| |||
|
|
Статистические характеристики глобальной линеаментно-дизъюнктивной сети
В.М. Анохин, В.В. Иванова (ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург, Россия) И.А. Одесский (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, Россия) I. РУССКОЯЗЫЧНЫЙ ВАРИАНТ Введение Давно известен тот факт, что направления крупных линейных форм рельефа и разрывных нарушений подчиняются определенным, единым для всей поверхности суши, закономерностям. Многие исследователи, такие, как Г. Штилле, С.С. Шульц, П.С. Воронов, Д. Муди и М. Хилл, выделили главные направления, к которым тяготеют линейные тектонические структуры – ортогональную (широтно-меридиональную) и две диагональные (СВ и СЗ). Дальнейшее изучение характеристик глобальной линеаментно-дизъюнктивной сети может привести к пониманию многих процессов, происходящих в земной коре (в том числе – закономерностей расположения эндогенных месторождений полезных ископаемых). Целью настоящей работы было выявление основных характеристик плановой ориентировки линеаментов и разрывных нарушений на всей поверхности Земли, включая океаническое дно, а также идентификация их возможной общей физической основы. Методика В качестве фактографической основы были использованы: рельефная Карта мира в меркаторской проекции масштаба 1:10 000 000, Карта рельефа дна Мирового океана в меркаторской проекции масштаба 1:25 000 000, Тектоническая карта мира масштаба 1: 45 000 000, Металлогеническая карта Мирового океана масштаба 1: 15 000 000 и ряд других материалов. В работе использовались следующие приёмы: - вся поверхность земного шара была разделена на широтные пояса шириной в 2˚ (всего 90 поясов); в их пределах выполнялись массовые замеры азимутов простирания отрезков линейных элементов рельефа и разломов длиной в 1 широтный градус (т.е. 60 морских миль, т.е. примерно 110 км) как на континентах, так и на дне океанов; - на суше раздельно замерялись азимуты простирания береговой линии, гидросети и орогенных поясов; на акваториях – азимуты простирания бровки континентального склона, океанических желобов, хребтов, трансформных разломов, срединно-океанических хребтов. В группе разрывных нарушений замерялись азимуты разломов растяжения, сдвига, сжатия для континентов и тех же трех типов – для океанов; - все замеры производились в двух восточных квадрантах и группировались по секторам азимутального круга с раствором 10˚. Всего было произведено более 17 000 замеров. Данные были сведены в 4 таблицы следующего вида: 1. Таблица «Азимуты линеаментов - широты» 18х90 В строках (объекты) – широтные пояса по 2° от северного полюса через экватор до южного полюса, 90. В столбцах (признаки) – азимуты простирания линеаментов, 18. 2. Таблица «Азимуты разломов - широты» (18х90) Строение аналогичное матрице 1, но в качестве признаков выступают азимуты разломов. 3. Таблица «Азимуты - типы структур» 18х14 В строках (объекты) – азимуты линейных структур в восточном квадранте, 18. В столбцах (признаки) – все выделенные типы линейных структур: Океанического рельефа – континентальные склоны, желоба, хребты (асейсмичные), трансформы, центрально-океанические структуры; наземного рельефа – речные долины, гряды (линейные горные хребты), береговая линия; разломы океанического дна – растяжения, сдвига, сжатия; разломы суши – растяжения, сдвига, сжатия. (14 типов). 4. Таблица «Широты – типы структур» 90х14 В строках (объекты) – широтные пояса, в которых замерялись азимуты структур (всего 90 поясов). В столбцах (признаки) – типы линейных структур, те же, что и в матрице 3 (14 типов). На основании таблиц 1 и 2 была построена серия роз-диаграмм. На следующем этапе все таблицы были подвергнуты анализу методом главных компонент (МГК) и факторному анализу (ФА). Таблицы 1 и 2 анализировались с помощью техник R и Q, таблицы 3 и 4 - техники R. Всего над всеми таблицами было проделано 12 анализов. Многочисленные факторы, полученные в результате, сопоставлялись, логически увязывались и укрупнялись. В конечном итоге все свелось к трем главным факторам, создавшим все многообразие линейных структур на планете. Розы-диаграммы линеаметов и разломов На Fig. 1 приводятся розы-диаграммы направлений линеаментов и разломов по континентам, океанам и в целом по планете Земля. При всех частных различиях видно их принципиальное сходство между собой: во всех выделяются субширотные и субмеридиональные лучи, во всех видны (хотя и менее явно) две диагональные системы. Лучи ортогональной и диагональных систем могут варьировать по относительной длине, по направлению (в пределах 10˚), но в целом структура всех диаграмм весьма схожа. В ней резко доминируют четыре направления: 1) субмеридиональное (азимут 0 – 10˚), 2) субширотное (азимут 80 – 90˚), вместе составляющие ортогональную систему; 3) диагональное ЮЗ-СВ (азимут 30 – 60˚) и 4) диагональное СЗ-ЮВ (азимут 120 – 150˚). Таким образом, подтверждается представление более ранних исследователей о главных направлениях линеаментов и разломов на суше, но с двумя существенными дополнениями: эти направления сохраняются и на океанической коре, становясь, таким образом, глобальными, и, второе, эти направления оказались едиными и для линеаментов, и для разломов. Все системы симметричны относительно оси вращения планеты. По строению роз-диаграмм можно сделать следующие выводы: 1. Вся поверхность планеты покрыта единой регулярной сетью линеаментов и разрывных нарушений с характеристиками, не зависящими от региона, типа коры, формы проявления в рельефе, типа разрывного нарушения. 