120100 Теоретич. и тестовые вопр. Геодезические методы

Направление 120100 «Геодезия и дистанционное зондирование» (магистр).
Дисциплина «Геодезические методы изучения геодинамических процессов»
Теоретические вопросы
1. Геодинамика.
Геодинамика — наука о природе глубинных сил и процессов, возникающих
в результате планетарной эволюции Земли, [как] планеты и
обуславливающих движение вещества [и движение? энергии?] внутри
Земли.
Геодинамика является синтезирующей дисциплиной. Она использует
данные геологии, геохимии и геофизики, а также широко применяет
математическое и физическое моделирование глубинных процессов.
Современная геодинамика это наука, получающая количественные оценки
сил действующих в недрах Земли.
Геодинамика - наука, занимающаяся изучением динамической реакции
Земли на воздействие различных внутренних и внешних сил. Актуальность
исследования. Для многих наук о Земле (геологии, геофизики, геодезии,
горной механики и других) общепризнанна актуальность проблем
«Геодинамика» и «Современные движения земной коры». Важная роль в
решении указанных проблем принадлежит геодезии. Как отмечал известный
ученый геолог В.Е. Хаин, «…геодезические методы являются основными
при изучении современных тектонических движений и деформаций». Л.П.
Пеллинен основной научной задачей геодезии назвал «… определение
фигуры и внешнего гравитационного поля Земли и их изменений во
времени». Методами геодезии и гравиметрии изучаются изменения во
времени параметров гравитационного поля и фигуры Земли, ее поверхности,
а при изучении глубинных геодинамических процессов большое значение
имеет не только геодезическая гравиметрия, но и прикладная, в том числе,
разведочная.
1.
Глобальная геодинамика.
Под глобальной геодинамикой будем понимать динамические процессы,
охватывающие весь земной шар, включая такие крупномасштабные
геодинамические явления, как движения литосферных плит, динамические
изменения поверхности морей и океанов, крупномасштабные вариации
геопотенциала во времени и другие аналогичные по масштабам, связанные с
Землей изменения.
2.
Региональная геодинамика.
Под региональной геодинамикой будем понимать региональные изменения
положений точек земной поверхности, а также вариации гравитационного
поля, относящиеся к регионам протяженностью от 100 до 1000 и более
километров. Примерами могут служить такие участки земной поверхности,
как Сан-Андреасский разлом в Калифорнии, неовулканическая рифтовая
зона в Исландии, регионы повышенной вулканической деятельности в
Японии и другие подобные зоны.
3.
Локальная геодинамика.
К локальной отнесены регионы протяженностью до 100 км, на которых
проявляются
деформации
земной
поверхности,
обусловленные
тектоническими, техногенными и другими факторами, активно
воздействующими на приповерхностные геологические структуры.
Повышенный интерес к изучению геодинамических явлений проявляется,
как правило, в зонах строительства и эксплуатации крупных инженерных
сооружений, а также на территориях крупных городов. За последние годы
по данному разделу геодинамики опубликовано большое количество статей
и сделано много докладов на различных научных конференциях и
симпозиумах, что свидетельствует о постоянно нарастающем интересе к
изучению геодинамических процессов на локальных участках земной
поверхности.
4.
Землетрясение.
Ответ. Землетрясение есть следствие динамически распространяющегося
(со скоростью первых километров в секунду) разрыва в толще земных недр.
Излучаемые движущимся разрывом волны достигают земной поверхности
через несколько секунд, что и вызывает при сильных землетрясениях
разрушение зданий, ведет к гибели людей
5.
Гипоцентр.
Область, под которой обычно понимают область необратимых деформаций
в глубине Земли, называют гипоцентральной. Гипоцентр целесообразно
определять как малую область внутри Земли, которая является источником
колебаний, формирующих начало записи на сейсмических станциях.
Получение
координат
гипоцентра
с
надлежащей
точностью
(местоположение на поверхности – эпицентр и глубина) довольно сложная
задача. С внедрением вычислительной техники и построением скоростных
моделей среды, которые со временем также уточнялись, были достигнуты
значительные успехи. В СССР существовала ЕССН – единая служба
сейсмологических наблюдений, которая вела каталоги. Обобщение
каталогов выражалось в таких изданиях, как «Атлас землетрясений в СССР»
и ежегодниках к этому атласу
6.
