Структура теплового потока Южного Урала с учётом влияния палеоклимата (1104914), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сальников, И.В.Голованова) и Институтом геофизики УрО РАН (Ю.П. Булашевич, В.А.Щапов). Всего при изучении распределения плотности теплового потока наУрале двумя коллективами записано более трех сотен скважинных термограмм.Начиная со второй половины 90-х годов на первое место вышлопалеоклиматическое приложение геотермических данных. Оказалось, чтотребования, предъявляемые к термограммам при палеоклиматическом анализе,должны быть значительно более жесткими, чем при традиционных расчетахплотности теплового потока, а методика анализа по возможностистандартизирована.9В результате предварительного анализа из множества данныхскважинных измерений температуры для палеоклиматического анализасформирована тестовая выборка из 44 термограмм (50°10' – 58°22' c.ш., 57°40' –62°45' в.д.).
Они удовлетворяют следующим условиям: глубина не менее 700 м,термограммы в наибольшей степени удовлетворяют модели одномерноготеплопереноса, т.е. наименее отягощены неклиматическими влияниями –перетоков и фильтрации подземных вод, рельефа, локальных поверхностныханомалий.Измерения температуры выполнены с шагом 10 или 20 м с точностью до0,02 ºС. Теплопроводность образцов пород, слагающих разрез, изученадетально, кроме самой верхней его части, сложенной выветрелыми породами.Предусматривалась оценка временных и пространственных измененийтемпературы поверхности Земли на Урале, начиная с вюрмского оледенения(80-10 тыс.л.н) и заканчивая текущим столетием. В работе приводятсярезультаты, полученные в Институте геологии УНЦ РАН.Для реконструкции температурных историй земной поверхности запоследнее тысячелетие нами применялся метод инверсии в функциональномпространстве (Shen, Beck, 1991).
Достоинством метода является то, что всепараметры среды могут быть определены одновременно. Для решения задачинеобходимо задать полное априорное описание параметров модели, таких как:температура на поверхности, теплофизические свойства пород, плотностьтеплового потока на нижней границе, начальное распределение температур вскважине, дисперсию этих свойств. Известно, что чем более точно будет заданоначальное приближение и сужены интервалы входных параметров, тем ближебудет результат инверсии к истинному.
Поэтому лучшие результаты можнополучить по скважинам, для которых имеются достаточно полные икачественные экспериментальные данные о температуре и теплофизическихсвойствах разреза.Перед тем, как использовать метод для обработки скважинных данных,мы исследовали его разрешающую способность для реконструкции тех илииных климатических событий в прошлом. Для этого выполнено моделированиевлияния палеоклимата за последние 250 тысяч лет на распределениетемпературы с глубиной (прямая задача).
Затем полученное распределениетемпературы с глубиной используется для инверсии (обратная задача). Порезультатам численного моделирования были выбраны параметры, которыедолжны задаваться априорно и необходимая длительность периода, на которыйпроизводится инверсия.При обработке данных большое значение имеет выбор значенийаприорных стандартных отклонений для скважинных температур σT итеплопроводностей σλ. Климатический сигнал затухает с увеличением глубины.Поэтому для реконструкции более отдаленных событий требуется ужесточатьограничения на качество исходных данных.
Для реконструкции малоголедникового периода по результатам моделирования выбраны значениястандартных отклонении Т = 0,03 К и λ = 0,5 Вт/(м К). Большая часть данныхудовлетворяет этому условию и позволяет достаточно надежно его10реконструировать. При указанных параметрах средневековый оптимумполучается сглаженным. Для его реконструкции рекомендуется ужесточитьограничения на качество исходных данных и использовать следующиезначения стандартных отклонении: Т = 0,01 К и λ = 0,3 Вт/(м К).Изучалось влияние длительности периода, на который производитсяреконструкция, на результаты инверсии. Скважины глубиной 800 м, впринципе, позволяют реконструировать климат на несколько тысяч лет назад.Результат зависит от выбранной длительности периода инверсии. Наиболеедостоверно можно реконструировать события, произошедшие примерно запоследнюю половину или третью часть выбранного периода. Это происходитпотому, в что в более отдаленной части сказывается влияние задаваемых прирешении ограничений на температуру поверхности Земли.
Например, инверсиядо 1000 лет назад, как это часто делалось в предыдущих работах, позволяетболее или менее надежно реконструировать события за последние 300-500 лет,т.е. малый ледниковый период. Для того, чтобы надежно реконструироватьмаксимум средневекового теплого периода, надо проводить инверсию напериод не менее 3000 лет назад.Результаты инверсии за последнее тысячелетие показывают, что маломуледниковому периоду на Урале предшествовал средневековый теплый период,температуры в максимуме которого (1200 г.
