Тектонические движения и дислокации горных пород.

Процессы горообразования и формирования океанических впадин изучает тектоника. Движения земной коры, связанные с этими процессами, называют тектоническими. Такие движения происходят постоянно, усиливаясь в периоды тектонической активизации, которые циклично повторяются в геологической истории Земли. Продолжительность их достигает десятков млн. лет. Последним из них является альпийский (кайнозойская эра), продолжающийся ~ 35 млн. лет. В альпийский период сформировались горы Кавказа, Крыма, Карпат, Гималаи и др., в более древние периоды — Урал, Хибины и др. Горообразование изменяет первоначальные условия залегания пород, вызывает появление трещин, раздробляет породы, перемещает с места на место материал земной коры.

Отдельные участки платформы на протяжении многих десятилетий (веков, тысячелетий) поднимаются, другие в это же время опускаются. Со временем поднятия сменяются опусканиями, и наоборот. Это колебатель­ные движения. Геологическое значение их огромно. От них зависят интенсивность осадконакопления, положение границ между сушей и морями, обмеление или усиление размывающей деятельности рек и многое другое.

Колебательные (вековые) движения прошедших геологических периодов обнаруживаются перерывом в осадконакоплении, в смене состава слоев в вертикальном и горизонтальном направлениях, в перерас­пределении суши и моря. В районах поднятий море отступает (регрессия моря), морское дно становится сушей. При опускании местности море наступает (трансгрессия моря). На этом участке накапливаются морские осадки.

Колебательные движения приводят к образованию морских террас, лиманов, поднятию и опусканию русел рек. Колебательные движения происходят и в на­стоящее время. Об их проявлении судят по историческим документам, археологическим данным, геодезическим наблюдениям. Современные колебательные движения охватывают всю поверхность Земли. На территории Европы поднимаются районы Курска (3,6 мм/год), Кривого Рога (10,9 мм/год), и др. Ряд участков продолжают погружаться — Москва (3,7 мм/год), Санкт-Петербург (3,6 мм/год), Одесса (5,1 мм/год). Много веков интенсивно опускаются районы Голландии (40—60 мм/год), Датских проливов (15—20 мм/год), Франции и Баварии (30 мм/год). Активно продолжает подниматься Скандинавия (25 мм/год), только район Стокгольма за 50 лет поднялся на 19 см.

Тектонические движения земной коры необходимо учитывать при строитель­стве водохранилищ, плотин, морских портов, а также городов у моря и т. д. Опускание побережья приводит к интенсивному размыву берегов, при поднятиях море отступает, и населенные пункты удаляются от моря.

 

Рис. 3.6. Складчатые дислокации горных пород: антиклинальные (1) и синкли­нальные (2) складки, флексура (3).

 

Горизонтальные и тангенциальные движения вызывают тектонические дислокации, которые разделяются на складчатые и разрывные. Складчатые дислокации происходят без разрыва сплошности слоев (пластов). К формам складчатых дислокаций относятся моноклиналь, складка и флексура (рис. 3.6.).

Моноклиналь выражается в общем наклоне слоев по отношению к горизонту. Складка представляет собой один сплошной перегиб слоев. Антиклиналь — складка, обращенная своей вершиной вверх, синклиналь — обращенная вершиной вниз. Флексура — коленоподобная складка.

Разрывные дислокации возникают в результате нарушения сплошности пород и смещения частей слоев относительно друг друга по плоскости разрыва. Иногда её называют линией разлома. Амплитуда смещения бывает различной — от сантиметров до километров (при ширине трещин от сантиметров до многих метров). Трещины почти всегда оказываются заполненными обломками разрушения гор­ных пород.

К разрывным дислокациям относят сбросы и взбросы, горсты и грабены, сдвиги и надвиги (рис. 3.7.).

Сброс образуется в результате опускания, а взброс — поднятия одной части толщи пород относительно другой. Грабен возникает, когда участок земной коры опускается между двумя крупными разрывами. Таким путем образовался Байкал. Горст — форма, обратная грабену. Сдвиг и надвиг получаются при смещениях толщ пород в гори­зонтальной (сдвиг) и по наклонной (надвиг) плоскости (рис. 3.8.). В результате надвига молодые отложения могут быть перекрыты породами более древнего возраста.

3.4.2. Сейсмические явления в литосфере.

Сейсмические (от греч. - сотрясение) явленияесть результат упругих колебаний земной коры. Они типичны для районов, где активно действуют современные горообразовательные процессы.

Сейсмические сотрясения земли происходят почти непрерывно, их бывает более 100 тыс. в год, но из них всего около 100 приводят к разрушительным последствиям и отдельные — к катастрофам с массовыми разрушениями зданий и сооружений и гибелью людей. За последние 4 тыс. лет от землетрясений на Земле погибло более 13 млн. человек.

Современные землетрясения связаны главным образом с геологическими структурами, испытывающими тектонические движения. такие структуры приурочены к геосинклиналям. В этих поясах тектонические движения приводят к накоплению напряжений в толще горных пород в течение длительного времени. Разгрузка напряжений происходит скоротечно со смещениями или разрывами отдельных блоков литосферы, с освобождением упругой энергии и резкими колебательными движениями или сотрясениями земной коры.

Землетрясения возникают также в процессе извержения вулканов (Камчатка), в связи с обрушением горных пород в крупные подземные пещеры, узкие глубокие долины, а также в результате мощных взрывов, производимых в строительных или военных целях. разрушительное дей­ствие искусственных землетрясений невелико и они имеют местное значение.

Очаг зарождения сейсмических волн называется гипоцентром (рис.3.9.). По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные - от 1 до 10 км глубины, коровые – 30-50 км и глубокие (плутонические) - от 100 - 300 до 700 км. По­следние связаны с движениями, происходящими в глубинных зонах планеты. Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетрясения.

