Определение параметров дрейфа литосферных плит методом лазерной локации ИСЗ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.24.01, кандидат технических наук Гундин, Алексей Владимирович

• Гундин, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гундин, Алексей Владимирович

Введение

1. Основные положения новой глобальной тектоники

1.1. Современные данные о строении Земли

1.2. Тектоника плит

1.3. Математическая основа для изучения перемещений литосфер-ных плит

2. Анализ данных о тектонике плит

2.1. Глобальные кинематические модели дрейфа литосферных плит

2.2. Точность определения параметров перемещения литосферных плит

2.3. Анализ результатов лазерных наблюдений спутников для уточнения кинематических моделей Л* ¡:

2.4. О необходимости включения малых плит в кинематические модели

3. Теоретические основы использования метода синхронных лазерных наблюдений спутников для изучения дрейфа литосферных плит

3.1. Общие положения

3.2. Уравнения поправок для определения параметров дрейфа литосферных плит

3.3. Составление системы уравнений для определения длин хорд по измеренным дальностям от пунктов до спутника

3.4. О выборе целесообразного временного интервала между эпохами наблюдений

3.5. Определение выгоднейших условий получения параметров перемещения литосферных плит

3.6. Источники ошибок при проведении лазерных наблюдений

4. Анализ возможностей использования лазерной локации ИСЗ для изучения тектоники плит методом математического моделирования

4.1. Определение длин хорд между пунктами по синхронным лазерным измерениям дальностей до спутников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение параметров дрейфа литосферных плит методом лазерной локации ИСЗ»

Изучение дрейфа литосферных плит является в настоящее время одной из важных проблем геодинамики. Знание точных величин параметров перемещения литосферных плит (координат полюса вращения плиты и угловой скорости вращения) имеет большое как фундаментальное, так и практическое значение. Эта информация необходима для построения земной системы координат и ее последующего использования. Этими данными надо располагать при исследовании приливных явлений в океанах и земной коре, изучении особенностей вращения Земли и решении других геодинамических задач. Данные о движениях литосферных плит позволят установить закономерности протекания тектонических процессов, а также, в сочетании с другой информацией, они могут быть использованы для предсказания землетрясений [29], поскольку наиболее сильные землетрясения чаще всего происходят на границах тектонических блоков. Существование тектонических процессов нельзя недооценивать даже в тех районах, которые не считаются сейсмоопасными. Примером может служить Московский регион, который располагается на считающейся тектонически стабильной Русской платформе. На участке земной коры, где стоит Москва, имеется пять тектонических блоков [18], взаимное перемещение которых может привести к неблагоприятным тектоническим процессам.

Имеющиеся гипотезы о причинах движений и деформаций земной коры можно подразделить на: фиксизм, где основная роль отводится вертикальным движениям земной коры, и мобилизм, допускающий существование крупномасштабных горизонтальных перемещений блоков земной коры и отводящий этим горизонтальным движениям ведущую роль. Кроме того, ряд ученых придерживаются гипотезы расширения Земли [9] или ее сжатия [25, 26]. Увеличение или уменьшение с течением 5 времени радиуса Земли, по их мнению, вызывает тектонические деформации. В данной работе, в качестве основополагающей, принята гипотеза мобилизма, поддерживаемая в настоящее время многими учеными.

В 1889 году английский физик О.Фишер изложил концепцию, согласно которой, в противоположность представлениям о постепенном охлаждении и сжатии Земли, приводящим к возникновению в земной коре напряжений сжатия, на Земле существуют одновременно структуры растяжения и сжатия [33]. Он пришел к выводу, что поддвиг океанической коры под континентальную становится причиной возникновения землетрясений. Фишер полагал, что континенты пассивно «дрейфуют» вместе с океанической корой от зон растяжения к зонам сжатия, а движущим механизмом, перемещающим блоки земной коры, служат конвективные течения магмы в подкорковом субстрате. Концепция Фишера признавала существование крупномасштабных горизонтальных перемещений континентов и отдельных блоков земной коры. Поэтому, в отличие от прежних фиксистских представлений геологии, его теория была первой попыткой научно обоснованной концепции мобилизма. Следующий шаг в развитии теории мобилизма был сделан немецким геофизиком А.Вегенером., который в 1912 году изложил гипотезу дрейфа континентов. Работа Вегенера неоднократно переиздавалась, и на русском языке в последний раз вышла в 1984 г. [7]. В качестве свидетельства о дрейфе материков и распаде некогда единого суперконтинента Пангеи Вегенер приводил следующие аргументы: сходство очертаний западных и восточных береговых линий Атлантического океана, однотипность геологического строения смежных материков, окружающих этот океан, общность древней флоры и фауны на разобщенных ныне материках. Следует отметить, что еще в 1887 году российским исследователем Е.В.Быхановым была выдви6 нута идея о горизонтальном перемещении континентов [32, 38]. Быханов обратил внимание на параллельность западных берегов Европы и Африки восточным береговым линиям Северной и Южной Америки, приводя в качестве примеров соответствие контуров восточной части полуострова Лабрадор и Бискайского залива, залива Св. Лаврентия и Пиренейского полуострова и т.п. Перемещение материков Быханов объяснял изменениями в скорости вращения Земли, влиянием Луны и Солнца. К сожалению, статья Е.В.Быханова была оставлена без внимания его современниками.