2. Эта сеть, вероятно, существенно не меняла свою ориентировку на протяжении длительного времени, поскольку в неё одинаково хорошо вписываютя структуры различного возраста. 3. Выявленная линеаментно-дизъюнктивная сеть по-видимому, имеет большую глубинность, так как её закономерностям подчиняется и группа общеизвестных глубинных зон разрывных нарушений и швов регионального и глобального ранга. Анализ ковариационных матриц Ковариационные матрицы, полученные на основе всех исходных таблиц, имеют следующие свойства: - Распределение существенных значений коэффициентов ковариации (Fig. 2) показывает наличие 2-х тенденций - с одной стороны, сильные связи концентрируются симметрично относительно оси вращения планеты и её экватора; другая тенденция – к концентрации сильных ковариаций , также симметрично к оси вращения, но резко асимметрично относительно экватора. Первая группа ковариаций по-видимому связана с рисунком глобальной линеаментно-дизъюнктивной сети, вторая – с асимметрией размещения континентальной коры. - Повышенные значения ковариаций (от +10 до +20 в пределах 40°СШ - 40°ЮШ и от 0 до –10 севернее и южнее) концентрируются также на нескольких широтах, некоторые из которых выделены ранее, как «критические» - 35° и 62° [Каттерфельд, 1962], и, помимо них вырисовывается ряд подобных же широт, регулярно чередующихся от экватора с шагом в 20° в обе стороны. - Обнаруживается взаимосвязь (+10 - +20) между субширотным и субмеридиональным направлениями, между СВ и СЗ диагональными направлениями, а также сильное влияние широтной системы на обе диагональные. Свойства ковариационных матриц были учтены при дальнейшей интерпретации факторов. Факторный анализ Как уже было сказано, статистический анализ применялся по 4-м таблицам 12 раз. Здесь будет приведён только один наиболее характерный пример конкретного набора факторов, полученного с помощью факторного анализа (ФА) по таблице 3 (азимуты – типы структур), техника R (Fig. 3, 4). Значимыми являются 3 первых фактора с суммарным моментом 83,6%. Статистическое поле в координатах 3-х первых факторов показывает следующую картину. Признаки объединяются в 4 группы: 1)-образованная 1–м фактором при слабом содействии 2-го, куда входят разломы растяжения и сжатия на суше, океанические разломы растяжения и асейсмичные хребты, реки; 2)-образованная 1–м фактором при слабом противодействии 2-го – хребты суши, континентальные склоны, океанические желоба; 3)-образованная отрицательным воздействием 2–го фактора – трансформы и океанические сдвиги; 4)-образованная 3–м фактором при слабом возрастающем содействии 1-го – центрально-океанические структуры, сдвиги суши, береговая линия. Фактор 1. Момент 53,6%. Факторные нагрузки признаков (типов структур) имеют сильные положительные значения для: - континентальных склонов (0,76); -океанических желобов (0,87); -океанических хребтов (не центральных) (0,90); -рек (0,92); -хребтов суши – гряд (0,75); -береговой линии (0,55); -разломов растяжения океана (0,83); -разломов сжатия океана (0,53); -разломов растяжения суши (0,92); -разломов сжатия суши (0,86). Таким образом, 1–й фактор существенно проявляется во всех структурах, за исключением структур сдвига и центрально-океанических. Значения факторов объектов (направлений лимба) имеют одно существенное значение для направления 0-10º (+ 2,95). 1-й фактор интерпретируется как меридиональное напряжение растяжения-сжатия, с преобладанием растяжения, по-видимому, меняющее знак с течением времени (пульсация) при слабом субширотном сжатии. Фактор 2. Момент 20,2%. Факторные нагрузки признаков (типов структур) имеют существенные значения для: -трансформных структур (-0,95); -сдвигов океана (-0,94); -разломов сжатия океана (+0,72). Значения факторов объектов (направлений лимба) имеют одно существенное отрицательное значение для направления 80-90º (- 2,9). Фактор 2 положительно проявляется в океанических разломах сжатия и отрицательно – в океанических структурах сдвига. Учитывая, что фактор 2 действует отрицательно на широтном направлении, его можно интерпретировать как сдвигообразование в океанах под воздействием глобального субширотного растяжения. Фактор 3. Момент 9,8%. Факторные нагрузки признаков (типов структур) имеют существенные значения для: -центрально-океанических структур (0,90); -береговой линии (0,68); -разломов сдвига на суше (0,81). Значения факторов объектов (направлений