Украины. - Одесса: НПФ "Астропринт". - 1996. - С. 91-93.

11. Чепижко А.В., Чепіжко О.В., Холопцев О.В. Геологiчнi та iнформацiйно-акустичнi методи монiторингу природного середовища шельфу Чорного моря та Українського Причорноморя // Геоэкология рекреационных зон Украины. - Одесса: НПФ "Астропринт". - 1996. - С. 94-97.

12. Dublyansky, Y.V., Szymanski, J.S., Chepizhko, A.V., Lapin, B.N., Reutsky, V.N. Geological History of Yucca Mountain (Nevada) and the Problem of a High-Level Nuclear Waste Repository // Defence Nuclear Waste Disposal in Russia: International Perspective. NATO ASI Series. Kluwer Academic Publishers, Netherlands. - 1998. - Р. 279-292.

13. Дублянский Ю.В., Шимански Дж.С., Лапин Б.Н., Чепижко А.В., Реутский, В.Н. Палеогидрогеология горы Яка (Невада, США) - ключ к оценке пригодности площадки планируемого захоронения радиоактивных отходов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - №1. - 1999. - С. 77-87.

14. Чепижко А.В. Принципы построения системы эколого-геологического мониторинга региона северо-западного Причерноморья // Экологические проблемы городов и рекреационных зон. Сб. науч.работ, ОЦНТЭИ - Одесса: - 1999. - С. 231-235.

15. Самсонов В.И., Чепижко А.В, Оценка сейсмической опасности в южной части Одесской области // Экология, экономика, рынок. Сб. науч.работ, ОЦНТЭИ - Одесса: - 1999. - С. 110-114.

16. Холопцев О. В., Чепіжко О.В. Моніторинг механічних напружень у геотектонічних зонах // Доповіді НАН України. - № 9. - 2000. - С. 136-139.

17. Чепіжко О.В., Кадурін В.М., Радкевич Г.А. Філогенія акцесорних мінералів (магматичні породи) // Минерал. журнал т. 23, № 4. - 2001 - С. 73-77.

18. Самсонов В.И., Луцкив С.Г., Чепижко А.В. Приоритетные направления нефтегазопоисковых работ на Черноморской акватории Украины с позиций тектоники литосферных плит // Геологія і геохімія горючих копалин. - №1. - 2001. - С. 30-35.

19. Chepizhko A.V. Monitoring of geological object as tool of solving of ecological problems of Ukrainian Black Sea's littoral // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2001. - №2-3. - С. 5-8.

20. Чепіжко О.В., Кадурін В.М. Роль інформаційних технологій під час вивчення акцесорних мінералів // Мінерал. збірник. - 2001. - № 51, вип. 1. - С. 88-95.

21. Чепіжко О.В., Баранова Н.М. Вплив техногенного навантаження на узбережно-морські геосистеми Чорноморського регіону // Геолого-мінерал. вісник. - Кривий Ріг. - 2001. - №2(6). - С. 21-27.

22. Chepizhko A.V., Role of Ecological Geology in Solution of Ecological Problems of Ukrainian Black Sea littoral // Екологічні проблеми Чорного моря / Зб. наук. праць - Одеса. - 2001. - С. 25-31.

23. Чепижко А.В. Особенности геодинамики и тектоники акваториального обрамления Северочерноморской континентальной окраины // Геолого-мінерал. вісник. - Кривий Ріг. -2002. - № 2 (8). - С. 61-66.

24. Чепіжко О.В., Баранова Н.М. Ступінь техногенного навантаження на узбережно-морські геосистеми Одеського регіону // Екологічні проблеми Чорного моря / Зб. наук. праць - Одеса. - 2001. С. 38-44.

25. Чепіжко О.В., Кадурін В. М., Шатохіна Л. М., Баранова Н. М. Моніторинг екологічних систем рекреаційних зон Чорноморського регіону України // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - №2. - С. 10-14.

26. Чепижко А.В., Кадурин В.Н., Батечко С.В. Медико-геологические проблемы зон рекреации Черноморского побережья Украины // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - №2. - С. 28-33.

27. Чепіжко О.В., Кадурин С.В., Какаранза С.В. Некоторые особенности распределения химических элементов в донных отложениях северо-западного шельфа Черного моря // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - №2. - С. 54-61.

28. Чепіжко О.В., Баранова Н.М., Кадурін С.В. Вплив геохімічних чинників на формування геотехногенних систем міста Одеси // Геологія і геохімія горючих копалин. - 2002. - № 1. - С. 97-107.

29. Самсонов В.И., Присяжний В.М., Луцкив С.С., Чепижко А.В. Особенности геологического строения и перспективы нефтегазоносности Прикрымского интервала активной континентальной окраины в свете новой геологической парадигмы // Геодинамика и нефтегазоносные структуры Черноморско-Каспийского региона - Сб. науч.работ. - 2002. - С. 243-246.