Заслугой Вегенера является то, что он первым сделал попытку рассчитать скорости современных движений материков на основании геологических данных и привлечь к проверке полученных результатов данные астрономо-геодезических определений. Проанализировав результаты определений долгот пунктов, располагающихся на территории Гренландии, Вегенер пришел к выводу, что Гренландия удаляется от Европы, причем величина удаления оценивается несколькими десятками метров в год. Для вычисления скорости перемещения Гренландии, он, в частности, воспользовался наблюдениями по определению долготы Готхоба, произведенными в 1863 - 1883 гг. Фальбе, Блюмом и Ридером. Енсен осреднил эти измерения к 1873 году и в 1922 г. в том же самом месте провел повторные определения долготы. При сравнении полученных результатов с данными 1873 года оказалось, что Гренландия переместилась за 49 лет в западном направлении на 980 м, т.е. скорость ее движения составляет 20 м в год. В 1927 г. здесь же были произведены аналогичные измерения Сабель-Ергенсеном. Сравнение с наблюдениями Енсена 1922 г. дало значение скорости удаления Гренландии от Европы 36 м в год. Вегенер также рассчитал, что Мадагаскар удаляется от Африки, а расстояние между Европой и Америкой увеличивается приблизительно на 1 м в год [7]. 7

Работа Вегенера вызвала большие отклики и привлекла много последователей, считающих смещение материков реальным. В 1920 году Бюро долгот в Париже подготовило проект организации работ по одновременному определению долгот, имея в виду, что подобная работа может быть вторично выполнена через несколько лет. Такое мероприятие позволило бы получить подтверждение перемещения материков. Работа проводилась в течение октября и ноября 1926 года. В Первой Международной долготной работе приняли участие 42 обсерватории, принадлежащие 30 различным государствам и 9 мощных радиотелеграфных станций, которые ежесуточно транслировали в общей сложности 45 передач сигналов точного времени. Обсерватории, обладавшие высокоточным оборудованием, вошли в группу, образовавшую вокруг земного шара два полигона: вершинами первого основного полигона являлись обсерватории в Алжире, Зи-Ка-Вэй и Сан-Диего. Второй полигон составляли обсерватории в Гринвиче, Токио, Ванкувере и Оттаве.

Для обнаружения движения материков нужно было провести, по крайней мере, еще одни долготные определения на тех же пунктах. В октябре-ноябре 1933 г. была выполнена Вторая международная долготная работа, в которой приняли участие 71 обсерватория, в том числе, и службы времени СССР: Главной астрономической обсерватории, Ташкентской астрономической обсерватории, Центрального научно-исследовательского института геодезии и картографии, Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии [2, 15]. В таблице 1 представлены разности долгот по определениям 1933 и 1926 гг., а также их расхождения [2]:

Таблица 1

Разности долгот по определениям 1933 и 1926 гг.