Энергия землетрясения.
Классификация землетрясений по величине их энергии позволяет проникать
в вопросы глубинного строения Земли, современных движений земной
коры, внутриземных геодинамических процессов, позволяет получить
картину разрушительного эффекта на поверхности Земли. По
сейсмологическим данным проводится оценка лишь энергии упругих волн.
Одной из важных характеристик землетрясения является магнитуда.
Величина магнитуды (МL), выведенная Ч. Рихтером, получается из
уравнения:
МL =lgA – lgAo ,
где А – максимальная амплитуда на записи стандартного сейсмографа
для данного землетрясения на определенном эпицентральном расстоянии;
Ao – максимальная амплитуда на записи того же сейсмографа для
землетрясения, принятого за эталонное для того же эпицентрального
расстояния.
7.
Вулканизм
Вулканизм [8] – общепланетарный процесс, охватывающий континенты и
зоны перехода от континентов к океанам, а также океаны. Современные
вулканы имеются на всех континентах кроме Австралии.
Вулканизм значительно влияет на изменение физического состояния
литосферы. Это в основном сводится к проникновению вещества из
астеносферы в ослабленные зоны литосферы, что проявляется на
поверхности Земли вулканическими поясами больших масс силикатных
расплавов, а также выносом из-под литосферы вещества и наращивании
земной коры за этот счет. Вследствие этого под вулканическими поясами в
литосфере изменяются температуры, давление и упругие напряжения. Рост
массы силикатного расплава в литосфере должен сказываться на упругих
напряжениях в сейсмовулканических поясах двояко: внедрение жидких и
полужидких масс в жесткие слои литосферы должно приводить к росту
упругих напряжений, но расплавление слоев литосферы должно вызывать
обратный эффект. Вулканические извержения, как и землетрясения,
приводят к энергетической разрядке в сейсмовулканических поясах. При
этом землетрясения способны спровоцировать извержения вулканов, и
более вероятны до извержения, чем после него.
8.
С чего началось изучение современных движений земной коры.
Изучение современных движений земной коры началось с изучения
вертикальных движений на основе высокоточного нивелирования 40-е годы
20
века.
Программы
развития нивелирной
сети
государства
предусматривали для этой цели выполнение повторного нивелирования.
9.
Геодинамические полигоны.
Предусмотрено создание геодинамических полигонов (ГДП) для
наблюдения за деформациями земной коры, сейсмичностью и другими
геофизическими явлениями в целях обнаружения возможных предвестников
землетрясений и проведения исследований по совершенствованию
сейсмического микрорайонирования. На ГДП отдельно строились высотные
(нивелирные) и плановые сети. Они располагались на одной территории.
Плановые сети состояли из треугольников со сторонами от 5 до 30 км и
перекрывали территорию с радиусом в первые сотни километров.
Нивелирные – представляли собой либо отдельные линии, секущие
разломы, либо замкнутые полигоны, включающие в себя такие линии.
Внутри эти основные построения ГДП содержали локальные построения
размерами в пределах первых километров. Они располагались на более
активных участках разломов.
Техногенные полигоны гидросооружений и атомных станций строились по
такому же типу, только с учетом расположения сооружений относительно
активной тектоники. Полигоны в местах разработки полезных ископаемых,
как
правило,
обеспечивались
только
нивелирными
сетями.
Предусматривалось максимальное использование уже существующих на
местности пунктов государственных высотных и плановых сетей. Воронки
оседания из-за откачки грунтовых вод на территориях крупных городов
отслеживались сетями нивелирных линий.
Гравиметрические измерения выполнялись в небольших объемах в
основном на ГДП Камчатки, которые создавались вокруг вулканов.
10.
Определение напряженно-деформированного состояния (НДС) земной коры.
НДС земной коры может быть определено по количественным оценками
скорости тектонических смещений по геодезическим данным; по
непосредственным измерениям в массивах горных пород (такие измерения
производятся по методу разгрузки напряжений в кернах, выбуренных в
рудниках, шахтах и туннелях, и по методу гидроразрыва в скважинах на
глубине до нескольких километров); по геологическим данным о
формировании неотектонических структур сжатия (складки, надвиги),
растяжения (рифты, сбросовые структуры) и различных разломов, в
частности сдвигов. Эти три подхода позволяют оценить НДС в верхней
части земной коры.