лимба) имеют следующие существенные значения для направлений: -30-40º (+2,45); -70-80º (-0,99); -90-100º (-1,07); -120-130º (+1,20); -160-170º (-1, 18); -170-180º (-1,85). Фактор 3 интерпретируется как взаимосвязанная глобальная система напряжений: диагональные СВ-СЗ растяжения и сопряженные с ними ортогональные субширотно-субмеридиональные сжатия. Характерное распределение воздействия этих трех факторов по широтам Земли иллюстрируется результатами применения R-метода главных компонент к таблице 4 (Fig. 5). На графике хорошо видно, что фактор 1 действует положительно в южном полушарии и отрицательно – в северном с нулевой точкой в районе экватора (возможно, влияние силы Кориолиса). Фактор 2 имеет минимумы, уходящие в отрицательную область, на полюсах, и главный положительный максимум – у экватора при явной симметрии к последнему. Воздействие фактора 3 при всех частных экстремумах на ряде широт распределено по широтам довольно равномерно. Сходство результатов всех проведённых анализов позволяет сформулировать общие выводы относительно факторов, сформировавших весь массив исходных данных, где сведены азимуты простирания 14-ти типов линейных форм рельефа и разломов, структурированные по широтным поясам. Обобщены результаты по 12-ти анализам (МГК(R), МГК(Q), ФА(R), ФА(Q) – по таблице 1, те же – по таблице 2; МГК(R), ФА(R) – по таблице 3; те же – по таблице 4). Итак, система линейных структур земной коры сформирована под действием следующих трёх главных факторов (в порядке убывания значимости). ФАКТОР 1. - Система напряжений: сильное меридиональное пульсирующее растяжение – слабое субширотное сжатие; подчиняющаяся синусоидальному закону распределения по широтам; ответственная за образование всех линейных структур и разломов растяжения-сжатия за исключением центрально-океанических. ФАКТОР 2. Сильное широтное сдвиговое усилие, более всего проявляющееся в низких – средних широтах, тяготеющее к экватору с некоторой асимметрией к северу и приводящее к субширотному сдвигообразованию в океанах. ФАКТОР 3. Система напряжений: пульсирующее по диагональным СЗ и СВ направлениям растяжение-сжатие в противофазе пульсирующему сжатию-растяжению по субширотно-субмеридиональным направлениям; распределение напряжений по широтам симметричное к экватору; система ответственна за направления срединно-океанических структур. Все эти напряжения распределяются по поверхности Земли с двумя тенденциями – симметрии к экватору (следствие центробежных сил, стягивающих объекты верхних сфер Земли к её экватору) и асимметрии к экватору (следствие силы Кориолиса, стремящейся сдвинуть эти объекты в северное полушарие, почему там и собрано большинство континентов). По широтам напряжения распределяются в соответствии с синусоидальным законом с тяготением экстремумов напряжений к «критическим» широтам. Среди последних помимо известных критических широт 35°, 62°, 71° выделяется ряд широт с повышенными напряжениями, чередующихся от экватора с шагом в 20° в обоих направлениях. Все факторы действуют суммарно на всей площади поверхности Земли на глубину как минимум мощности земной коры, в течение по меньшей мере фанерозоя (см. характеристики исходных данных). Характеристики выявленных факторов заставляют предполагать их комплексный генезис, в котором участвуют центробежные, приливно-отливные силы, а также пульсации размера планеты. Общим выводом из всех результатов математического анализа является тот очевидный факт, что: во всех выявленных факторах заметно преобладает растяжение. Выводы По результатам проведённого исследования авторы сделали следующие выводы. 1. Под воздействием комплекса общеглобальных сил, (где, по- видимому, преобладают ротационные силы при вероятном участии приливно-отливных и пульсационных сил) в земной коре возникают глобальные напряжения субмеридионального, субширотного, СВ и СЗ направлений, образующие ортогональные пары, симметричные к оси вращения планеты и, частично, к экватору. 2. Эти глобальные силы провоцируют образование в коре долгоживущей глубинной регулярной сети линейных зон напряжения (предлагается назвать эту сеть термином «глобальная стресс-сеть»). 3. Глобальная стресс-сеть и отдельные стресс-зоны, выраженные зонами повышенной трещиноватости и проницаемости являются наиболее вероятными местами проявления разрывной тектоники, сейсмичности, вулканизма, рельефообразования, рудообразования и других эндогенных процессов. 4. Вдоль линейных зон стресс-сети («стресс-зон») сформировалась глобальная линеаментно-дизъюнктивная сеть, имеющая 4 главные системы направлений структур: субширотную, субмеридиональную, диагональную СВ-ЮЗ и диагональную СЗ-ЮВ. II. АНГЛОЯЗЫЧНЫЙ ВАРИАНТ Statistical features of the lineament and fracture global network V.M. Anokhin1, V.V. Ivanova1, I.A. Odessky2 1. – VNIIOkeangeologia, St. Petersburg, Russia 2. – Saint Petersburg State Mining Institute, St. Petersburg, Russia Introduction Understa |
| рисунки к тексту |
| Напишите мне |
