Search

The study was carried out by applying the Hooke’s physical law – to describe the relationship of the horizontal strains and geodynamic stresses of the Earth-crust. Experimental studies were carried out in the territory of the geodynamic polygon of the Ignalina Nuclear Power Plant. New data of geodynamic stress changes that are significantly related with the tectonic structure of the territory were obtained. After the analysis and generalization of results obtained, the change of tectonic stresses in the surroundings of the geodynamic ground of the Ignalina Nuclear Power Plant and its connections with tectonic structure were determined. The conclusion is drawn that Hooke’s law, by describing the relations between horizontal strains of the Earth-crust and geodynamic stresses, may be used practically and applied for estimating the regularities of the geodynamic stress change.

The study was performed with intent to apply the inverse Hook’ law – to describe connections between horizontal deformations of the Earth-crust and geodynamic stresses; tensor methods of stress estimation were based theoretically and experimental calculations were carried out in the territory of the Ignalina Nuclear Power Plant region. New data of the study of geodynamic stress change that are significantly related to a tectonic structure of the territory were obtained. Having analysed and generalised the results of calculation according to geodetic surveys, a tectonic activity in the surroundings of the graben Drūkšiai was established. The conclusion is drawn that the inverse Hook’ law, by describing the connections between horizontal movements of the Earth-crust and geodynamic stresses, may be used practically and applied for estimating the regularities of the geodynamic stress change. Article in Lithuanian Geodinaminių žemės plutos įtampų pokyčiai Ignalinos atominės elektrinės regione Santrauka. Tyrimas atliktas siekiant pritaikyti atvirkštinį Huko fizinį dėsnį horizontaliųjų Žemės plutos deformacijų bei geodinaminių įtampų s ąsajoms aprašyti, teoriškai pagrįsta tenzorinė įtampų įvertinimo metodika bei atlikti eksperimentiniai žemės plutos įtampų Ignalinos atominės elektrinės regiono teritorijoje skaičiavimai. Gauti nauji geodinaminių įtampų pokyčių duomenys, kurie akivaizdžiai yra susiję su teritorijos tektonine sandara. Išanalizavus skaičiavimo pagal geodezinių matavimų duomenis rezultatus ir apibendrinus, nustatytas tektoninis aktyvumas Drūkšių grabeno aplinkoje. Daroma išvada, kad atvirkštinis Huko dėsnis, nusakant horizontaliųjų Žemės plutos judesių bei geodinaminių įtampų sąsajas, gali būti taikomas praktiškai bei įvertinant geodinaminių įtampų pokyčių dėsningumus. Raktažodžiai: GPS, geodinaminiai procesai, tektoninės įtampos, Žemės plutos deformacijos.

For investigating the horizontal deformations of geodetic networks the data of GPS measurements of the epochs about 1992 and 2003 were used. To avoid the impact of the discrepancy of the systems of coordinates upon the parameters of the deformations, the method of tensor analysis was applied using the method of finite elements. A geodetic network consists of 19 triangles; 15 geodetic ground benchmarks observed by GPS method were used. The horizontal deformations of geodetic network in the territory of the Baltic Sea region were calculated. The maximum relative strain in the territory of the Baltic Sea region varies between +0,03×10–6 and +0,58×10–6 and is positive within the whole territory; the minimum relative strain varies between –0,93×10–6 and +0,03×10–6; and the dilatation varies between –0,35×10–6 and +0,16×10–6. Article in English Geodezinių tinklų deformacijų tyrimas Baltijos regione pagal GPS matavimų duomenis Geodezinių tinklų horizontaliosioms deformacijoms tirti panaudoti 1992–2003 m. GPS matavimų duomenys. Siekiant išvengti koordinačių sistemų nesutapimo įtakos deformacijų parametrams, taikyta tenzorinės analizės metodika, deformacijų parametrus įvertinant baigtinių elementų metodu. Sudarytas 19 trikampių tinklas, tinklui panaudota 15 GPS punktų. Apskaičiuoti geodezinių tinklų horizontaliųjų deformacijų Baltijos teritorijoje parametrai: svarbiausiosios deformacijos, maksimalios santykinės deformacijos kryptis, dilatacija. Maksimalioji santykinė deformacija Baltijos teritorijoje kinta nuo +0,03×10–6 iki +0,58×10–6 ir yra teigiama visoje teritorijoje, minimalioji santykinė deformacija kinta nuo –0,93×10–6 iki +0,03×10–6, dilatacija kinta nuo –0,35×10–6 iki +0,16×10–6.

