7.2. Геодинамические модели современного поля напряжений в верхней части земной коры

Кроме охарактеризованных в предыдущем разделе результатов моделирования современного поля напряжений по изгибным деформациям земной поверхности (см. рис. 7.4) в рамках проекта МПГК «Неогеодинамика Балтика» по территории Центральной Европы разработаны модели напряженного состояния верхней части земной коры, основанные на анализе сейсмологических данных [319-320]. Первая из таких моделей основана на оценке фокальных механизмов землетрясений, осреднении полученных значений ориентировки осей максимального сжатия и растяжения по ячейкам сети с размерами 1^ох1^о и интерполяции этих данных на смежные участки (рис. 7.7). Эта модель представляет наиболее генерализованную картину распределения горизонтального стресса, источником которого практически для всей территории Беларуси является динамическое воздействие Карпатского орогена (для Западно-Европейской платформы такой источник – Альпы). Вторая модель построена на тех же данных, но с меньшей степенью генерализации и поэтому в большей степени отражает локальные отклонения от направления регионального сжатия (рис. 7.8). Обе модели отчетливо показывают преобладание субмеридиональной ориентировки оси максимального сжатия.

Третья модель предложена специалистами Центра геофизического мониторинга (Р.Р.Сероглазов, А.Г.Аронов) [32]. Она основана на анализе особенностей горизонтальной двумерной поляризации волн Лява от удаленных землетрясений, регистрируемых той или иной сейсмической станцией (см. главу 1). На диаграммах, построенных для четырех сейсмических станций на территории Беларуси достаточно отчетливо проступает субмеридиональная ориентировка оси максимального сжатия, которая на юге региона несколько отклонятся к юго-западу (рис. 7.9).

Четвертая модель учитывает геологические индикаторы наиболее молодых (голоценовых) смещений по разрывным нарушениям, полученные в результате анализа сопряженных систем линеаментов и измерений трещиноватости (рис. 7.10). Данные этой модели вполне согласуются с ранее приведенными моделями.

Изложенное свидетельствует о том, что главной особенностью современного напряженного состояния земной коры Беларуси является

региональное сжатие, ориентировка которого на большей части региона близка к субмеридиональной (рис. 7.11). При этом траектории осей максимального сжатия закономерно указывают на основной источник горизонтального стресса – Восточные Карпаты. Зона динамического влияния Крымско-Карпатского орогена скорее всего располагается в основном за пределами территории Беларуси.

3. Признаки современной активизации разрывных нарушений

Самые многочисленные проявления современных смещений по активным разломам установлены по геодезическим данным, которые в общих чертах охарактеризованы в разделе 7.1. Кумулятивный эффект современных движений земной коры более всего заметен в деформациях продольных профилей водной поверхности и русел рек. Часть таких аномалий может быть связана с литологическим фактором (разной устойчивостью пород к размыву) или продолжающимся галокинезом (см. главу 4), но все же большинство из них коррелирует с активными разломами [232].

Вторую группу признаков такой активизации представляют сейсмологические наблюдения. Лучше всего изучена сейсмическая активность в зоне Центрального разлома Старобинского месторождения калийных солей [ 7]. О современной активизации разломов в районе Солигорска и в том числе ЦР, проявляющейся в последние 20 лет (по крайней мере начиная с первого зафиксированного сейсмическими станциями землетрясения в районе Солигорска 10 мая 1978 г). свидельствует большое число происходящих здесь слабых землетрясений (рис. 7.12). Инструментальными наблюдениями, включавшими сейсмические станции в горных выработках на глубине 400-800 м (2-й, 3-й и 4-й рудники), начиная с 1983 г. зарегистрировано свыше 700 сейсмических событий с энергетическими классами К=4,0-9,5.

По данным бюллетеней сейсмических станций были вычислены координаты местных землетрясений: величина эпицентральных расстояний определялась по разнице времен вступлений поперечных и продольных Р сейсмических волн, а расчеты азимутов на эпицентры проводились на основе сведений о поляризации сейсмических волн [32].

Рассчитанные координаты эпицентров землетрясений позволили оценить характер распределения сейсмичности. Эпицентры очагов местных землетрясений расположены преимущественно вдоль пересекающихся профилей субширотного и северо-восточного направлений и концентрируются, в основном, в зонах крупных разрывных нарушений, в том числе приурочены к зоне ЦР, а также к зонам Восточно-Листопадовичского и Погостского (Северного) разломов (рис. 7.13). В целом, Солигорский геодинамический полигон в соответствии с картами сейсмотектонического и сейсмического районирования территории Беларуси и стран Балтии [7-8] относится к Северо-Припятской сейсмогенной зоне (Любаньская подзона). В пределах этой подзоны могут возникать землетрясения с магнитудой М_маx = 4,0 (К_маx = 11,0) и эффектом сотрясаемости на земной поверхности в эпицентре J_o = 6-7 баллов.

