CC BY
55
УДК 528.389:551.2 В.Г. Колмогоров СГГ А, Новосибирск
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ
V.G. Kolmogorov SSGA, Novosibirsk
CORRELATION ANALYSIS OF SOME OF THE WEST SIBERIAN PLATE KINEMATIC PARAMETERS
For investigation of current Earth’s surface motions nature it is very important to estimate correlation of the present vertical motions with sub-surface structures, as it is very deep in the Earth’s crust and upper mantle that the processes are taking place which result in the changes of the earth’s surface. The article describes correlations in two-dimensional velocity space of West Siberia with different geological-and-geophysical parameters and the latter ones between each other. The correlations revealed are presented as cartographic correlation models, the analysis of which allowed to pick out geodynamic activity zones on the West Siberian plate.
1. Введение
Одним из этапов изучения причин современных движений земной коры (СДЗК) является создание картографических геодинамических моделей и на их основе - разработка методики сравнительного анализа пространственновременных вариаций современных вертикальных движений и их взаимосвязей с полями другой физической природы.
Выявленные ранее корреляционной связи между скоростями вертикальных движений v, аномалиями силы тяжести в редукции Буге AgB, высотами земной поверхности Нр, изо статическими аномалиями Agm_ и глубинами залегания поверхности Мохоровичича Нм для различных регионов Сибири (для Западно-Сибирской плиты, Алтае-Саянской складчатой области, юга Сибирской платформы и южной части Байкальской складчатой области) позволили выявить региональную закономерность: увеличение скорости движений сопровождается увеличением высот рельефа, уменьшением аномалий силы тяжести, увеличением толщины земной коры [1]. Эта закономерность, ярко выраженная в целом для всех перечисленных регионов и менее заметная для каждого в отдельности, имеет квазилинейный характер и свидетельствует об изостатическом уравновешивании крупных регионов Сибири. При этом амплитуды и скорости СВДЗП согласуются не только с размещением крупных элементов земной коры, но и, как отмечает В.А. Магницкий [2], с особенностями режимов их тектонического развития: чем сильнее проявления активизации мантии, нашедшие отражение в глубинном строении, геофизических полях, рельефе земной поверхности и т. д., тем интенсивнее СДЗК.
2. Метод корреляционной картографии
Для обнаружения связей между скоростями СВДЗП и различными геофизическими параметрами используется мощный и разнообразный аппарат корреляционного анализа, позволяющий в результате его применения построить картографические корреляционные модели. Под последними подразумевается представленные в изолиниях статистические поверхности, отражающие связи между различными явлениями. Высокую значимость исследования таких связей в различных отраслях наук о Земле отмечает А.М. Берлянт [3].
Наиболее распространенной оценкой корреляционной связи (если она близка к линейной) является коэффициент парной корреляции [3-5]:
п
г(х, у) = Цхг - х) (yt - у)/(n-l)SxSy, (1)
1=1
где х и у - среднеарифметические значения величин х, и у„ Sx, Sy - их среднеквадратические отклонения, n - число пар.
Значимость коэффициента г оценивается с помощью критериев Фишера (п > 50) или Романовского (п < 50).
Если поле корреляции криволинейно, то при анализе геологогеофизических и геодезических данных целесообразнее прибегать к линейнокусочной аппроксимации, деля объекты на участки, характеризующиеся линейным полем корреляции.
В случае, когда число факторов, обусловливающих стохастическую связь, больше двух, пользуются некоторой упрощенной схемой исследований сложного явления, ограничиваясь учетом сравнительно небольшого комплекса факторов. Так, например, оценивая силу связи факторов скорости современных движений v с толщиной земной коры Нм, интенсивностью теплового потока q, Нм с v и q, q с v и Нм следует определять полные коэффициенты корреляции по формулам [3-5]:
R[q(vH)] = ^\Г2(д,уУ+Г2(д,нм)-~2г(у,нм^[д,у^(д,нм)]/[Т—~Г2(у,нм^,
R[HM(v,q)] = л/[ i^(HM,v) + r2(HM,q) - 2r(v,q)r(HM,v)r(HM,q)]/[l - i^(HM,q)],
(2)
Щу(Нм^)] = \/[г2(у,Нм) + г2(\’,си - 2г(Нм,фф,Нм}ф,ф]/[1 - г2(Н^ф],
где ф,Им), ф,д), г(д,Им) - парные коэффициенты корреляции скоростей СВДЗК V с глубинами залегания поверхности Мохоровичича Им, скорости СВДЗК V с интенсивностью теплового потока д, интенсивности теплового потока д с глубиной залегания поверхности Мохоровичича Им.
Полный коэффициент корреляции изменяется от 0 до 1 и считается всегда положительным.
При исследовании множественной корреляции определяют парциальные, или частные, коэффициенты корреляции, которые для случая взаимного влияния трех факторов v, НМ и q вычисляются по формулам [4, 5]:
r[y,HM(q)] = [ r(v,HM) - r(v,q)r(q,HM)]/ V/1 - r2(v,q)][l - г2(HM,q)],
r[v,q(HM) = [ r(v,q) - r(v,HM)r(q,HM)]/V[l - r2(v,HM)][l - r2(q,HJJ,
(3)
г[Нм^(у)] = [ г(Нм^) - г(Нм,у)ф,у)]/^[1 - г2(Нм,у)][1 - Г2^)].