30. Самсонов В.И., Присяжний В.М., Шашорин Ю.М., Чепижко А.В. Оценка сейсмической опасности в южной части Одесской области по результатам сейсмотектонических исследований // Мінеральні ресурси України. - № 2. - 2003. - С. 36-38.

31. Самсонов В.И., Присяжний В.М.,Иванов В.Г., Чумак О.М., Чепижко А.В. Особенности геодинамики и тектоники акваториального обрамления Горного Крыма в связи с перспективами нефтегазоносности, // Мінеральні ресурси України. - № 3. - 2003. - С. 24-33.

32. Чепижко А.В. Необходимость эколого-геологического мониторинга динамики формирования современных отложений на шельфе Черного моря // Геолого-мінерал. вісник. - Кривий Ріг. - № 1 (11) - 2004. - С. 14-18.

33. Тези доповідей:

34. Самсонов В.С., Чепижко А.В. О перспективах нефтегазоносности черноморского Придунайского шельфа и возможности оперативного решения энергетических проблем // Тектоніка і нафто-газоносність Азово-Черноморского регіону в зв'язку з нафтогазоносністю пасивних окраїн континентів. Тези доп. - 2000. - С. 218-219.

35. Самсонов В.С., Чепижко А.В. Оценка сейсмической опасности в северо-западном Причерноморье // Тектоніка і нафто-газоносність Азово-Черноморского регіону в зв'язку з нафтогазоносністю пасивних окраїн континентів. Тези доп. - 2000. - С. 239-240.

36. Alexandrov, B.G., Dyatlov, S.E., Litvinenko, O. A., Chepizhko A.V., Ryabov, M.I., Samsonov, V.I. A Program for Studying the Character of Astrogeophysical Effects on Marine Ecosystems of Ukraine // First Astrobiology Science Conference, NASA, USA, Life In Extreme and Extraordinary Environments. - 2000. - P.1.

37. Chepizhko A.V., Samsonov V.I. Geodynamic Factors of Formation if the Habitat and Evolution of Biological Organisms of the Black Sea // The Black Sea Ecological Problems - Odessa. - 2000. - P. 52-53.

38. Samsonov, V.I., Chepizhko A.V. Tectonic and Geodynamic Factors of Formation if the Habitat and Evolution of Biological Organism // First Astrobiology Science Conference, NASA, USA Poster Section 27: Life In Extreme and Extraordinary Environments. - 2000. - Р. 1.

39. Самсонов В.С., Чепижко А.В. Особенности геодинамической обстановки юго-западного региона Украины в связи с перспективами нефтегазоносности // Тектоніка і нафто-газоносність Азово-Черноморского регіону в зв'язку з нафтогазоносністю пасивних окраїн континентів. Тези доп. - 2000. - С. 219-222.

40. Самсонов В.И., Чепижко А.В., Шашорин Ю.Н. Генетическая характеристика Северочерноморской континентальной окраины и основных элементов её тектоники // Геодинамика и нефтегазоносная система Черноморско-Каспийского региона. Тез. доклад. - Симферополь. - 2001. - С. 141-144.

41. Самсонов В.И., Шашорин Ю.Н., Чепижко А.В. О некоторых особенностях тектонического районирования континентальной окраины юга Украины с позиции тектоники плит // Тези І наук.-вироб. наради геологів-зйомщиків України. Регіональні геологіч. дослід. в Україні і питання створення "Держгеолкарти - 200." - Гурзуф. - 2001. - С. 124-127.

42. Самсонова В.И.,Присяжный В.М., Луцкив С.С.,Чепижко А.В., Особенности геодинамики и тектоники акваториального обрамления Горного Крыма в связи с перспективами нефтегазоносности // Геодинамика и нефтегазоносные структуры Черноморско-Каспийского региона”. Тез. доклад. - Симферополь, 2002. - С. 174-175.

43. Самсонов В.И., Присяжний В.М.,Иванов В.Г., Чепижко А.В., Чумак О.М. Об основных закономерностях тектоники Черноморско-Азовского региона в связи с эволюцией континентальной окраины // Проблемы геодинамики и нефтегазоносности Черноморско-Каспийского региона. Тез. доклад. - 2003. - С. 73-75.

44. Самсонов В.И., Чумак О.М. Чепижко А.В. О некоторых тектонических “параллелях” крупнейших осадочных бассейнов Украины в связи с тектоническим районированием. // Проблемы геодинамики и нефтегазоносности Черноморско-Каспийского региона. Тез. доклад. - 2003. - С. 186-190.

У цих публікаціях Чепіжко О.В. є рівноправним автором.

Размещено на Allbest.ru