Lithuania has a high ecological hazard structure (for example, the Ignalina Nuclear Power Plant, a petroleum refining company in Mažeikiai, chemical factories in Jonava and Kėdainiai). Clearly seismic events may disrupt their work and even cause serious damage to the environment. Heavy environmental pollution might be provoked by chemical and radioactive materials. Seismic events are determined by the seismotectonic potential of the territory. Such potential is interrelated with the deformation of the Earth‘s crust research into which is one of the sources of information for attempting to forecast the development of seismotectonic activity. The purpose of this work is to evaluate horizontal stresses and strains in the territory of Lithuania analyzing data on GPS observation. The carried out studies on the Earth’s crust using horizontal deformations and stress calculation methods have developed the new characteristics of horizontal deformation and showed the results of stress changes. Article in Lithuanian Lietuvos teritorijos žemės plutos deformacijų ir seismotektoninio potencialo ryšys Santrauka. Lietuvoje yra statinių, keliančių ekologinio pavojaus grėsmę (Ignalinos atominė elektrinė, Mažeikių naftos perdirbimo įmonė, chemijos gamyklos Jonavoje bei Kėdainiuose ir pan.). Seisminiai įvykiai gali sutrikdyti šių įmonių veiklą ir net lemti didelį pavojų aplinkai, t. y. gali būti sukelta didelė aplinkos tarša cheminėmis bei radioaktyviosiomis medžiagomis. Seisminius įvykius lemia teritorijos seismotektoninis potencialas. Seismotektoninis potencialas ir Žemės plutos deformacijos yra tarpusavyje susiję reiškiniai, kuriuos sukelia dažnai tie patys giluminiai procesai Žemės gelmėse. Žemės plutos deformacijų tyrimas yra vienas iš informacijos šaltinių prognozuojant teritorijos seismotektoninį aktyvumą. Straipsnyje nagrinėjamos Žemės plutos horizontaliosios deformacijos, nustatomi Žemės plutos įtempių pokyčiai Lietuvos teritorijoje pagal GPS matavimų duomenis. Atlikus tyrimus pagal pateikiamą Žemės plutos horizontaliųjų deformacijų ir įtempių tyrimo metodiką, gauti nauji horizontaliųjų deformacijų charakteristikų bei įtempių pokyčių rezultatai ir nustatytos jų sąsajos su seismotektoniniu potencialu. Reikšminiai žodžiai: baigtinių elementų metodas, Huko dėsnis, įtempiai, deformacijos, GPS, seismotektoninis potencialas.

The programme Ansys was applied to model the horizontal movements and the change of tectonic stresses of the Earth crust according to the data of geodetic measuring by the finite element method. Experimental studies were carried out in the territory of the geodynamic polygon of the Ignalina Nuclear Power Plant. The detailed results of parameters of horizontal deformations have been obtained; the new indices of tectonic stress increases - the most important stress increases were calculated and their directions established. On the basis of the study results and their analysis, the conclusion was drawn that the programme Ansys may be applied to model horizontal movements of the Earth crust. The merit of application of this programme, in comparison with usual widely-applied methods of geodetic researches, is not only that it is possible to detail the dispersion of the Earth crust deformations, but also to obtain a new information about the change of tectonic stresses. Article in Lithuanian Žemės plutos horizontaliųjų judesių tyrimas Ansys programa Santrauka. Žemės plutos horizontaliesiems judesiams ir tektoninių įtampų kaitai modeliuoti pagal geodezinių matavimų duomenis baigtinių elementų metodu taikyta Ansys programa. Eksperimentiniai tyrimai atlikti Ignalinos atominės elektrinės geodinaminio poligono teritorijoje. Gauti detalūs horizontaliųjų deformacijų parametrai bei apskaičiuoti nauji tektoninių įtampų prieaugių rodikliai – svarbiausieji įtempimų prieaugiai, nustatytos jų kryptys. Remiantis tyrimo rezultatais bei jų analizės duomenimis, daroma išvada, kad horizontaliesiems Žemės plutos judesiams modeliuoti gali būti taikoma Ansys programa. Šios programos taikymo privalumas, palyginti su įprastiniais plačiai taikomais geodezinių tyrimų būdais, yra ne tik tai, kad galima detalizuoti Žemės plutos deformacijų sklaidą, bet ir gauti naujos informacijos apie tektoninių įtampų kaitą. Raktažodžiai: baigtinių elementų metodas, GPS, geodinaminiai procesai, tektoninės įtampos, Žemės plutos deformacijos.