Вершины полигонов 1933 1926 А1933 -1926 секунды метры

Алжир - Сан-Диего 8"00т56,8865 8п00т56,9005 -0,0148 -5,31

Сан-Диего - Зи-Ка-Вэй 8"05т28,6823 8й05т28,7348 -0,0523 -20,21

Зи-Ка-Вэй - Алжир 7п53т34,4328 7п53т34,3668 0,0668 25,05

Гринвич - Оттава 5й02т51,9108 51,02т51,9293 -0,0198 -5,89

Оттава - Ванкувер 3"09т36,3648 З^ЗбДО5 -0,0493 -15,48

Ванкувер - Токио б"29т21,5158 6й29т21,5498 0,0668 22,72

Токио - Гринвич 9й18т10,1118 9й18т10Д095 0,0028 0,67

Как видно из таблицы 1, расхождения разностей долгот одних и тех же пунктов наблюдений за интервал времени равный 7 лет имеют очень значительную величину. Эти расхождения, на первый взгляд, можно считать следствием перемещения материков. Так, например, на основании наблюдений 1926 - 1933 гг. получается, что Америка приближается к Европе на 60 см в год, что не совпадает с выводами Вегенера, по которым происходит не сближение, а расхождение Европы и Америки со скоростью 1 м в год. Проведенные в дальнейшем долготные измерения также показали сближение Северной Америки и Европы (А. и Н. Стойко) [2]. Однако, из результатов, полученных с использованием современных методов наблюдений, следует, что относительное движение Америки и Европы имеет противоположное направление и составляет приблизительно от 2,5 см/год (при использовании лазерной локации спутников [53]) до 4,5 см/год (при использовании метода РСДБ [29]). Существенные расхождения в данных, приведенных в таблице 1 с результатами современных исследований объясняются, скорее всего, несовершенством применявшегося метода регистрации, влиянием лично-инструментальной разности, наличием неучтенных систематических ошибок, а также других факторов.

Последующим шагом развития теории мобилизма стала концепция тектоники плит, которая пришла на смену гипотезе дрейфа континентов, выдвинутой Вегене9 ром. Одной из главных идей на пути к тектонике плит была гипотеза спрединга -раздвигание океанического дна в стороны от срединно-океанических хребтов. Гипотеза спрединга была выдвинута Хессом в 1960 году.

Современный вариант мобилизма представляет концепция тектоники плит, или новая глобальная тектоника. Согласно этой теории, литосфера имеет блоковую структуру и разделена на ряд плит. Тектоника плит - кинематика движения плит на плоской Земле - впервые была описана Уилсоном в 1965 году [16]. Однако реальная форма Земли представляет собой поверхность, близкую к сфере, и реальное движение литосферных плит следует описывать на сферической Земле. Переход от движения литосферных плит на плоской Земле к описанию движения на сферической Земле был совершен Морганом в 1967 году. В Советском Союзе концепцию тектоники плит поддержали многие ученые (Л.П.Зоненшайн, А.А.Ковалев, П.Н.Кропоткин, О.Г.Сорохтин, С.А.Ушаков, В.Е.Хаин и др.) [21, 38].

В настоящее время для решения задач, связанных с изучением дрейфа литосферных плит широко используются кинематические модели движения тектонических плит. В тектонике плит используются модели абсолютного движения (в системе «горячих точек») и относительного движения. «Горячие точки» представляют собой куполообразные структуры, образующиеся в результате выхода магмы и имеющие диаметр до двухсот километров. Эти излияния магмы не связаны с тектоническими процессами, происходящими на границах плит. На поверхности Земли выделяют, по крайней мере, 122 «горячие точки» [16]. Для объяснения возникновения «горячих точек» была выдвинута гипотеза о существовании плюмов - горячих струй в мантии, подходящих к основанию литосферы. Под их воздействием литосфера локально приподнимается и проплавляется. По лавовым излияниям за извест

10 ные промежутки времени, происходившим вследствие проплавления перемещающейся литосферной плиты относительно неподвижных плюмов, можно судить об абсолютном движении плиты. Поэтому «горячие точки» стали использовать для определения абсолютных скоростей перемещения литосферных плит относительно мантии Земли. В моделях относительного движения тектонических блоков рассматриваются пары плит. В этих парах одна из плит принимается за неподвижную, а другая - перемещающейся относительно данной плиты.

В современных глобальных кинематических моделях принимается, что литосфера Земли разделена на ряд крупных блоков (плит). В разных моделях рассматривается различное количество крупных литосферных плит, а общее их количество ограничено 17-ю [36]. При построении кинематических моделей движения литосферных плит используются данные геологических и геофизических наблюдений (азимуты трансформных разломов, месторасположения очагов землетрясений, значения скоростей спрединга). Исследования показывают [19], что параметры дрейфа в моделях абсолютного и относительного движения имеют значительные ошибки. Эффективным средством решения задачи, связанной с определением и уточнением параметров дрейфа литосферных плит, является использование методов космической геодезии: лазерной локации искусственных спутников Земли; лазерной локации Луны; радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ); наблюдений спутников, образующих глобальные навигационные спутниковые системы (GPS, Глонасс) [3, 20, 27, 29, 34, 36].

Существуют следующие модели континентального дрейфа: Минстера -Джордана [16], Чейза (опубликованы в 1978 году); Галушкина - Ушакова [38]. В 1990 году опубликована модель относительного движения NUVEL-1 [49] и была по

11 строена модель абсолютного движения NUVEL-1 NNR. Модели NUVEL имеют в настоящее время наибольшее распространение. Более подробный анализ, связанный с особенностями данных моделей и их сравнением будет рассмотрен ниже.

