20 Тектонофизический мониторинг Беларуси

На территории Беларуси действует Государственная программа «Национальная система мониторинга окружающей среды в Республике Беларусь (НСМОС)», в состав которой включен Геофизический мониторинг. Мониторинг ведется на специальных полигонах, представляющих собой систему геофизических реперов (пунктов). Объектами геофизического мониторинга являются процессы природного и техногенного происхождения, отражаемые в геомагнитных и гравитационных полях.

Геофизическая неоднородность, сохраняющаяся в течение геологического времени, образуется там, где однородная геологическая структура была нарушена. Влияние любой неоднородности на измеряемое поле будет отличаться от влияния неизменённой толщи. Локальные геофизические неоднородности выявляются по аномальным характеристикам геофизических полей, которыми они обусловлены.

Повышенной чувствительностью к локальным геофизическим неоднородностям обладают гравитационное и особенно магнитное поля. В характеристиках элементов гравитационного и магнитного полей отражается динамика дилатационного режима и магнитострикционные эффекты ― производные современных процессов тектоносферы. Для достоверной оценки тектонофизического состояния недр на локальных полигонах выполняется синхронный геофизический мониторинг геомагнитного поля и поля силы тяжести.

К настоящему времени на территории Беларуси созданы и функционируют гравиметрический и магнитометрический региональные геодинамические полигоны, охватывающие основные тектонические структуры и локальные полигоны, секущие наиболее крупные разломы. Локальные геодинамические полигоны созданы для мониторинга вариаций во времени гравитационного и магнитного полей в зоне их пересечения с глубинными разломами: Краснослободским, Кореличским и Чашникским.

Согласно мировой практике и опыту работ центральный пункт располагается непосредственно в пределах изучаемого объекта для регистрации событий в теле разлома. Две точки наблюдений располагаются на крыльях, в ближней зоне разлома, а крайние точки профиля располагаются за пределами зоны динамического влияния в «чистом» геофизическом поле.

Короткопериодные колебания (вариации) геофизических полей в пункте непосредственно над разломом могут быть вызваны процессами, протекающими в верхней части разреза и связанными с активизацией изучаемого разлома. Глубинные и приповерхностные тектонофизические процессы в пределах зоны динамического влияния разломов вызывают аномальное поведение геофизических полей.

Характеристика тектонофизических процессов приразломных зон дана по 9-ти летнему ряду наблюдений. В наблюдениях за приращениями и характером короткопериодных колебаний геофизических полей отмечается значительная разница в значениях, полученных в начале лета и осенью. При этом отмечается разброс данных летних измерений и неплохая сходимость осенних данных по годам наблюдений. Причина этих явлений связана с различным характером и условиями инфильтрационных и минерализационных процессов подземной гидросферы в переменный весенне-летний и более стабильный летне-осенний периоды.

Установленная сезонная связь процессов деформирования пород, и вариаций геофизических полей имеет полигармоническую периодичность. По характеру тренда геофизических наблюдений в 2010― 2011 гг. зафиксирован геофизический и тектонофизический «штиль». Дилатацинная и геоэлектрическая стабильность приповерхностной зоны активного водообмена, которая является главным объектом исследования ― последствия достаточно сухих сезонов. Обезвоживание верхней части разреза привело к замедлению хода литохимических процессов.

В «мокрые» периоды наблюдений установлено симметричное, относительно тела разлома, развитие дилатационных и магнитострикционных процессов, характерных для глубин в первые сотни метров разреза. В «сухие» времена характер процессов, отраженных в геофизических полях, принимает асимметричный характер: динамо-кинематические условия висячего и лежачего крыла отражаются по-разному. В основном отражен ход долгопериодных колебаний (глубинные тектонофизические процессы). Высокочастотная короткопериодная составляющая колебаний геофизических полей, отражающая ход приповерхностных процессов, выражена неясно.

Подтверждением и свидетельством реалистичности получаемых данных геофизического мониторинга и их связи с особенностями современных тектонофизических процессов и разломной тектоники является факт коррелируемости результатов изменения геомагнитного и гравитационного полей.

Краснослободский полигон. Локальное проявление процессов уплотнения и магнитной активности, отмеченные в лежачем крыле Краснослободского разлома могут быть связаны с перекристаллизацией вещества, минеральным «залечиванием» разлома и породообразованием в приразломной зоне гидрохимического барьера. Размагничивние среды и повышенная активность вариаций магнитного поля в пределах пункта Танежицы при гравитационной стабильности ― возможная область окисления и выщелачивания магнитных породообразующих минералов ― процессы присущие висячему крылу, где тело разлома выступает в качестве гидробарьера.

Предложенная физико-гидро-динамическая модель активизации процессов Краснослободского разлома, созданная по данным геофизического мониторинга короткопериодных колебательных процессов, основанная на связи сезонности процессов деформирования пород в зоне активного водообмена грунтовых вод с вариациями геофизических полей, нашла косвенное подтверждение: 26 июня 2011 г., в сходных моделируемым условиях, по активной разломной зоне произошло обводнение выработки 2-го рудника ОАО «Беларуськалий» (горизонт ― 450 ) (рисунок 1).

Полоцкий полигон. Геофизическим данным на репере Заозерье отвечают процессы разуплотнения толщи, смены геодинамических условий от деструкции (выщелачивания) к стабилизации (минералообразованию). Процесс обширный, неустойчивый. Максимальную активность проявляет в районе репера Заозерье, по направлению в сторону Яново угасает. Динамическая активность Туровлянского разлома или северного крыла Яновской зоны разломов в северо-восточной части пересекает р. Зап. Двина. Там расположена излучина, выбранная как наиболее удобное место для строительства гидроузла Полоцкой ГЭС (рисунок 2).

Туровлянский разлом выявлен и охарактеризован только в процессе проведения геофизического мониторинга, в потенциальных геофизических полях он отражается слабо.

Таким образом, впервые в геофизике, пользуясь опытными инструктивными и методическими разработкам тектонофизической группы Института природопользования НАН Беларуси по проведению мониторинга гравитационного и магнитного полей, установлены и охарактеризованы вновь образуемые разломные зоны, неясно отражающиеся в потенциальных геофизических полях.

Рисунок 1. Физико-гидро-динамическая модель процессов Краснослободского полигона

Рисунок 2. Схема расположения Туровлянского разлома

В пределах Лидского и Борисовского полигонов, контролирующих места пересечения глубинных Кореличского и Чашникского разломов и нитки газопровода Ямал-Европа критической тектонофизической активности не установлено.

Анализируя накопленный материал, можно предложить предварительную модель короткопериодных колебательных процессов, происходящих в осадочном чехле. Процесс деформирования первоначально зарождается в скальном фундаменте (геомагнитные вариации). В результате подвижек тектонических блоков нарушение (гравитационные аномалии) постепенно распространяется до земной поверхности, вызывая разуплотнение пород осадочного чехла. В поверхностной части осадочного чехла породы, попадающие в зону разуплотнения, насыщаются водой за счёт, как атмосферных осадков, так и грунтовых вод, что подтверждается результатами геофизических (геомагнитных, электрохимических весной) исследований. Фиксируемые на земной поверхности короткопериодные колебания в этих разуплотненных зонах могут быть обусловлены различными причинами или совместным их воздействием.

На основе оригинальных разработок Института природопользования НАН Беларуси по мониторингу гравитационного и магнитного полей, не отражающихся в потенциальных геофизических полях и теории взаимной коррелируемости вековых и короткопериодных вариаций гравитационного и геомагнитного полей смоделировано состояние зон динамического влияния разломов, неблагоприятных для здоровья человека и технических сооружений.