Spatial strains of the Earth crust were assessed using the finite elements method and an algorithm had been developed for a calculation of such strains. The experimental research had been carried out in the territory of the geodynamic ground of Ignalina Nuclear Power Plant. New parameters of spatial strains of the Earth crust, namely, spatial relative linear and shear strains, were found. The results of the research show certain regularities of spatial strains of the Earth crust, ie motions of the Earth crust in the region of Ignalina Nuclear Power Plant are differentiated according to the blocks – the northern block and the southern block. Article in Lithuanian Žemės plutos erdvinių deformacijų nustatymas taikant GPS matavimų duomenis Santrauka. Erdvinės Žemės plutos deformacijos įvertintos baigtinų elementų metodu, deformacijoms nustatyti sudarytas skaičiavimo algoritmas. Eksperimentiniai tyrimai atlikti Ignalinos atominės elektrinės geodinaminio poligono teritorijoje. Gauti nauji erdvinių Žemės plutos deformacijų parametrai – erdvinės santykinės linijinės bei šlyties deformacijos. Tyrimo rezultatai rodo, kad erdvinėms Žemės plutos deformacijoms būdinga tam tikri dėsningumai, t. y. Žemės plutos judesiai Ignalinos atominės elektrinės rajone yra diferencijuoti pagal blokus – šiaurinį ir pietinį. Reikšminiai žodžiai: baigtinių elementų metodas, erdvinės Žemės plutos deformacijos, GPS.

The generalized characteristics of the spatial (3-D) Earth crust movements using data on GPS measurements were assessed in the region of Ignalina Nuclear Power Plant applying the methodology of tensor analysis. Changes in the principal tectonic stresses were found using a trigonometric method. The new data on the generalized characteristics of the spatial Earth crust movements such as shifts in the directions of the axes of coordinates, the turn of block structure, relative linear and shear strains, changes in normal, tangential and principal tectonic stresses were calculated. The generalized relative strains may vary in the range between –0.012 · 10–6 and –0.760 · 10–6. Changes in stresses may vary in the range between –0.003 MPa and –0.059 MPa. It was established that the values of relative strains and changes in stresses in the region of Ignalina Nuclear Power Plant were of a negative sign, i.e. the territory was affected by general tectonic pressure. Article in Lithuanian Erdvinių Žemės plutos judesių apibendrintųjų charakteristikų nustatymas pagal GPS matavimų duomenis Santrauka. Erdvinių Žemės plutos judesių apibendrintosios charakteristikos pagal GPS matavimų duomenis Ignalinos atominės elektrinės rajone įvertintos taikant tenzorinės analizės metodiką. Svarbiausiųjų tektoninių įtempių pokyčiai nustatyti trigonometriniu metodu. Apskaičiuoti nauji erdvinių Žemės plutos judesių apibendrintųjų charakteristikų duomenys – poslinkiai koordinačių ašių kryptimis; blokinės struktūros posūkis; santykinės linijinės bei šlyties deformacijos; normalinių, tangentinių bei svarbiausiųjų tektoninių įtempių pokyčiai. Apibendrintosios santykinės deformacijos kinta nuo –0,012 · 10–6 iki –0,760 · 10–6 įtempiai svyruoja nuo –0,003 MPa iki –0,059 MPa. Nustatyta, kad santykinių deformacijų ir įtempių pokyčių reikšmės visame nagrinėjamame Ignalinos atominės elektrinės rajone yra neigiamo ženklo, t. y. teritorija yra veikiama bendrojo tektoninio spaudimo. Reikšminiai žodžiai: atvirkštinis Huko dėsnis, apibendrintieji erdvinių įtempių pokyčiai, apibendrintosios erdvinės Žemės plutos deformacijos, GPS.