Актуальность проблемы. Работы по изучению перемещений блоков земной коры, в том числе и методами космической геодезии, ведутся уже около 30 лет. Эти вопросы рассмотрены в трудах Jle Пишона [24]; В.Е.Хаина [39, 40]; Л.И.Красного [21, 22]; О.Г.Сорохтина [33], Л.П.Зоненшайна [17]; В.Н.Жаркова [16]; Н.АЛсаманова [38]; С.А.Ушакова [33, 38]; Чейза [44]; Минстера [52]; Джордана [52]; Смита [53, 54]; В.М.Горбаня [10]; С.К.Татевян [34, 36]; И.И.Краснорылова [19, 20]; М.М.Машимова [25, 26]; А.К.Певнева [29] и ряда других. Тем не менее, не все вопросы, касающиеся перемещения литосферных плит, получили исчерпывающее разрешение и проведенные ранее исследования не дали достаточной информации, необходимой для решения задачи по определению и уточнению параметров дрейфа литосферных плит. Продолжение исследований целесообразно в связи с постоянным существенным повышением точности измерительной аппаратуры, что позволяет уточнять теорию рассматриваемой проблемы. Необходимость получения высокоточной информации связана и с наличием разных взглядов на причины возникновения тектонических движений. Актуальность состоит еще и в том, что, как предполагается, блоковое строение литосферы может иметь место и на других планетах. В частности, как отмечается в [51], снимки, полученные с помощью космического аппарата «Магеллан», свидетельствуют о существовании на Венере подобного феномена.

Другим важным обстоятельством является то, что перемещение литосферных блоков является одной из причин сильных землетрясений. Как известно, границы

12 между литосферными плитами проходят в местах концентрации эпицентров землетрясений, то есть соответствуют зонам повышенной сейсмической активности Земли. Примером являются крупнейшие современные землетрясения: Спитакское (1988), Иранское (1990), Турецкое (1999).

Дальнейшие исследования по проблеме перемещения литосферных плит важны еще и потому, что с ними, по-видимому, связаны закономерности образования осадочных полезных ископаемых, а также нефтегазовых месторождений.

Учет фактора движения литосферных плит необходим также и при построении земной системы координат, поскольку точность построения земной системы координат, необходимой для решения задач астрометрии и геодинамики, должна составлять величину порядка 0,001" (несколько сантиметров на поверхности Земли), а скорость перемещения тектонических блоков составляет от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. При этом система координат должна быть отнесена к начальной эпохе, а дальнейшие результаты должны к ней редуцироваться.

Наконец, существенным моментом является точное районирование тектонических блоков, без чего невозможна реализация надежной методики определения параметров литосферного дрейфа и учет этого феномена. В большинстве известных работ речь идет о крупных литосферных плитах, входящих в глобальные кинематические модели. Однако, согласно имеющимся геологическим данным, на Земле можно выделить и около трех десятков литосферных плит малого размера (мини- и микроплит) [17, 22]. Площадь таких плит не превышает 5-7 млн. кв. км, но, в большинстве случаев, она составляет не более 1 млн. кв. км. Эти плиты могут являться составной частью более крупных литосферных блоков в принятых кинематических моделях. В ряде случаев выводы о перемещениях литосферных плит осно

13 вываются на наблюдениях с действующих станций слежения за ИСЗ без учета районирования блоков земной коры и требований к размещению наблюдательных станций, отвечающему наиболее точному определению параметров перемещений литосферных блоков, например, в [53]. В связи с этим, вопрос об уточнении мозаичного строения земной коры, определении общего числа малых и микроплит, простирании их границ и учете этих обстоятельств при размещении наблюдательных станций, разработке методик проведения наблюдений и интерпретации полученной информации, в частности, в системе прогноза землетрясений, приобретает важное значение.

Цель работы и пути ее достижения. Метод, основанный на синхронных лазерных измерениях дальностей до искусственных спутников Земли, является одним из эффективных методов космической геодезии для решения задачи по определению и уточнению параметров континентального дрейфа. Однако теория и методика проведения синхронных лазерных наблюдений ИСЗ нуждаются в дальнейшем развитии, способствующем повышению точности определения параметров перемещения литосферных плит. В связи с этим в настоящей работе производится анализ возможностей использования лазерной локации спутников для изучения движения литосферных плит с применением метода математического моделирования. В последнее время уголковыми отражателями оснащаются и низкоорбитальные спутники (например, GFZ-l, Зея). В представленной работе рассматривается возможность и целесообразность осуществления лазерных наблюдений таких спутников для изучения перемещения литосферных плит и, в частности, микроплит. При проведении лазерных измерений дальностей до спутников, необходимо учитывать взаимное

14 расположение пунктов наблюдений и ИСЗ. Невыполнение данного условия может привести к снижению точности определения параметров континентального дрейфа.