Значения полных и частных коэффициентов ко рреляции, вычисленных для Колпашевской (I), Тобольской (П) и Нижневартовской (Ш) зон, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Зоны Коэффициент
R[g(v, Hm)] R[(Hm(v, q)] R[v(Hm,q)] r[v, Hm(q)] r[v, q(Hm)] r[Hm, (q)]
I 0,90 0,93 0,79 - 0,55 - 0,58 -0,79
II 0,58 0,69 0,78 - 0,62 0,62 0,43
III 0,56 0,64 0,64 +0,47 - 0,29 +0,29
Для построения корреляционных карт на южную часть Западно-Сибирской плиты (ЗСП) использовался известный метод «скользящего окна» с шагом
прямоугольной сетки 1 см. Коэффициент г(х,у) вычислялся для центра
2 2 «скользящего окна» размером 5*5 см , что соответствует площади 2500 км в
масштабе карты 1:1000000, по 25 точкам; значимость г(х,у) оценивалась по
критерию Фишера.
По вышеописанной методике составлен комплект картосхем, отражающий кореляционные связи СВДЗП с толщиной земной коры, плотностью теплового потока, высотами рельефа, высотами квазигеоида, связи толщины земной коры с высотами рельефа и с плотностью теплового потока, связь градиентов рельефа земной поверхности с плотностью теплового потока. Данные о толщине земной коры и плотности теплового потока заимствованы из работ [6].
В целом по всей площади юга Западно-Сибирской плиты преобладает обратный характер связи скоростей вертикальных движений V с глубиной залегания поверхности Мохоровичича Нм: зафиксированы аномальные отрицательные значения коэффициента в районах Тобольска (г < - 0.8), Нижневартовска (г < - 0,7), Колпашево (г < - 0.9), между Павлодаром и
Новосибирском (г < - 0,7); аномальные положительные значения
наблюдаются юго-восточнее Кемерово (г > 0,7), в верховье р. Чузика (г > 0,6).
Связь скорости СВДЗП V с интенсивностью теплового потока q и высотами рельефа характеризуется как положительными, так и отрицательными значениями коэффициентов корреляции г(у^) и г(у,ИМ), максимальные значения которых совпадают (или близко расположены).
Полученное положительное значение коэффициента корреляции между осредненными высотами рельефа и толщиной земной коры Западной Сибири свидетельствует об изостатическом уравновешивании всей территории. Однако в некоторых локальных блоках земной коры процессы термодинамической активизации привели к изменению толщины литосферы и нарушению ее изостатического равновесия.
Рис. 1. Зоны повышенной геодинамической активности в районах Колпашево и Ханты-Мансийска. Изокорреляты связи:
1 - СВДЗП (v) с толщиглй земной коры (НМ), 2 - толщины земной коры (Нм) с тепловым потоком (q), 3 - СВДЗП (v) с тепловым потоком (q)
3. Заключение
Анализ картосхем, отражающих развитие структур Западно-Сибирской плиты и корреляционной связи различных ее геодинамических параметров меж-ду собой, позволил установить совпадение экстремальных значений коэф-фициентов корреляции с зонами повышенной тектонической активности, про-являющейся с юры до современного этапа включительно. Высокая связь ско-ростей СВДЗП с геолого-геофизическими параметрами, такими, например, как тепловой поток, толщина земной коры, амплитуды неотектонических движений и др., свидетельствует о влиянии на СВДЗК различных факторов, находящихся на разных глубинных уровнях.
О высокой интенсивности современных геодинамических процессов в Западной Сибири свидетельствуют высокие значения коэффициентов корреля-ции скоростей СВДЗП с интенсивностью теплового потока q (rvq > 0,51), интенсивности теплового потока с градиентом новейших движений gradHH
(rq,gr = - 0,7) и др. На построенных картографических корреляционных моделях, отражающих корреляционные связи как СВДЗК с геофизическими параметрами, так и между последними, проявился вполне закономерный характер: экстремальные значения коэффициентов корреляции группируются упорядоченно, тяготея к определенным зонам, названными нами зонами повышенной геодинамической активности (ЗПГДА): узлам пересечения крупных разломов, участкам земной коры, претерпевшим в результате растяжения уменьшение толщины и возможное хрупкое разрушение и т.п.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Колмогоров, В.Г. Современная кинематика земной поверхности юга Западной Сибири [Текст]: монография / В.Г. Колмогоров, П.П. Колмогорова. - Новосибирск: Наука, 1990. - 153 с.
2. Магницкий, В.А. О природе современных движений земной коры [Текст] / В.А. Магницкий // Вестник АН СССР. - 1976. - С. 51-59.
3. Берлянт, А.М. Образ пространства: карта и информация [Текст]: монография / А.М.Берлянт. - М.: Мысль, 1986. - 240 с.
4. Порядин, В.С. Стоастические модели в морфоструктурном анализе [Текст]: монография / В.С. Порядин. - М.: Недра, 1985. - 152 с.
5. Видуев, Н.Г. Вероятностно-статистический анализ погрешностей измерений [Текст]: учебник / Н.Г. Видуев, Г.С. Кондра. -М.: Недра, 1969. -320 с.
6. Мегакомплексы и глубинная структура земной коры Западно-Сибирской плиты [Текст]: монография / ред. чл.-кор. В.С. Суркова. - М.: Недра, 1986. - 149 с. (Сиб. научно-исследоват. ин-т геологии, геофизики и минерального сырья).
© В.Г. Колмогоров, 2008