Changes of Earth crust spatial geodynamic strains were determined by the method of tensor analysis. Components of tensors based on observation results were estimated by the method of finite elements. Strains have been expressed by deformations. New data of Ignalina Nuclear Power Plant region of Earth crust movement characteristics have been obtained by using Hooke's inverse law. Data express the changes of geodynamic normal and tangent spatial strains. The geodynamic strains change from –0.082 MPa to 0.097 MPa. Based on the results of research, a conclusion can be made that territory of Ignalina Nuclear Power Plant region is geodynamically active. Article in Lithuanian Erdvinių geodinaminių įtempių tyrimas pagal geodezinių matavimų rezultatus Santrauka. Žemės plutos erdvinių geodinaminių įtempių pokyčiai nustatyti tenzorinės analizės būdu, tenzoriaus komponentes pagal geodezinių matavimų rezultatus įvertinant baigtinių elementų metodu. Įtempius išreiškus deformacijomis, pagal atvirkštinį Huko dėsnį gauti nauji Žemės plutos judesių Ignalinos atominės elektrinės rajone charakteristikų duomenys – erdvinių geodinaminių normalinių bei tangentinių įtempių pokyčiai. Erdvinių geodinaminių įtempių pokyčiai kinta nuo –0,082 MPa iki 0,097 MPa. Remiantis tyrimo rezultatais, daroma išvada, kad Ignalinos atominės elektrinės rajono teritorija geodinaminiu atžvilgiu yra aktyvi. Reikšminiai žodžiai: atvirkštinis Huko dėsnis, deformacijų ir įtempių tenzoriai, erdvinių geodinaminių įtempių pokyčiai, erdvinės Žemės plutos deformacijos, GPS.

The paper discusses the horizontal movements of the Earth's crust in the territory of Lithuania. The curves of horizontal deformations are found by comparing the changes in coordinates of geodetic network points obtained after repeated measurements carried out after a certain period of time. The goal of the investigation was to analyse the regularities of indications of horizontal movements of the Earth's crust established according to the data of three different geodetic measurements. The parameters of horizontal movements were calculated using the method of finite elements and applying tensor analysis. To implement the investigation in the territory of Lithuania, the authors used the points of the triangulation network, formed in the year 1942; and the points of GPS networks of zero class and first class, formed in the year 1993, and measured once again in the year 2007 (the total of 45 joint points). After the investigation, new curves of horizontal deformations (such as relative linear deformations, relative shear deformations, relative dilatation, the maximum and the minimum elongation of the key horizontal deformations, and the directions of the maximum elongation) were found. In case of the analysis of obtained results, it was found that the positive values of deformations predominate in the direction of the maximum related elongation and the negative values of deformations predominate in the direction of the minimum related elongation. The maximum elongation of the key horizontal deformations varies between −1.608 ·10−6 and 20.832 ·10−6. The minimum elongation of the key horizontal deformations varies between –29.424 ·10−6 and 1.397 ·10−6. Dilatation varies between −27.580 ·10−6 and −8.612 ·10−6. It was found that more intensive changes of indications of deformations were observed at the boundaries of deep blocks of the lithosphere.