Рассмотрение вопроса синхронных наблюдений ИСЗ имеет важное значение еще и потому, что расстояния «пункт-спутник» могут быть получены и при использовании глобальных навигационных спутниковых систем GPS и Глонасс (где в качестве измеренных величин могут выступать псевдодальности).

Таким образом, целью настоящей работы является разработка математического аппарата получения по измеренным дальностям до спутников длин хорд между пунктами наблюдений, определения с использованием изменений длин хорд за некоторый промежуток времени параметров дрейфа литосферных плит и проведение исследований по следующим вопросам:

- определение оптимальной геометрической конфигурации станций наблюдения и спутников при использовании метода синхронных лазерных наблюдений ИСЗ;

- анализ выгоднейших условий определения параметров дрейфа литосферных плит;

- выяснение целесообразности использования лазерных наблюдений спутников, оснащенных уголковыми отражателями, с низкими (порядка нескольких сотен км) орбитами для изучения перемещения литосферных плит;

- анализ условий появления сингулярности при определенном взаимном расположении пунктов наблюдения и спутников.

Методы исследований. Основным методом, используемым в настоящей работе, является метод математического моделирования. При реализации данного метода моделировались измерения дальностей «пункт-спутник». Значения этих дальностей были введены затем в полученную нами систему нелинейных уравнений с

15 неизвестными длинами хорд между пунктами. Из решения этой системы определялись хорды между пунктами, изменение которых за некоторый промежуток времени является источником информации по уточнению параметров дрейфа. Были выполнены расчеты по определению параметров континентального дрейфа. Осуществлен анализ результатов определения параметров дрейфа литосферных плит, полученных другими исследователями.

Результаты исследований, выносимые на защиту и представляющие научную новизну. На защиту выносятся:

- разработанный нами алгоритм определения длин хорд между пунктами по синхронным измерениям дальностей до спутников;

- исследования определений длин хорд по синхронно измеренным дальностям до спутников методом математического моделирования;

- результаты исследований появления сингулярности при определении длин хорд по причине особого расположения станций наблюдения;

- данные исследований появления сингулярности при определении длин хорд в случае особого расположения наблюдаемых спутников;

- результаты расчетов параметров дрейфа некоторых литосферных плит;

- формулы для определения ошибок параметров континентального дрейфа;

- анализ точности параметров дрейфа литосферных плит в разных кинематических моделях.

Личный вклад автора. Личный вклад автора в выносящихся на защиту результатах исследований составляет около 80%, и около 20% были получены в соавторстве [14].

16

Практическая ценность. Представленный в настоящей работе алгоритм по определению длин хорд из синхронных измерений дальностей до спутников позволяет с использованием современных средств вычислительной техники вычислять длины хорд между станциями наблюдений и осуществлять оценку точности. По изменениям длин хорд между пунктами, расположенными на разных литосферных плитах, за целесообразно выбранные промежутки времени можно определять параметры перемещения этих плит. Полученный алгоритм может использоваться для обработки результатов наблюдений, выполненных синхронно с четырех и более станций, а также при проведении априорных расчетов. С его помощью возможно определение целесообразного расположения станций наблюдений и определение орбитальных параметров наблюдаемых спутников, обеспечивающих получение уверенного решения при определении длин хорд. Проведенные исследования свидетельствуют о целесообразности использования спутников с низкими высотами орбит для определения длин хорд малой протяженности (до нескольких сотен км) в случае изучения движения малых плит. Обоснована необходимость расширения кинематических моделей за счет включения в них литосферных плит малого размера. При использовании полученных формул для определения ошибок параметров континентального дрейфа могут быть выделены такие варианты решения задачи, при которых достигаются наиболее точные значения определяемых параметров перемещения литосферных плит.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы были изложены в статьях автора [11, 12] и написанной в соавторстве работе [14]. Некоторые из полученных результатов были также представлены на: Межвузовском научном семинаре, посвященном 145-летию основания кафедры астрономии и космической геоде

17 зии МИИГАиК (Москва, 1998 г.); 53-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва, МИИГАиК, 1998 г.); 54-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва, МИИГАиК, 1999 г.); Международной молодежной научной конференции «XXV Га-гаринские чтения» (Москва, 1999 г.) [13].