н.э.) примерно соответствовалисовременным. Кульминация малого ледникового периода наступилаприблизительно в 1700 – 1750 г. н.э. Температура поверхности в это время былана 1,2–3 К ниже современной. Различия в оценках обусловлены влияниемфакторов неклиматической природы и региональной изменчивостьюпалеотемператур. Существенных различий в изменениях в южной и севернойчастях региона выявить не удалось. Результаты геотермических реконструкцийпалеоклимата довольно хорошо согласуются с данными других методов(метеоданные и др.).Эта же выборка данных обрабатывалась с применением другихалгоритмов инверсии (Д.Ю. Демежко).
При отборе скважинных данных дляинверсии для оценки их качества требуется большое количестводополнительнойинформации,котораязачастуюнедоступна.Нампредставляется, что перед применением любого метода инверсии скважинныеданные должны быть подвергнуты жесткому отбору. При отборе качественныхисходных данных результаты, полученные различными методами, оказываютсяблизки.В разделе 2.2.
приведены результаты реконструкции вюрм-голоценовогопотепления на Южном Урале.На Урале оценки амплитуды вюрм-голоценового потепления погеотермическим данным получены усилиями двух научных коллективов:Института геологии УНЦ РАН и Института геофизики УрО РАН. Перваяоценка была получена в Институте геологии УНЦ РАН по скважинеИльменская-1 (Golovanova et al., 2000b), расположенной в Ильменскомзаповеднике и достигающей глубины 2000 м. Оценка амплитуды потепления поэтой скважине составляет примерно 8,3 K.11Практически одновременно с этим в Институте геофизики УрО РАН(Демежко, 2001) выполнена реконструкция температурной истории,охватывающей период более 10 тыс.
лет по данным из Уральскойсверхглубокой скважины СГ-4. Использована термограмма до глубины 4 км.Еще несколько температурных историй получено по скважинам глубиной до 2км. Однако реконструированные амплитуды потепления существеннозанижены, а датировки уменьшены в несколько раз. Поэтому каждая новаявозможность реконструкции температуры поверхности Земли по данным изглубоких скважин, содержащим более полную информацию, имеет важноезначение.Новые оценки изменений палеоклимата выполнены нами по данным изглубокой параметрической скважины Леузинская-1, расположенной вбашкирской части Юрюзано-Сылвенской впадины Предуральского прогиба.Использована термограмма, записанная в апреле 2002 года до глубины 4512 м.Перед измерением температуры скважина находилась в консервации большемесяца, после окончания бурения прошло больше 3 месяцев.
Изученная частьразреза включает отложения палеозоя до глубины 3818 м и верхнего рифея.Для реконструкции изменений климата применялся метод инверсии вфункциональном пространстве (FSI) (Shen, Beck, 1991). Качество исходныхгеотермических данных по скважине позволяет использовать при инверсиизначения стандартных отклонений для температуры σT = 0,05 К. Тепловыесвойства горных пород были приняты по данным изучения соседних скважин,расположенных в этой же структурно-тектонической зоне, с учетомконкретного разреза скважины.
Для теплопроводности принималосьσλ = 0,3 Вт/(м К). По результатам вычислений амплитуда вюрм-голоценовогопотепления оценивается примерно в 11 °C. Приведенный результат являетсявсего третьей по счету оценкой по геотермическим данным на Урале.Еще один возможный подход к оценке прошлых изменений климата –совместная инверсия данных по группам скважин. Подход основан напредположении, что в регионе с одинаковой климатической историейсовместная инверсия подавляет случайный “термический шум” и выявляетобщий климатический сигнал.
Для скважин Леузинская-1 и Ильменская-1выполнена совместная инверсия в функциональном пространстве. Амплитудавюрм-голоценового потепления также составляет 10 °C. Полученныерезультаты позволяют более обосновано оценить историю изменения климатана Южном Урале.Раздел 2.3. Выбор модели изменений палеоклимата Урала погеотермическим данным.На Урале при определении теплового потока поправки на климатпрошлых эпох не вводились из-за отсутствия точных данных о длительностиклиматических эпох и амплитуде изменения температур за это время. Запоследнее время сведения об изменении температуры поверхности Земли визучаемом регионе существенно пополнились.В современном геотемпературном поле наиболее заметный след оставилидва климатических эпизода прошлого – вюрмское оледенение 80–10 тысяч лет12назад, и малый ледниковый период, 600–150 лет назад (Демежко, 2001).Причем влияние первого распространяется до первых километров, второго – донескольких сотен метров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