11.
Современный этап изучения геодинамических процессов геодезическими
методами.
Современный этап развития наук о Земле быстро прогрессирует, что, во
многом, объясняется интенсивным внедрением спутниковых технологий,
обеспечивающих, в частности, развитие такого направления, как
геодинамика, под которой понимается наука, занимающаяся изучением
динамической реакции Земли на воздействие различных внутренних и
внешних сил. В её развитии важную роль сыграли спутниковые методы
позиционирования, позволяющие на высоком уровне точности изучать
геометрические формы Земли, неравномерность её вращения, движения
литосферных плит, деформации земной коры, приливные явления,
параметры гравитационного поля Земли, различные техногенные процессы,
а также целый ряд других, связанных с Землей научных направлений.
Возникает необходимость в использовании нестандартных подходов,
существенно отличающихся от решения аналогичных задач традиционными
наземными геодезическими методами. Такие особенности затрагивают,
прежде всего, сферу изучения динамических процессов, характерных для
состояния земной поверхности на сравнительно небольших территориях.
Выполняется
обоснование
особенностей
построения
локальных
геодинамических полигонов современными спутниковыми методами,
обеспечивающими оперативность выполнения на них необходимых
измерений и требуемый высокий уровень точности, относящийся к
реальным значениям изучаемых деформаций; теоретическая разработка и
экспериментальная проверка эффективности предложенных нестандартных
методов минимизации влияния основных источников ошибок спутниковых
координатных определений;
разработка и реализация нестандартных
методов обработки результатов спутниковых измерений, характерных для
решения задач геодинамики; практическая апробация всего комплекса
выполненных исследований на созданных геодинамических полигонах в
зонах расположения крупных инженерных сооружений и крупных городов;
комплексирование геодезических координатных определений с другими
методами
геодинамических
исследований
(геологическими
и
геофизическими).
Тестовые вопросы с ответами
1. Какими причинами движений земной поверхности называются процессы,
протекающие в земной коре, а какими, вызванные поверхностными процессами.
(эндогенные и экзогенные).
2. Кто был первым мобилистом, который оказал большое влияние на развитие представлений о
движущих силах и характере движений земной коры. (немецкий ученый Альфред Вегенер
(1880–1930))
3. Математик, предложивший модель движений на сфере. (Леонард Эйлер)
4. Как называется геодинамика, причиной которой является деятельность человека.
(Техногенная геодинамика).
5. Геодинамические явления по размерам делятся на? (Глобальные, региональные,
локальные).
6. Основной метод определения вертикальных движений земной поверхности.
(геометрическое нивелирование)
7. Классические методы определения горизонтальных движений земной коры.
(угловые и линейные измерения)
8. Современный метод исследования движений земной поверхности. (ГНСС)
9. Инвариантная модель горизонтальных движений (локально-однородная модель
деформации).
10. Матрица билинейных преобразований (тензор)
11. При математической обработке используется чаще всего метод. (метод
наименьших квадратов).
12. При уравнивании сети нивелирования за параметры берут? (отметки реперов)
13. Геодинамический процесс растяжения, выражающийся в импульсивном и
многократном раздвигании блоков литосферы океанической коры и в заполнении
высвобождающегося пространства магмой, генерируемой в мантии. (Спрединг)
14. Место, где океаническая кора погружается в мантию. К этим зонам приурочено
большинство землетрясений и множество вулканов. Геоморфологическим
выражением этих зон являются глубоководные желоба. (Зона субдукции)
15. Тип разлома, который располагается вдоль границы литосферной плиты.
(Трансформный разлом)
16. Методы получения численной информации о геодезических явлениях
(геодезические и геофизические).
17. Изменение площади или объема называется? (Дилатация)
18. Деформация, при которой параллельные линии остаются параллельными.
(локально-однородная деформация)
19. Критерий выбора адекватной модели (критерий Фишера)
20. Характеристика точности геодезических измерений при исследовании
геодинамических процессов. (среднеквадратическая погрешность единицы веса).
Составил:
Профессор каф.высшей геодезии, д.т.н.
Мазуров Б.Т.