Съвременни движения на земната кора

Съвременните движения на земната кора са важен компонент при оценката на съвременните геодинамични процеси и приемането или отхвърлянето на геложки хипотези. Оценката на сеизмичната опасност за даден район е неразривни свързана с получаването на данни за съвременните движения на земната кора.

Определянето на съвременните хоризонтални и вертикални движения на земната кора се извършва основно чрез методите на спътниковата геодезия, а с появата и навлизането на Глобалните навигационни спътникови системи GNSS (Global Navigation Satellite Systems) - GPS (Global Positioning System) и GLONASS (Global Navigation Satellite System) в геодезическата практика, те се превърнаха в основен инструмент за получаване на оценки за съвременните движения на земната кора. Използването на GNSS позволява получаването на съвременните движения на земната кора от глобален до локален мащаб с много висока точност. На базата на съвременните движения се получават напреженията на земната кора. На територията на България оценки на съвременните движения, съответно напрежения, на земната кора се получават от обработка и анализ на GNSS измервания от перманентни GNSS станции, от периодично преизмервани точки на специализирани геодинамични мрежи и от точките от Държавната GPS мрежа на България. Резултатът от обработката и анализа на измерванията са хоризонтални и вертикални движения на GNSS перманентните станции и периодично измерваните точки и напрежения на земната кора.

Съвкупноста от получените хоризонтални скорости, определени от перманентни или периодични GNSS измервания на станции/точки от земната повърхност, дефинира полето на хоризонталните скорости. Територията на България се намира на границата на Евроазиатската континентална плоча и сеизмично активната Егейска екстензионна зона. В този смисъл, анализът на полето на получените хоризонтални скорости на земната кора трябва да се разглежда в контекста на активните тектонски процеси, протичащи в района на Източното Средиземноморие (вж. 4.2.2)

На базата на получените хоризонтални скорости на GNSS точките, перманентни или периодично измервани, се получават напреженията на земната кора в страната и околните земи, както и в различни региони и области, подлежащи на изследване. Тези напрежения отразяват бавните, тектонски, интерсеизмични напрежения на земната кора. Така получените интерсеизмични напрежения на земната кора се сравняват с мигновените, получени от механизми на реализирали се сеизмични събития, напрежения. Обикновено, основните посоки на получените чрез GNSS и механизми на сеизмични събития напрежения са приблизително еднакви. Това показват резултатите за територията на България. Сравнението между двата типа напрежения е важно за разкриване на механизмите на протичащите геодинамични процеси и силите, които ги пораждат. На базата на полето на напреженията се търсят и евентуални ротации (ъглови деформации) на блокови и разломни структури.

Получените съвременни движения (вж. 4.2.2) и напрежения на земната кора, съвместно с геоложката и сеизмотектонска информация, са необходимо условие за локализиране на съвременно активни разломи и разломни структури. Резултатите позволяват да се приемат или отхвърлят геоложки и тектонски хипотези за изследвания район.

На базата на получените скорости и напрежения се определят тенденциите, закономерностите и разпределението им в съответния регион или област. Получените напрежения и техните изменения във времето позволяват лесно локализиране на аномални области и оценка на съвременната активност на тектонските структури.

Интегрирането на полученото поле на хоризонталните и вертикални движения и напрежения на земната кора за съответния район – от национален до локален мащаб, с геоложката, тектонската и сеизмична информация е ключов елемент за оценка на съвремената тектонска активност и в крайна сметка, за създаване на сеизмотектонски модели и за оценка на сеизмичния риск.

На Фиг. 21 са показани хоризонталните скорости на точките от геодинамичната GNSS мрежа в района на Централна Западна България (черни вектори) и перманентни GNSS мрежи (червени и сини вектори). Точките от геодинамичната мрежа са измервани периодично от 1998 година до наши дни, а първите перманентни станции в района са инсталирани през 2007 година.

Всички измервания са обработени и анализирани със софтуера GAMIT/GLOBK.

GAMIT/GLOBK е научноизследователски софтуер отразяващ последните постижения в GNSS технологиите и спътниковата геодезия, разработен от Масачузетския технологичен институт, Харвард-Смитсониан центъра за астрофизика и Институтът по океанография Scripps (GAMIT Reference Manual, Release 10.6, Massachussetts Institute of Technology, June 2015; GLOBK Reference Manual, Release 10.6, Massachussetts Institute of Technology, June 2015). Софтуерът е предназначен основно за получаване оценки за координати и скорости, временни редове с координатите на станциите, модели на атмосферата, спътникови орбити, параметри на ориентация на Земята и др.

Софтуерът GAMIT/GLOBK се състои от два отделни модула – GAMIT и GLOBK.

GAMIT използва (основно) двойни разлики като "измерена" величина, отчитайки корелацията при получаването им. При редактиране на наблюденията (cycle slip editing) се използват и тройни разлики. Модулът GAMIT не се използва за получаване на окончателните координати, скоростите на станциите и временните редове. Програмата се използва за получаване на оценки за параметрите и техните ковариационни матрици – "квази-наблюдения", които са вход за модула GLOBK. Решенията, които се получават от GAMIT и се използват от GLOBK са (обикновено) свободни от всякакви ограничения.

GLOBK е Калманов филтър, с който се комбинират решенията (квази-наблюденията), получени от обработката на "първичните" GNSS наблюдения, както и различни видове спътникови и наземни измервания. Софтуерът позволява обработката на данни или "квази-наблюдения" – координати и съответните им ковариационни матрици, за получаване на оценки за координатите и скоростите на наблюдателните станции, временни редове с координатите, параметри на ориентация на Земята, орбитни параметри и др. За повече подробност вж. GAMIT Reference Manual, Release 10.6, Massachussetts Institute of Technology, June 2015; GLOBK Reference Manual, Release 10.6, Massachussetts Institute of Technology, June 2015, а също http://www-gpsg.mit.edu/~simon/gtgk/.

Получаването на временните редове на перманентните станции е важен инструмент за мониторинга на тяхното поведение: лесно откриване на грешки в резултатите от обработката за съответната станция; локалният ефект върху дадена станция не влияе върху останалите; лесно определяне на различни ефекти в поведението на всяка станция – систематични грешки, скорости, сезонни вариации, ко- и пост-сеизмични движения, немоделирани ефекти и др.

На Фиг. 21 са показани хоризонталните скорости на точките от геодинамичната GNSS мрежа в района на Централна Западна България - черните вектори. Скоростите на перманентните GNSS станции в района са показани с червени и сини вектори.


Фиг. 21. Хоризонтални скорости на точките от геодинамичната GNSS мрежа в района на Централна Западна България (черни вектори) и перманентни GNSS станции (червени и сини вектори). Информацията за разломните структури е според Barrier et al. (2004), Georgiev et al.(2007)
Tran Pernik
Фиг. 22. На фигурата може интерактивно да се получи подробна информация за перманентните GNSS станции Перник и Трън – GNSS апаратура, снимки на станциите, временни редове с координатите.

Хоризонталните скорости на перманентните и периодично измерваните GNSS станции и точки се съгласуват добре с общата тенденция на съвременните движения в южна посока и нарастването им по стойност от север на юг.