Структура теплового потока Южного Урала с учётом влияния палеоклимата, страница 5

Поэтому мы предлагаем рассчитывать средневзвешеннуюпоправку на влияние палеоклимата во всем интервале определения тепловогопотока исходя из результатов моделирования. Таким образом, полученнаязависимость искажений градиента температуры от глубины используется дляопределения средневзвешенного искажения теплового потока в интервале егоопределения. Кроме того, результаты моделирования позволяют оценитьискажения теплового потока на отдельных интервалах глубин.Предлагаемый подход может быть использован и в других регионах.Глава 4. Результаты учета влияния палеоклимата на измеренныйтепловой поток.Описанным способом введены поправки на влияние палеоклимата визмеренный тепловой поток в изучаемом регионе по всем скважинам, вкоторых выполнены его измерения. За основу принят каталог данных потепловому потоку Урала (Голованова, 2005).

Составлен новый вариант картытеплового потока Урала, исправленного с учетом влияния палеоклимата (рис.4.1 а, б).Для проверки объективности существования зоны аномально низкихтепловых потоков в работе выполнен статистический анализ данных по16тепловому потокупалеоклимата.Урала,измеренныхиисправленныхнавлияниеРис. 4.1. Карта теплового потока Урала: а – измеренные значения теплового потока; б– исправленные на влияние палеоклимата значения теплового потока; 1 — пунктыопределения теплового потока; 2 — изолинии теплового потока (мВт/м2); 3 — линияпрофиля УРСЕЙС-95.При вероятностно-статистическом анализе фактических данныхнеобходимо выполнение ряда требований: однородность анализируемыхданных, независимость и равномерность. Требование однородности рядаможно считать выполненным, если рассматриваются однотипные геологотектонические области (Смирнов, 1970).

Требование независимости (т. е.отсутствие влияния предыдущих экспериментов на последующие) всегдавыполняется для фактических измерений теплового потока. А требованиеравномерности расположения данных в однородных выборках имеетподчиненный характер.Статистическая проверка соответствия эмпирического ряда стандартнымфункциям распределения и сравнение выборок проведены по дисперсиям и17средним значениям при совпадении законов распределения (Теория статистики,2006 и др.).Оценку соответствия эмпирического ряда теоретическому распределениюпроводена по критериям Пирсона (χ2), Романовского и Колмогорова. Сравнениедвух выборок – по критерию Стьюдента (t) и по критерию Фишера (F) присоответствующем числе степеней свободы.Все известные данные по тепловому потоку объединены в три группы сучетом геолого-тектонического строения региона.

При этом за основу принятКаталог данных по тепловому потоку Урала, приведенный в монографии(Голованова, 2005).В первую группу вошли данные по восточной окраине ВосточноЕвропейской платформы, Предуральскому краевому прогибу, ЗападноУральской внешней зоне складчатости, Центрально-Уральскому поднятию. Вовторой группе данные по западной части Тагило-Магнитогорской зоны.

Втретью группу включены данные по центральной и восточной частям ТагилоМагнитогорской зоны, Восточно-Уральскому поднятию, Восточно-Уральскомупрогибу, Зауральскому поднятию.В таблице приведены обобщенные данные по тепловому потоку,измеренному и исправленному на влияние палеоклимата, по отдельнымвыделенным зонам. Среднее значение отражает отток тепла из недр, дисперсия– «случайные» факторы.ТаблицаТепловой поток в отдельных геолого-тектонических областяхЗоныIIIIIIТепловойЧислопотокопределенийЗначение теплового потока, мВт/м2minmaxсреднеестандартноеотклонениеизмеренный1412645364,4исправленный1413054425,5измеренный901832243,3исправленный903044363,5измеренный632052347,2исправленный633363467,8Использованная методика введения поправок на влияние палеоклимата визмеренные значения теплового потока описана в предыдущих главах.

Здесьеще раз отметим только следующее. Искажения градиента температуры, а,следовательно, и теплового потока, вызванные прошлыми изменениямитемпературы поверхности Земли, распределены по глубине неравномерно. Вцелом, наиболее значительные искажения наблюдаются на глубинах до 1 – 1,5км. В результате геотермический градиент, а, следовательно, и тепловой потокв этом интервале оказываются пониженными. Влияние палеоклимата будетбольше, если тепловой поток определялся в неглубокой скважине, или, если18интервал определения теплового потока включает верхнюю часть разрезаскважины.

Если тепловой поток определялся в глубоких скважинах, особенно,если учитывались данные только по нижней части разреза, то поправки могутбыть незначительными.В западной части территории, в первой зоне, глубина скважин составляет1300 - 3000 м, несколько скважин имеют глубину около 5000 м. Верхняяграница интервала определения теплового потока здесь находится на глубинах,превышающих, иногда значительно, 500 м. Поэтому поправки на влияниепалеоклимата в этой зоне не очень велики, и составляют в среднем 6,7 мВт/м2.Глубина скважин, по которым проводилось определение теплового потока вТагило-Магнитогорской зоне и в восточной части изучаемой территории, заредким исключением не превышает 1 км. На этих глубинах искажения,вызванные влиянием палеоклимата наиболее значительны.