Сопоставление графиков количества (частоты) сейсмических событий и изменения уровня воды в Солигорском водохранилище показало, что ряд пиков возрастания числа землетрясений с эпицентральными расстояниями не более 20 км от сейсмической станции Солигорск совпадает с сезонными пиками уровня воды в Солигорском водохранилище (например в 1985, 1986, 1994, 1996 гг.). Выявленная активизация сейсмичности в зоне Центрального разлома подтверждает известную корреляцию между уровенным режимом водохранилищ и повторяемостью землетрясений, индуцированных колебаниями нагрузки от водной массы (рис. 7.14-7.16) [97]. Площадь Солигорского водохранилища, существующего с 1967 г., составляет около 23,0 км², наибольшая глубина –достигает 4,5 м, длина – 24 км при максимальной ширине до 1-2 км. Общая масса воды в Солигорского водохранилище имеет объем порядка 55 млн. кубометров. Сезонные колебания воды в Солигорского водохранилище могут достигать 1 м, то есть составляют около 25-30% от средних значений уровня. Следовательно, и объем его водной массы испытывает такие же сезонные колебания.

Согласно известным положениям механики грунтов, в результате гравитационного воздействия крупных, вытянутых на значительные расстояния объектов в подстилающих породах возникают значительные дополнительные напряжения. Глубина, на которой сохраняются достаточно высокие значения сжимающих напряжений, прямо пропорциональна ширине и длине источника полосовой нагрузки и расстоянию до него [231]. На уровне 3-го калийного горизонта значения дополнительное сжимающее напряжение может достигать величины порядка 0,3-0,4 кг/см², а в верхней части фундамента - 0,1-0,2 кг/см². Сейсмические толчки, как правило, являются следствием разрывов (образования трещин) в толще горных пород, когда достигаются предельные для данных пород значения напряжений. Модуль Юнга, характеризующий упругие свойства горных пород и предельную величину их сопротивления деформации и разрушению, составляет для пород фундамента 6000 кг/см² и более, каменной соли – около 4000 кг/см². Сопротивление пород деформации и разрушению в ослабленных зонах разломов оценивается примерно вдвое меньшими величинами. Это свидетельствует о том, что сезонные колебания дополнительной нагрузки от водохранилища по сравнению с критическими значениями очень невелики и могут быть лишь спусковым механизмом разрывов в породах фундамента и осадочного чехла, которые уже находятся в предельно напряженном состоянии вод воздействием других (преимущественно природно-тектонических) факторов.

Особенности современного поля напряжений, влияющие на периодическое «оживление» разломов, отражаются циклическими колебаниями уровня грунтовых вод. По данным ПО «Беларуськалий» во многих скважинах (скв.99, 497, 1031 и др.) в период с 1980 по 1997 гг. эти колебания проявлялись с амплитудой порядка 1-2 м (максимальные значения приходятся на 1981-1982 и 1993-1994 гг., т.е. период колебаний уровня составляет около 11-12 лет). Такие колебания уровня грунтовых и подземных вод скорее всего обусловлены не только климатическими причинами, но и вариациями суммарного объема трещин в результате периодического изменения напряженного состояния горных пород. Влияние деформационных процессов на уровенный режим подземных вод и современную тектоническую активность территории Припятского прогиба было показано специальными работами [96]. По данным лабораторных исследований под действием усиливающегося напряжения число и размеры трещин в горных породах сперва медленно нарастают, затем периодически происходит сброс тектонических напряжений в форме слабых землетрясений [221-222].

Изложенные данные позволяют сделать вывод, что периодическая активизация Центрального разлома Старобинского месторождения калийных солей обусловлена сложным сочетанием длинно- и короткопериодических изменений проявления природно-тектонических факторов и современным воздействием техногенных процессов, характерных для крупных горнопромышленных районов.

Третью достаточно многочисленную группу признаков современной активизации разломов составляют гидрогеохимические и газово-геохимические аномалии. Гидрогеохимические аномалии чаще всего представлены приуроченными к зонам разломов участками с повышенным содержанием в грунтовых и подземных водах гелия, йода, брома (см. рис. 6.5). Среди газово-геохимических аномалий ярче всего закономерная зависимость от характера сети активных разрывных нарушений прослежена для радона (рис. 7.17).

Новые возможности изучения тонких особенностей современных и голоценовых движений по разломам обоснованы В.А.Кузнецовым [151], которому удалось по геохимическим данным (аномалии содержания в русловом аллювии CaO, MgO, Fe₂0₃, Mn, Ni, Zr и др.) четко выявить фазы тектонической ак­тивизации разломов (пребореал - бореальную, позднеатлантическо - раннесуббореальную, ранннесубатлантическую и позднесубатлантическую) в бассейне р. Сож, включая изменения тектонического режима за последние 150-50 лет.