Структура и объем работы. Общий объем диссертации составляет 133 страницы. В ней содержатся 15 рисунков, 50 таблиц и 76 формул. Список литературы включает 55 наименований, в том числе 13 на английском языке.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Гундин, Алексей Владимирович

ные выводы можно сделать и о пункте Arequipa, который находится на границе Южно-Американской плиты, плиты Наска и Патагонской микроплиты, входящей в состав Южно-Американской плиты. Можно сказать, что месторасположение пункта Arequipa выбрано не совсем удачно для определения движения ЮжноАмериканской плиты, без учета районирования и разделения крупных плит на более мелкие блоки. Это же относится и к пункту Quincy, который располагается вблизи границ Северо-Американской и Тихоокеанской плит, а также микроплиты Хуан-де-Фука. Для пунктов, находящихся в центральной части плиты и не располагающихся на микроплитах и вблизи границ плит, результаты лазерных наблюдений хорошо согласуются с параметрами, приведенными в рассмотренных кинематических моделях. Однако, данные модели не учитывают существование мелких плит и микроплит, большинство из которых входит в состав крупных литосферных плит и, к тому же, обладают собственным движением. Данный вопрос требует дальнейших исследований.

Из рассмотренного выше можно сделать следующие выводы. При расположении пунктов наблюдений для изучения движения крупных литосферных плит необходимо учитывать возможность существования малых плит, входящих в состав этих крупных плит. Важным является выбор оптимального расположения пунктов наблюдений при определении и уточнении параметров дрейфа литосферных плит, которые в существующих глобальных моделях кинематического дрейфа характеризуются большими ошибками их определения. Получение с высокой степенью точности параметров континентального дрейфа необходимо для нахождения поправок в координаты пунктов за движение литосферных плит.

45

2.4. О необходимости включения малых плит в кинематические модели.

Расположение тектонических блоков на поверхности Земли, которые обычно включаются в кинематические модели, показано на рисунке 5. Их число составляет 12 - 17. Однако, согласно имеющимся геологическим данным, кроме крупных плит, образующих глобальные кинематические модели дрейфа литосферных плит, на Земле имеется более тридцати малых плит [17, 22], называемых также микроплитами. Поэтому, для корректного решения задачи по изучению движения литосферных плит необходимо соответствующим образом располагать пункты наблюдений. Это, в свою очередь, требует уточнения разделения Земной коры на блоки, внесения корректив в районирование тектонических блоков. Другими словами, необходим тщательный учет геолого-геофизической информации.

Определение общего количества малых плит и микроплит, которые могут входить в состав крупных плит, простирания их границ, уточнение мозаичного строения земной коры и районирование блоков земной коры необходимо учитывать при разработке методики осуществления наблюдений и при интерпретации полученной информации, без чего невозможна реализация надежной методики определения параметров дрейфа литосферных плит. Более точно установить границы литосферных плит возможно, например, на основе использования материалов космических съемок, а также данных локации океанического дна с использованием гидроакустических систем [49].

На основании данных, приведенных в работах [17, 22] нами были определены приблизительные значения площадей малых литосферных плит. Обычно они не превышает 5-7 млн. кв. км и, в большинстве случаев, составляют не более 1 млн. кв. км. Площади малых плит и их размещение в составе больших плит приведено в таблице 11.

Заключение.

В ходе проведенных исследований по проблеме определения параметров перемещения литосферных плит с использованием метода лазерной локации спутников были выполнены поставленные в работе задачи.

Разработан математический аппарат для определения из синхронных лазерных измерений дальностей до ИСЗ длин хорд между станциями наблюдений и вычисления по их изменениям за целесообразно выбранный промежуток времени параметров дрейфа. С его помощью проведены модельные расчеты определения длин хорд между пунктами, расположенными на Пелопоннеской и Турецкой микроплитах, с использованием спутников, имеющих разные высоты орбит. Показана возможность использования при изучении перемещений литосферных плит лазерных наблюдений «низких» ИСЗ (с высотой орбиты 400 - 800 км) на примере спутников GFZ-l и АБЕОБ. Исследовались условия появления сингулярности, т.е. неопределенности при нахождении длин хорд, соединяющих пункты. В результате было установлено, что при измерении хорд протяженностью в несколько сотен километров (что особенно актуально при изучении движения малых плит) с использованием четырех станций наблюдения, один из пунктов должен располагаться над плоскостью, образованной тремя другими пунктами, на расстоянии равном не менее 500 м. При этом было показано, что для надежного определения длин хорд между пунктами необходимо учитывать рельеф местности. Также рассмотрен случай расположения спутников в одной плоскости на кривой второго порядка при произвольном размещении пунктов наблюдения. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования такой конфигурации для определении длин хорд между станциями. Исследования проводились при моделировании лазерных наблюдений ИСЗ

128

Ajisai» и «Эталон-1». Было установлено, что сингулярность при определении длин хорд имеет место только при малых промежутках времени между моментами наблюдений (менее 100 секунд для ИСЗ «Ajisai» и менее 1600 секунд для ИСЗ «Эталон»). Представленный в работе математический аппарат является удобным для использования и может применяться на современных вычислительных комплексах для обработки измерений по лазерной локации спутников.