Поправки навлияние палеоклимата во второй и третьей зонах составляют в среднем12 мВт/м2 при средних значения измеренного теплового потока 24 мВт/м2 и34 мВт/м2 соответственно.Среди данных, выбранных для статистического анализа, иногдаприсутствуют наблюдения, сильно отличающиеся от других значений. Еслиподозрительными является минимальный или максимальный по величинерезультат, то его называют резко выделяющимся наблюдением или грубойошибкой.

Такие наблюдения могут исказить статистические выводы. Сиспользованием правила Томпсона (Мюллер и др., 1982) из всех выделенныхгрупп были исключены резко выделяющиеся наблюдения.Вероятностно-статистический анализ величин теплового потока наконтинентах, выполненный Б.Г. Поляком и Я.Б. Смирновым (Поляк, Смирнов,1970), показал, что в однотипных геолого-тектонических областяхраспределение теплового потока обычно близко к нормальному.

Длявыделенных нами групп данных (как измеренных, так и исправленныхзначений плотности теплового потока) проведена проверка по критериямсоответствия Пирсона, Романовского и Колмогорова и показано, чтораспределение в каждой группе соответствует нормальному. Расхождениемежду эмпирическим и теоретическим распределением не существенно приуровнях значимости 0,05 и 0,01 и соответствующем числе степеней свободы вкаждой группе.Следующей задачей статистического анализа, решаемой послеопределения основных (выборочных) характеристик и анализа одной выборки,является совместный анализ нескольких выборок. Обычно для этого проводятпроверку статистических гипотез о принадлежности обеих выборок однойгенеральной совокупности или о равенстве средних.Тот факт, что распределение во всех группах данных имеет один и тот жехарактер позволяет сравнивать выборки по отдельным группам между собой.Нами проверялась гипотеза о равенстве средних в двух выборках с помощьюкритерия Стьюдента (t-критерий).

Для проверки гипотезы о равенстведисперсий в двух выборках использовался критерий Фишера.19Сравнение выборок измеренных значений теплового потока по всем тремвыделенным группам показало, что с вероятностью ошибки 0,05 можноутверждать, что западная часть Тагило-Магнитогорской зоны отличается отокружающих территорий по критерию Стьюдента. При этом первая и третьязона не отличаются друг от друга по средним значениям, несмотря на различияв геолого-тектоническом строении. После внесения поправок в измеренныйтепловой поток все три зоны отличаются друг от друга по t-критерию. Присравнении дисперсий по критерию Фишера различия во всех случаях оказалисьстатистически значимыми.Таким образом, вероятностно-статистический анализ показал, чтозападная часть Тагило-Магнитогорской зоны выделяется по критериямСтьюдента и Фишера при уровне значимости 0,05 как по измеренным, так и поисправленным на влияние палеоклимата значениям теплового потока.Полученные результаты свидетельствуют о том, что зона аномальнонизких тепловых потоков в Тагило-Магнитогорской зоне четко выявляется ипри рассмотрении измеренных значений теплового потока, и при внесениипоправок на влияние палеоклимата.

Следовательно, возникновение этойаномалии невозможно объяснить только влиянием палеоклимата. Скорее всего,аномалия теплового потока связана с особенностями глубинного строения игеологического развития региона, и основной ее причиной является низкаятеплогенерация в Тагило-Магнитогорской зоне.ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновные результаты диссертационной работы заключаются вследующем:1. По геотермическим данным выполнены новые реконструкциитемпературных историй поверхности Земли на Южном Урале за последнеетысячелетие.

По данным из глубокой скважины Леузинская-1 выполнена новаяоценка амплитуды вюрм-голоценового потепления. Результаты инверсии запоследнее тысячелетие показывают, что малому ледниковому периоду на Уралепредшествовал средневековый теплый период, температуры в максимумекоторого (1200 г. н.э.) примерно соответствовали современным. Кульминациямалого ледникового периода наступила приблизительно в 1700 – 1750 г.

н.э.Температура поверхности в это время была на 1,2 – 3 К ниже современной.Амплитуда вюрм-голоценового потепления по данным из скважиныЛеузинская-1 оценивается примерно в 11 °C. Приведенный результат являетсявсего третьей по счету оценкой по геотермическим данным на Урале послеполученных ранее по скважинам Ильменская 1 (термограмма до 2000 м) и СГ-4(термограмма до 4000 м).2. Предложена модель изменений климата в прошлом, позволяющаяввести палеоклиматические поправки в измеренные значения теплового потокана Урале.3.

Выработана единая методика введения палеоклиматических поправок,учитывающая зависимость палеоклиматического сигнала от широты и долготыместности.204. С учетом результатов моделирования введены поправки на влияниепалеоклимата в измеренный тепловой поток по скважинам. Результатысвидетельствуют о том, что искажающее влияние палеоклимата сильнеевыражено в неглубоких скважинах, расположенных преимущественно вТагило-Магнитогорской зоне, пространственно совпадающей с зонойаномально низких тепловых потоков. Однако зона аномально низких тепловыхпотоков в Магнитогорской зоне четко выявляется и при внесении поправок, тоесть возникновение этой аномалии невозможно объяснить только влияниемпалеоклимата.