Реконструкція вертикальних рухів земної кори за даними мареографічних спостережень

Мета. Мета дослідження: виконати реконструкцію вертикальних рухів земної кори на прикладі кристалічного масиву Авалонії, а саме на території Нідерландів, за даними мареографічних спостережень у 1900–2012 рр.; дослідити зміну кінематичних параметрів кристалічного масиву, на якому розташовані відібрані для дослідження мареографи, залежно від вибраної середньої епохи спостережень t0 та періоду усереднення результатів мареографічних спостережень Δt. Апріорно прийнято, що кристалічний масив – це жорсткий тектонічний блок з лінійним полем вертикальних швидкостей.Методика. Для виконання реконструкції вертикальних рухів земної кори розроблена методика встановлення необхідної тривалості мареографічних спостережень для визначення вертикальних рухів із заданою точністю. Крім цього, розроблено алгоритм визначення кінематичних параметрів тектонічного блока, які характеризують положення лінії нульових швидкостей вертикальних рухів, максимальний кут нахилу лінійного поля швидкостей α, азимут напрямку максимального нахилу лінійного поля швидкостей β. Визначення цих параметрів виконано методом ітерацій в декілька етапів. Нульове наближення визначає приблизні значення шуканих параметрів, які слугують вихідними даними для виконання першого наближення. Перше наближення – це метод точного розв’язання, який передбачає пошук оптимального просторового положення тектонічного блока відносно мареографів і їх швидкостей. В цьому наближенні також виконується пошук мінімуму функції відхилення моделі руху блока відносно реальних вимірів мареографів. Розв’язок цієї задачі, а саме пошук мінімуму цільової функції, виконано градієнтним методом Флетчера–Рівса. Виконуючи другу ітерацію, перевіряють збіжність результатів шуканих параметрів та виконують оцінку їх точності за допомогою методу найменших квадратів.Результати. Результати цього дослідження: встановлено зміни швидкості руху мареографів залежно від зміни середньої епохи t0 та періоду усереднення результатів спостережень Δt. Для тектонічного блока Авалонія встановлено залежність зміни максимального кута нахилу лінійного поля швидкостей α та азимута напрямку максимального нахилу лінійного поля швидкостей β від вибраної середньої епохи t0 та періоду усереднення результатів спостережень Δt. Побудовано просторову кінематичну модель руху тектонічного блока Авалонія для Δt = 70 років. Проаналізовано зміну в часі поля швидкостей вертикальних рухів блока. Проведено ретроспективний аналіз зміни кінематичних параметрів досліджуваної території.Наукова новизна. Встановлено залежність лінійної швидкості вертикального руху мареографів Vмар та середньої квадратичної похибки mVмар від періоду усереднення результатів спостережень Δt. За результатами спостережень виявлено, що амплітуда швидкості руху мареографів зростає зі зменшенням періоду усереднення результатів спостережень Δt. За даними мареографічних спостережень було встановлено, що швидкість опускання тектонічного блока Авалонія поступово зменшується в часі. Азимут β зміщується в південному напрямку. Отримані схеми вертикальних рухів земної поверхні досліджуваної території за даними мареографічних спостережень загалом збігаються з результатами повторних нівелювань.Практична значущість. За результатами дослідження розроблено теоретичні засади і методику визначення кінематичних параметрів поля швидкостей вертикальних рухів земної кори тектонічних блоків за даними тривалих мареографічних спостережень. Побудовано кінематичну модель поля швидкостей тектонічного блока Авалонія. Встановлені залежності кінематичних параметрів блока слугуватимуть для подальшого поглибленого дослідження вертикальних рухів земної кори території Європи загалом, а в разі необхідності – її окремих частин. Запропоновану методику можна використати для аналогічного дослідження інших регіонів світового узбережжя. Вона також дозволяє прогнозувати зміни положення берегової лінії, що має вагомий вплив під час проектування та будівництва гідротехнічних споруд на прибережних територіях. Окрім цього, методика надає можливість виконувати реконструкцію вертикальних рухів земної кори в минулому.