GPS measurements recorded within the period from1992 to 2003 were employed to investigate horizontal tectonic stresses in the Earth's crust in the Baltic region. To avoid the impact of discrepancies in the systems of coordinates upon the parameters of deformations, the method of tensor analysis was applied thus estimating parameters employing the method of finite elements. Computations were performed using the created algorithms and applying ANSYS code. The values of tectonic stresses in the Earth's crust in the territory of the Baltic Sea region were calculated considering changes in maximum and minimum principal stresses. The value of change in maximum principal stress in the territory of the Baltic Sea region varies between –0.0013 MPa and +0.0032 MPa; the value of change in minimum principal stress varies between –0.0084 MPa and +0.0009 MPa. Positive values are dominating in directions of changes in maximum principal stresses (extension), whereas negative values – in directions of changes in minimum principal stresses (compression). Santrauka Žemės plutos horizontaliesiems tektoniniams įtempiams tirti naudoti 1992–2003 m. GPS matavimų duomenys. Siekiant išvengti koordinačių sistemų nesutapimo įtakos deformacijų parametrams, taikyta tenzorinės analizės metodika, parametrus įvertinant baigtinių elementų metodu. Skaičiavimai atlikti Ansysprograma. Apskaičiuoti Žemės plutos horizontalieji tektoniniai įtempiai Pabaltijo teritorijoje – svarbiausių maksimaliųjų ir minimaliųjų įtempių pokyčiai. Maksimaliųjų svarbiausių įtempių pokyčiai Pabaltijo teritorijoje svyruoja nuo –0,0013 MPa iki +0,0032 MPa; minimaliųjų – nuo –0,0084 MPa iki +0,0009 MPa. Резюме Для исследования горизонтальных тектонических напряжений земной коры были использованы результаты измерений ГПС, выполненных в 1992 и 2003 гг. Для того, чтобы исключить влияние несовпадения систем координат на полученные результаты параметров деформаций, была применена инвариантная системам координат методика тензорного анализа. Параметры деформаций вычислялись с использованием метода конечных элементов. Для моделирования использована программа Ansys. Определены тектонические горизонтальные напряжения земной коры в Прибалтике: главные напряжения. Максимальные напряжения находятся в пределах от –0,0013 МПа до+0,0032 МПа. Минимальные напряжения меняются от –0,0084 МПа до +0,0009 МПа. Reikšminiai žodžiai: baigtinių elementų metodas, horizontalieji įtempiai, tenzoriaus analizė, GPS, tektoniniai įtempiai Ключевые слова: метод конечных элементов, горизонтальные напряжения, тензорный анализ, ГПС, тектонические напряжения

The geographic position of an object is determined by geodetic latitude, geodetic longitude, geodetic and normal height, and height of the object above the surface of the earth. To determine the geographic position of an object, a technologic scheme is recommended: by applying 3D polar observations, the 3D Cartesian coordinates of the object in the local horizontal coordinate system (for example, with an airport runway tied system) are determined; local horizontal 3D Cartesian coordinates are recomputed into the system of geocentric equatorial 3D Cartesian coordinates; the geodetic coordinates (geodetic latitude, geodetic longitude, and geodetic height) are computed from the geocentric equatorial 3D Cartesian coordinates; based on information about geodetic height and the digital geoid model, the normal height of the object is computed; and object height above the earth is computed from normal height and the digital terrain model. Algorithms for the realisation of this technologic scheme are presented. Santrauka Objekto geografine padetis apibūdinama geodezine platuma, geodezine ilguma, geodeziniu bei normaliniu aukščiais ir objekto aukščiu virš Žemes paviršiaus. Objekto geografinei padečiai nustatyti rekomenduojama tokia technologine schema: taikant erdvinius polinius matavimus, nustatomos objekto erdvines stačiakampes koordinates vietineje (pvz., oro uosto) horizontineje koordinačiu sistemoje; vietines horizontines erdvines stačiakampes koordinates perskaičiuojamos i geocentriniu ekvatoriniu erdviniu stačiakampiu koordinačiu sistema; pagal geocentrines ekvatorines erdvines stačiakampes koordinates apskaičiuojamos geodezines koordinates (geodezine platuma, geodezine ilguma ir geodezinis aukštis); žinant geodezini aukšti ir turint skaitmenini geoido modeli, skaičiuojamas objekto normalinis aukštis; turint normalini aukšti ir skaitmenini reljefo modeli, apskaičiuojamas objekto aukštis virš Žemes paviršiaus. Pateikiami algoritmai šiai technologinei schemai realizuoti. First Publish Online: 14 Oct 2010 Reikšminiai žodžiai: koordinačiu sistema, geodezinis aukštis, GPS, normalinis aukštis, erdviniai poliniai matavimai