В настоящее время наметились пути становления нового геологического научно-прикладного направления в рамках и на стыке современной и новейшей геодинамики с другими науками, которое можно определить как учение о геодинамических активных зонах. В связи с этим назрела необходимость разработки его теоретических и методологических основ с целью систематизации знаний в этой области, определить объект и предмет, основные задачи направления.
Некоторые аспекты научного содержания учения о геодинамических активных зонах. Объект исследований учения - геодинамическое поле планеты, которое обусловлено тектоническим полем напряжений во взаимодействии с геофизическими, геохимическими, гидрогеологическими и другими полями, а также планетарной и линеаментной трещиноватостью. Предмет исследований - закономерности формирования геодинамических активных зон в пределах литосферы и других оболочек Земли и их влияние на природно-геологическую среду и человека.
Как любое другое учение геологической науки, учение о геодинамических активных зонах представляет собой синтез знаний, не только собственно геологических, но и других естественных наук - географии, биологии, экологии, физики, химии, астрономии, математики и обладает с ними прямыми и обратными связями по объектам, предметам изучения или методам исследований (рис. 1).
Рис. 1. Синтез знаний фундаментальных наук естествознания в учении о геодинамических активных зонах
В структуре учения о геодинамических активных зонах выделяется две основные части - теоретическая и прикладная. Первая (теоретическая) часть представляет фундаментальную основу учения и включает ряд разделов. Теоретические основы включают разработку теории (гипотез, концепций); разработку научного содержания, структуры (определение места науки в системе других наук, близкие науки и учения, прямые и обратные связи) и понятийной базы учения (основные понятия и определения, и в первую очередь - понятие о геодинамических полях и геодинамических активных зонах); теоретико-математическое моделирование геодинамических зон, классификации (по размеру, глубинности, форме, интенсивности, генезису, геоструктурному положению и др.). В историческом разделе рассматривается история становления, состояние, пути и основные тенденции развития рассматриваемого учения.
Методологические основы включают разработку системы геодинамических методов исследований на основе системного анализа. Основными методическими подсистемами являются: геофизические (на всех уровнях изучения с оценкой параметров глубинности и интенсивности геодинамических зон); дистанционные аэрокосмогеологические (картирование по площади на всех уровнях изучения, линеаментно-геодинамический анализ), структурно-геоморфологические (морфоструктурный и морфонеотектонический анализы), гидрогеологические и геохимические (структурно-гидрогеологический и структурно-геохимический анализы на региональном, зональном, локальном уровнях); биологические (на локальном уровне изучения) методы.
Вторая (прикладная) часть состоит из трех крупных разделов: изучение природных систем (изучение связи геодинамических зон с другими зонами, полями, аномалиями, месторождениями и др.); изучение природно-технических систем (изучение связи геодинамических зон с техногенно-преобразованными природными и урбанизированными условиями и сооружениями); решение прикладных задач (прогноз). В настоящее время обозначились четыре основных прикладных направления, связанных с минерагенической, гидрогеологической, инженерно-геологической и экологической ролью геодинамических активных зон.
Определения и систематика геодинамических активных зон. Геодинамические зоны - тектонические структуры, активные в четвертичном периоде геологического развития [7]. Модель геодинамических активных зон представляется близкой линеаментно-доменно-фокальной (ЛДФ) модели зон возникновения очаговых землетрясений в соответствии с принятой концепцией выявления сейсмогенерирующих структур (СГС) в ОСР-97, где рассматриваются четыре уровня источников землетрясений: крупный регион с интегральной характеристикой регионального сейсмического режима, линеаменты (оси трехмерных сейсмоактивных разломных структур), домены (квазиоднородные в геодинамическом отношении объемы геологической среды) и потенциальные очаги землетрясений, указывающие на наиболее опасные участки (фокусы) СГС [8]. Последние и представляют собой геодинамические активные зоны разного уровня.
Таким образом, геодинамические активные зоны (АЗ) представляют собой ограниченные, протяжённые в плане участки земной коры, с концентрацией тектонического напряжения, обусловленного внутренними силами Земли и их активностью на современном этапе неотектонического развития, характеризующиеся пониженной прочностью, повышенной трещиноватостью, проницаемостью, и как следствие, проявлением разрывной тектоники, сейсмичности, подъёмом флюидов и других процессов [5]. Геодинамическими АЗ, как правило, являются мобильные зоны трещинно-разрывных нарушений на границах блоковых структур, узлы пересечения разнонаправленных нарушений, осложняющие неотектонические блоки; внутриблоковые участки сгущения сети нарушений.