Выполнено сравнение глобальных кинематических моделей относительного движения Галушкина-Ушакова, Минстера-Джордана RM2 и NUVEL-1 и произведена оценка точности определения параметров дрейфа тектонических блоков, представленных в этих моделях. При сравнении общих для данных моделей пар литосферных плит, были выявлены значительные расхождения в параметрах дрейфа для некоторых пар плит, что свидетельствует о необходимости решения вопроса по определению параметров континентального дрейфа с более высокой степенью точности.

Выведены формулы, позволяющие определять выгодное расположение станций наблюдений для наиболее точного нахождения параметров дрейфа. Предложены возможные места размещений пунктов с учетом выгоднейших условий определения параметров дрейфа. С использованием полученных уравнений поправок проведено уточнение параметров континентального дрейфа некоторых пар плит на основе изменений длин хорд между пунктами, определенных по результатам реальных лазерных наблюдений ИСЗ LAGEOS и из модели относительного движения NUVEL-1.

Рассмотрена зависимость целесообразного временного интервала между эпохами наблюдений при изучении перемещения литосферных блоков от точности ла

130

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гундин, Алексей Владимирович, 1999 год

1. Аардом J1. Точность геометрической сети, получаемой из синхронных измерений расстояний до ИСЗ. В кн. Использование искусственных спутников для геодезии. Под ред. О.Хенриксена и др. - М.: Мир, 1975.

2. Бакулин П.И., Блинов Н.С. Служба точного времени. М.: Наука, 1977.

3. Баранов В.Н., Бойко Е.Г., Краснорылов И.И, Машимов М.М., Плахов Ю.В, Ур-маев М.С., Яшкин С.Н. Космическая геодезия: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986.

4. Блаха Дж. Критические конфигурации фундаментальных сетей станций измерений расстояний до ИСЗ. В кн. Использование искусственных спутников для геодезии. Под ред. О.Хенриксена и др. М.: Мир, 1975.

5. Большаков В.Д., Гайдаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений. М., Недра, 1977.

6. Васильев В.П. Основы лазерной техники для измерительных систем космической геодезии и навигации. Учебное пособие по курсу «Основы лазерной техники для систем космической геодезии и навигации», М.: 1987.

7. Вегенер А. Происхождение континентов и океанов. JL: Наука, 1984.

8. Вергасов В.А., Журкин И.Г., Красикова М.В. и др. Вычислительная математика. -М.: Недра, 1976.

9. Герасименко М.Д., Каморный В.М. Гипотезу расширяющейся Земли хоронить еще рано! Геодезия и картография. 1995, №3

10. Н.Гундин A.B. Влияние расположения пунктов наблюдений на определение длин хорд из синхронных измерений дальностей до спутников. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 1999.

11. Гундин A.B. Об определении длин хорд между пунктами по синхронным лазерным наблюдениям ИСЗ. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 2, 1999.

12. М.Гундин А.В., Краснорылов И.И. Некоторые проблемы определения параметров перемещения тектонических блоков с помощью лазерной локации ИСЗ. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 4-5, 1998.

13. Долгов П.Н. Определение времени пассажным инструментом в меридиане. М.: Гостехтеоретиздат, 1952.

14. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. М. Наука, 1983.

15. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов JI.M. Тектоника литосферных плит территории СССР. Кн.2 М.: Недра, 1990.

16. Карасик И.Б., Певнев А.К. О современных движениях земной коры в Москве. Геодезия и картография. 1997, № 5.

17. Краснорылов И.И. Использование методов космической геодезии для изучения дрейфа литосферных плит. В кн. Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофизики и геодезии. Тр. III Орловской конференции. Киев, Наукова думка, 1994.

18. Краснорылов И.И. Некоторые проблемы разработки методики изучения дрейфа литосферных плит. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 3, 1993.

19. Красный Л.И. Геоблоки и тектоника плит. Геофизический сборник, вып.70. 1976.

20. Красный Л.И. Глобальная система геоблоков. М. Недра. 1984.

21. Крылов В.И. Априорная оценка точности определения расстояний между наземными пунктами по измеренным топоцентрическим дальностям и радиальным скоростям ИСЗ. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1991, №5.

22. Ле Пишон К., Франшто Ж., Боннин Ж. Тектоника плит. М.: Мир, 1977.

23. Машимов М.М. Геодезия, геотектоника, сейсмология: предметы и проблемы их взаимодействия. Геодезия и картография. 1995, №11.