 

Рис. 3.9. Гипоцентр, эпицентр, сейсмические волны

Непосредственно над гипоцентром на поверхности земли располага­ется эпицентр. На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой.

Из гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны (упругие колебания). Различают два основных типа волн: продольные и поперечные. Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии и вызывают наибольшие разрушения. Кроме того, на поверхности земли от эпицентра во все стороны расходятся волны поверхностные, являющиеся по своей природе волнами тяжести (подобно морским валам). Эти волны несут малые запасы энергии.

Магнитуда (М)- логарифм отношения максимального смещения частиц грунта (в микрометрах) А₁ при данном конкретном землетрясении к некоторому эталонному очень слабому смещению грунта A₂:

Магнитуда-это безразмерная величина, и она была предложена в 1935 г. американским геофизиком Ч. Рихтером. Шкала, созданная им, широко используется в сейсмологии и изменяется от 0 до 8,8 при самых сильных катастрофических землетрясениях. Магнитуда отличается от интенсивности. Так, например, Ташкентское землетрясение 1966 г. было силой в 8 баллов, М-5,3; Ашхабадское 1948 г.-10 баллов, М-7,3.

Энергия (Е) землетрясений-это та величина потенциальной энергии, которая освобождается в виде кинетической после разрядки напряжения в очаге и, достигая поверхности Земли, вызывает ее колебания. Распространяется энергия в виде упругих сейсмических волн. Энергия землетрясения вычисляется в джоулях. Формула Б.Б. Голицына, известного русского сейсмолога, для вычисления энергии землетрясений выглядит следующим образом:

,

где V - скорость распространения сейсмических волн, - плотность горных пород, а - амплитуда смещения, Т- период колебаний. Выделяющаяся при землетрясениях энергия изменяется в очень широких пределах. Так, для Аляскинского землетрясения 1964 г. с магнитудой 8,5 энергия равнялась 10¹⁸ Дж (1 Дж = 10⁷ эрг), т.е. была эквивалентна, по Н.И. Николаеву, силе взрыва 100 ядерных бомб по 100 мегатонн каждая. Это колоссальное количество энергии, выделившееся практически мгновенно. Таким образом, образующаяся при крупных землетрясениях энергия в миллион раз превышает энергию "самой маленькой" атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму 6 августа 1945 г.

Часть выделившейся энергии, помимо формирования сейсмических волн, расходуется на преодоление сил трения в очаге, на пластические деформации, наконец, на выделение тепла, которое может быть весьма значительным. Ввиду большой изменчивости энергии нередко используют ее логарифм К = lgE на расстоянии 10 км от гипоцентра. Величина К называется энергетическим классом землетрясения и, будучи выражена в джоулях, меняется от 0 до 18. Существует определенная зависимость между энергетическим классом и магнитудой землетрясений:

К
М	3,1	3,7	4,4	5,0	5,6	6,2	7,0	7,5

На сейсмостанциях по величине сейсмического ускорения и относительного упругого смещения сферического маятника сейсмометра, определяют балльность землетрясения, которая связана с величиной энергии землетрясения нелинейной зависимостью. Ниже в таблице 3.2. приводится 12-балльная сейсмическая шкала Института физики Земли.

Для определения сейсмически опасных районов проводится сейсмическое районирование территории страны, а в пределах сейсмически активных регионов выполняется детальное сейсмическое районирование территорий городов. Карты микросейсморайонирования используются при проектировании зданий и сооружений, прочность которых рассчитывается на максимальный балл возможного землетрясения.

 

Таблица 3.2.Сейсмическая шкалаинститута физики Земли.

Балл	Название землетря­сений	Относительное упругое смещение х0 мм	Сейсмическое ускорение (а), мм/с^2	Характеристика землетрясения
	Незаметное		-	Колебания почвы отмечаются высокочувствительными приборами
	Очень слабое		-	В отдельных случаях колебания ощущаются людьми, находящимися в спокойном состоянии
	Слабое		-	Колебания отмечаются немногими людьми
	Умеренное	<0,5	< 100	Землетрясение отмечается многими людьми. Возможны колебания окон, дверей
	Довольно сильное	0.5—1,0	100—250	Качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание стекол, осыпание побелки
	Сильное	1,1—2,0	250—500	Легкие повреждения в зданиях: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печках и т. д.
	Очень сильное	2,1—4,0	500—1000	Значительные повреждения в зданиях, тонкие трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах
	Разруши­ тельное	4,1—8,0	1000—2000	В некоторых зданиях обрушения стен, перекрытий, кровли
	Опустоши­ тельное	8,1—16	2000—4000	Разрушения в зданиях (большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб)
	Уничто­ жающее	16,1—32	>4000	Обвалы во многих зданиях. Трещины в грунтах шириной в 1 м
	Катастрофа		-	Многочисленные трещины на поверхности земли, большие обвалы в горах
	Сильная катастрофа		-	Значительные изменения в рельефе

 

Тектонические сейсмические явления происходят как на суше, так и на дне океанов (моретрясения). Моретрясениявозникают в глубоких океанических впадинах. Быстрые поднятия и опускания дна океанов порождают на поверхности воды огромные волны цунами высотой до 15—20 м. Цунами перемещаются на сотни и тысячи километров со скоростью 500—800 км/ч и даже быстрее; достигая берега, вызывают разрушения сооружений и гибель людей.

От цунами страдают Японские, Индонезийские, Филиппинские и Гавайские острова, тихоокеанское побережье Южной Америки, Восточное побережье Камчатки и Курильские острова.