Влияние изменения солнечной активностина напряженное состояние и геодинамику земной коры Урала Зубков А.В. д.т.н. Российская академия наук · Уральское отделение Институт горного дела (ИГД УрО РАН) Лаборатория геодинамики и горного давления Екатеринбург, 2008

Напряженное состояние и геодинамическая активность верхней части Земной коры, как среды обитания и техногенной деятельности человека, были всегда в центре внима­ния. Периодически изменяющаяся интенсивность геодинамических явлений в виде земле­ трясений и горных ударов красноречиво свидетельствует об изменяющемся во времени уровне напряжений в недрах, где отмечается 11-и летний цикл, совпадающий с циклом солнечной активности (СА) (Яковлев, 1999).

В то же время в мировой практике нет данных об абсо­лютной величине пульсирующих тектонических напряжений тп, в земной коре в течение цикла СА. Чтобы проследить изменение напряжений во времени можно использовать следую­щие приемы: – проанализировать накопленные результаты измерения напряжений на рудниках, сделанные на различных глубинах и в различные периоды времени; – установить наблюдательные станции под землей на базах до 50 м, на поверхности 1-5 км и фиксировать величину изменения длины базовых линий с периодичностью 3-4 раза в год, а затем пересчитать деформации в напряжения. Исследование пульсирующих напряжений в земной коре Урала были начаты Инсти­тутом горного дела УрО РАН в 1998 г.

Для этого в рудниках были оборудованы наблюда­тельные деформационные станции в городах Краснотурьинск, Нижний Тагил, Березов­ский и Гай, соответственно на глубинах 600, 460, 700, 500 и 830 м, а также на поверхности в районе городов Среднеуральска – Верхней Пышмы (табл. 1).

Графики изменения горизонтальных напряжений в массиве горных пород на фоне 23 цикла солнечной активности на шахте Естюнинская и на Гайском рудникеприведены на рисунке

Аналогично построены графики изменения горизонтальных напряжений на шахте «Северопесчанская (г. Краснотурьинск) и шахте «Центральная» (г. Березовский)

Как видно из рисунков минимальный уровень напряжений наблюдается в 2000 – 2006 годы, а максимальный тяготеет к 1996 – 1998 г и к 2008–2009 г. Величину пульсирующих напряжений можно проследить по результатам измерения напряжений на рудниках

На Урале измерение первоначальных напряжений проводилось в течении 40 лет, т.е. охвачено 4 цикла СА: 20-й (1965–76 гг.), 21-й (1976–86 гг.), 22-й (1986–1996 гг.) и 23-й (1996–2008 гг.). На ряде рудников за этот период было сделано по несколько измерений на разных глубинах: – на шахте «Северопесчанская» (г. Краснотурьинск) измерения были сделаны в 1968, 1982, 1984 и 1988 годах на глубинах от 300 до 540 м; – на шахте «Южная» (г. Кушва) в 1969, 1980, и 1988 годах на глубинах от 170 до 760 м; – на Узельгинском руднике в 1990, 1994, 1996 и 1999 годах на глубинах от 550 до 640 м. На этих месторождениях горизонтальные напряжения изменялись с глубиной на величину в соответствии с изменением гравитационной составляющей. С учетом этого, накладывая циклы СА друг на друга, и результаты измерений напряжений, приведенными к одной глубине, можно получить результаты для построения графиков изменения горизонтальных напряжений в течение цикла СА. На этих графиках просматривается амплитуда изменения тп, величины которых преведены в таблице 2.

Деформации земной коры Урала в результате пульсации напряжений (таблица 2)

В таблице 2 приведены так же σтп, полученные при измерении деформации массива по реперным линиям на наблюдательных станциях и величины относительных деформаций массива ε. Анализ полученных результатов показывает, что в массивах магматических и метаморфических пород Северного, Срединного и Южного Урала на протяжении 900 км в пределах глубин м σтп составляет 6-25 МПа и им соответствует относительная деформация массива (1,0-3,8)*10-4. На рисунках видно, что изменение горизонтальных напряжений в ортогональных направлениях одинаково. Следовательно, деформация массива на Урале за счет σтп по всем азимутам одинакова, т.е. Урал с началом цикла СА равномерно расширяется, а с его середины равномерно сжимается в среднем на величину ε=1,9*10-4. На полигоне под г.Верхняя Пышма деформация массива близка к нулю, т.е. она подобна «неизменной» длине базовых линий, по которым корректируются орбиты спутников GPS.

Следовательно, полигон на Урале и базовые линии GPS, считающиеся так же «неизменными» по длине, деформируются с относительной деформацией ε=1,9*10-4. В этом случае за период СА диаметр Земного шара может изменяться на 2,4 км. Если в геодинамически активном регионе, которым является Урал, среднее σтп=10МПа, а в тектонически активных регионах они могут быть больше, то по видимому они являются главным спусковым механизмом катастрофических землетрясений и горных ударов.