24. Машимов М.М. Исследование движения литосферных плит как раздел учения о фигуре нестационарной Земли. Геодезия и картография. 1994, №10.

25. Машимов М.М. Уравнивание геодезических сетей. М.: Недра, 1989.

26. Мельников C.B. Экспериментальные исследования определения длин хорд по лазерным наблюдениям ИСЗ. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1991, №4.132

27. Певнев A.K. Об экспериментальной проверке тектоники литосферных плит и других геодинамических задач геодезии. Геодезия и картография. 1994, № 6.

28. Певнев А.К. Прогноз землетрясений миф или реальность ? Геодезия и картография. 1990, № 8.

29. Рутковска М. Исследование точности определения перемещения тектонических плит на поверхности, включенной в проект "ИДЕАЛ". Наблюдения искусственных спутников Земли. № 26. М.,1989.

30. Рыжиков А.И. Кто первый ? Геодезия и картография. 1997, № 5.

31. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. Издательство Московского университета, 1991 г.

32. Татевян С.К. Вклад методов космической геодезии в современную геодинамику. В кн.: Космическая геодезия и современная геодинамика. М.: МИД РФ, 1996.

33. Татевян С.К. Использование методов космической геодезии для современной геодинамики. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1998.

34. Татевян С.К. Роль космической геодезии в решении глобальных геодинамических задач (основные результаты). Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. № 4-5. М., 1998.

35. Урмаев М.С. Космическая фотограмметрия: Учебник для вузов. М.: Недра, 1989.

36. Ушаков С.А., Ясаманов H.A. Дрейф материков и климаты Земли. М. Мысль, 1984.

37. Хаин В.Е. Общая геотектоника. М.Недра. 1973.

38. Хаин В.Е. Эволюция структуры земной коры (взгляд тектониста). М.: Наука, 1993.

39. Шаргородский В.Д. Лазерные дальномеры для космической геодезии и навигации. Учебное пособие по курсу «Квантово-оптические системы траекторных измерений», М.: 1987.

40. Яновицкая Г.Т. О возможности оптимального выбора сети станций для определения длин хорд между ними по синхронным измерениям дальностей до ИСЗ. Кинематика и физика небесных тел, 1987, т.З, №1.133

41. Adelman A.G. Precision Laser Tracking For Global Tectonics. Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 37, pp. 65-69, 1984.

42. Chase C.G., Plate kinematics: The Americas, East Africa, and the rest world. Earth planet. Sci. Lett., 37, 1978, 355-368.

43. Christodoulidis D.C., D.E.Smith, R.Kolenkiewicz, P.J.Dunn, S.M.Klosko, M.H.Torrence, S.Fricke, and S.Blackwell. Observing tectonic plate motions and deformations from satellite laser ranging. J.Geophys.Res., 90, 9249-9264, 1985.

44. Coates R.J., Frey H., Mead G.D., Bosworth J.M. Space Age Geodesy: The NASA Crustal Dynamics Project. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. GE-23, № 4, July, 1985.

45. Degnan J.J. Satellite Laser Ranging: Current Status and Future Prospects. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. GE-23, № 4, July 1985.

46. DeMets C.R., R.G.Gordon, D.F.Argus and S.Stein, 1994, Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal time scale on estimates of current plate motions. Geophys. Res. Let., 2l,pp 2191-2194.

47. DeMets C.R., R.G.Gordon, D.F.Argus and S.Stein. Current plate motions, Geophys. J. Int., 101,425-478, 1990.

48. IERS Technical Note 21, July 1996.

49. Joyce C. Magellan reveals volcanic Venus. New scientist, Vol. 130, № 1773, 1991.

50. Minster J.B., Jordan T.H. Present-day plate motions, J. Geophys. Res., 83, 1978, 53315354.

51. Smith D., R.Kolenkiewicz, P.J.Dunn, J.W.Robbins, M.H.Torrence, S.M.Klosko, R.G.Williamson, E.C.Pavlis, N.B.Douglas, S.K.Fricke. Tectonic Motion and Deformation From Satellite Laser Ranging to LAGEOS. Journal of geophysical research. Vol.95 №B 13. 1990.

52. Smith D.E., D.C.Cristodoulidis, R.Kolenkiewicz, P.J.Dunn, S.M.Klosko, M.H.Torrence, S.Fricke, and S.Blackwell. A global geodetic reference frame from LAGEOS ranging (SL5.1AP). J.Geophys.Res., 90, 9221-9233, 1985.

53. Tapley B.D., B.E.Schutz and R.J.Eanes. Station coordinates, baselines, and Earth rotation from LAGEOS laser ranging: 1976-1984, J.Geophys.Res., 90, 9235-9248, 1985.