Вопрос о классификации, ранжировании и критериях выделения геодинамических активных зон является одним из наиболее сложных. По аналогии с классификацией новейших тектонических структур, а также с ранговой шкалой дизъюнктивных структур [6] можно представить следующую систематику геодинамических активных зон (таблица).
Таблица. Общая классификация геодинамических активных зон
Геодинамическими активными зонами глобального и субглобального уровня являются глобальные зоны интенсивной современной деструкции земной коры на границах крупных и малых литосферных плит (Средиземноморско-Индонезийская, Африкано-Чукотская, Филиппино-Камчатская, Кордильеро-Андская и др.), конвергентные сейсмоактивные структуры - зоны субдукции и их реликты на континентах, на региональном уровне (геозоны) - их крупные сегменты, основным признаком которых служит размещение очагов землетрясений.
Линеаментно-геодинамический анализ. Основой методологии изучения геодинамических активных зон на региональном (мегазоны), зональном (макрозоны и мезозоны), локальном (локальные зоны различных порядков) уровнях может быть системный линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных методов. Анализ заключается в получении исходной модели линеаментного поля путем дешифрирования аэрокосмических снимков, далее - в аппроксимации расчетных данных, ранжировании территории по степени геодинамической активности и построение ее картографических моделей разного уровня детальности. Методика исследований включает: подготовку материалов дистанционных съемок, визуальное выделение геоиндикаторов, интерактивное компьютерное структурно-геологическое дешифрирование космических снимков, автоматизированную обработку линеаментов, разработку критериев, различные виды классификаций, создание локальных баз данных, создание цифровых моделей рельефа, линеаментный, морфонеотектонический, геодинамический анализы, сопоставление данных с геофизическими и другими полями и оценку достоверности результатов, создание итоговых карт районирования, оценки и прогноза.
Критериями оценки геодинамической (неотектонической) активности являются различные расчетные показатели. Одним их важнейших показателей является плотность разломов, линеаментов и мегатрещин. Ранжирование геодинамической активности по этому показателю проводится по градациям с учетом баллов статистического распределения по их интенсивности (обычно выделяется 6 градаций с учетом среднего арифметического - «x» и стандартного отклонения - «s»): 1балл < (x-s); 2 балл (x-s) ÷ x; 3 балл х ÷ (x+s); 4 балл (x+s) ÷ (x+2s); 5 балл (x+2s) ÷ (x+3s); 6 балл > (x+3s). Вполне уверенно предполагается, что они отражают соответственно различную степень геодинамической активности (от условно стабильной до условно чрезвычайно высокоактивной). При этом к геодинамическим АЗ относятся участки с очень высокой и чрезвычайно высокой трещиноватостью и в отдельных случаях - участки с высокой трещиноватостью, отличающиеся высокой контрастностью относительно фона (рис.2).
Рис. 2. Геодинамические активные зоны Пермского Приуралья
Как правило, крупные геодинамические АЗ имеют сложное мозаичное строение и по материалам более детального изучения, они «разбиваются» на зоны более низкого уровня с разной степенью активности [3, 4].
Выводы. Таким образом, впервые изложены теоретические и методологические начала учения о геодинамических активных зонах. В заключение приведем основные его задачи, имеющие научно-прикладное значение на ближайшее время и перспективу:
- сейсмологические задачи - выявление сейсмогенерирующих структур, районирование территорий по сейсмической опасности;
- инженерно-геологические задачи - изучение влияния геодинамических зон на инженерно-геологические условия и строительные сооружения; оценка геологических рисков и опасностей, связанных с проектированием и эксплуатацией объектов повышенного уровня ответственности и экологической опасности; изучение геологической безопасности городов; обоснование безопасного ведения горных работ и промышленного освоения месторождений полезных ископаемых;
- геоэкологические задачи - изучение влияния геодинамических зон на окружающую среду и человека; выявление геопатогенных зон, обусловленных геодинамической активностью;
- гидрогеологические задачи - изучение закономерностей движения подземных вод, влияния геодинамических зон на распределение подземного стока и формирование водообильных зон;
- минерагенические задачи - изучение влияния геодинамических зон на формирование месторождений полезных ископаемых и их поиски; особенно перспективным по геодинамическим критериям являются поиски углеводородов, рудных ископаемых, алмазов, подземных вод.
Рецензенты:
- Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., профессор, зав. кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
- Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, генеральный директор научно-исследовательского проектного и производственного предприятия по природоохранной деятельности «Недра», г. Пермь.
Работа получена 20.09.2011.