gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2026-17-4-0909ZWHFDBgtcrust-2357Research ArticleТЕКТОНОФИЗИКАTECTONOPHYSICSОРИЕНТАЦИЯ ВОЗНИКАЮЩИХ НАРУШЕНИЙ СКОЛОВОГО ТИПА КАК ИНДИКАТОР НАПРАВЛЕНИЯ ОСЕЙ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙSHEAR-TYPE FRACTURE ORIENTATIONS AS AN INDICATOR OF THE PRINCIPAL STRESS AXES DIRECTIONhttps://orcid.org/0000-0001-6833-4558ЛермонтоваА. С.LermontovaA. S.

123242, Москва, ул. Большая Грузинская, 10, стр. 1

10-1 Bolshaya Gruzinskaya St, Moscow 123242

alermontova@mail.ruИнститут физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАНРоссияSchmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of SciencesRussian Federation202619082026174909909Copyright © Лермонтова А.С., 20262026Лермонтова А.С.Lermontova A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/2357

Большинство существующих методов реконструкции поля напряжений использует совокупности трещин для определения напряженного состояния в небольшом объеме геосреды. Восстановление ориентаций осей главных напряжений в точке возможно по паре сопряженных трещин. В настоящей работе на основе математического моделирования поля напряжений в сдвиговой зоне в условиях сжатия показано, что, даже когда развивается только одна из систем трещин, а сопряженная к ней не получает развития или не образуется вовсе, сколы существующей системы формируются, отклоняясь на угол скалывания от локальной оси максимального сжатия. Следовательно, в условиях сжатия при нахождении точки разрушения на линейной части диаграммы Мора возникновение даже одиночного возникающего скола несет много информации о локальных ориентациях осей главных напряжений в точке возникновения. Данная информация может быть использована при достаточно узких условиях – это наличие сведений об ориентации промежуточной оси главных напряжений и о положении рассматриваемого объема среды в момент возникновения скола, однако все они могут быть выполнены, например, при физическом моделировании. Последовательное возникновение сколов позволяет точно отследить изменение ориентаций главных осей независимо от того, известно ли точное значение угла скалывания породы.

Most of the existing stress field reconstruction methods involve fracture systems to determine the stress state in a small-volume geomedium. The principal stress axes orientations at a point can be reconstructed from a pair of conjugate fractures. Based on mathematical modeling of compression stress field in the shear zone, this article shows that even when only one of two conjugate fracture systems develops and another one does not or is not being formed at all, the shears of the existing system are formed at an angle to the local maximum compression axis. Therefore, when the compression failure point is in the linear part of the Mohr diagram, the formation of even one shear gives a lot of information concerning local principal stress axes orientations at the formation point. This information can be used under rather restricted conditions – with knowledge about the intermediate principal stress axis orientation and the considered-volume medium location at the moment of shear formation, but all this can be obtained, for example, in physical modeling. Successive formation of shears allows for accurate monitoring of the variations in principal axes orientations irrespective of whether the precise shear angle is known.

поле напряженийзона сдвиганарушения второго порядкасколы Риделяугол скалыванияstress fieldshear zonesecond-order faultsRiedel shearsshear angleИсследование проведено в рамках госзадания ИФЗ РАН (проект № 122040600089-4).The study was carried out on the state assignment of the IPE RAS (project No. 122040600089-4).ReferencesБорняков С.А. Тектонофизический анализ процесса формирования трансформной зоны в упруговязкой модели // Проблемы разломной тектоники / Ред. Н.А. Логачев, С.И. Шерман. Новосибирск: Наука, 1981. С. 26–44.Bornyakov S.A., 1981. Tectonophysical Analysis of the Process of Formation of the Transform Zone in an Elastic-Viscous Model. In: N.A. Logachev, S.I. Sherman (Eds), Problems of Fault Tectonics. Nauka, Novosibirsk, p. 26–44 (in Russian).Борняков С.А., Семинский К.Ж., Буддо В.Ю., Мирошниченко А.И., Черемных А.В., Черемных А.С., Тарасова А.А. Основные закономерности разломообразования в литосфере и их прикладные следствия (по результатам физического моделирования) // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 4. С. 823–861. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-4-0159.Bornyakov S.А., Seminsky К.Zh., Buddo V.Yu., Miroshnichenko А.I., Cheremnykh А.V., Cheremnykh А.S., Tarasova А.А., 2014. Main Regularities of Faulting in Lithosphere and Their Application (Based on Physical Modelling Results). Geodynamics & Tectonophysics 5 (4), 823–861 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-4-0159.Фролова Н.С., Корбутяк А.Н., Мишакина А.А., Корпач С.В. Развитие деформаций в зонах сдвига: результаты физического моделирования с использованием песка // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Материалы Четвертой тектонофизической конференции в ИФЗ РАН (03–08 октября 2016 г.). М.: ИФЗ РАН, 2016. Т. 2. С. 385–392.Frolova N.S., Korbutyak A.N., Mishakina A.A., Korpach S.V., 2016. Deformation Development in Shear Zones: The Results of Physical Modeling in Sand. In: Tectonophysics and Challenges in Earth Sciences. Proceedings of the Fourth Tectonophysical Conference in the IPE RAS (October 03–08, 2016). Vol. 2. IPE RAS, Moscow, p. 385–392 (in Russian).Гинтов О.Б. Полевая тектонофизика и ее применение при изучении деформаций земной коры. Киев: Феникс, 2005. 572 с.Gintov O.B., 2005. Field Tectonophysics and Its Application in Studies of Deformation of the Earth’s Crust. Phoenix, Kiev, 572 p. (in Russian).Гогоненков Г.Н., Кашик А.С., Тимурзиев А.И. Горизонтальные сдвиги фундамента Западной Сибири // Геология нефти и газа. 2007. № 3. С. 3–11.Gogonenkov G.N., Kashik A.S., Timurziev A.I., 2007. Horizontal Displacements of West Siberia’s Basement. Russian Oil and Gas Geology 3, 3–11 (in Russian).Гончаров M.А., Рогожин Е.А., Фролова Н.С., Рожин П.Н., Захаров В.С. Mегасколы Риделя R’ и тенденция к гравитационному равновесию как главные факторы цунамигенных землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 4. 939–991. https://doi.org/10.5800/gt-2014-5-4-0164.Goncharov M.A., Rogozhin E.A., Frolova N.S., Rozhin P.N., Zakharov V.S., 2014. Riedel Megashears R’ and the Trend to Gravitational Equilibrium as Main Factors of Tsunamigenic Earthquakes. Geodynamics & Tectonophysics 5 (4), 939–991 (in Russian). https://doi.org/10.5800/gt-2014-5-4-0164.Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.Gzovsky M.V., 1975. Fundamentals of Tectonophysics. Nauka, Moscow, 536 p. (in Russian).Hancock P.L., 1985. Brittle Microtectonics: Principles and Practice. Journal of Structural Geology 7 (3–4), 437–457. https://doi.org/10.1016/0191-8141(85)90048-3.Hancock P.L., 1985. Brittle Microtectonics: Principles and Practice. Journal of Structural Geology 7 (3–4), 437–457. https://doi.org/10.1016/0191-8141(85)90048-3.Каримова А.А., Борняков С.А. Эволюция разрывной структуры сдвиговой зоны как периодический процесс (по результатам физического моделирования) // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле. 2020. Т. 33. С. 44–52. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2020.33.44.Karimova А.А., Bornyakov S.A., 2020. The Evolution of the Discontinuos Structure of the Shear Zone as a Periodic Process (Based on Physical Modeling). The Bulletin of Irutsk State University. Series Earth Sciences 33, 44–52 (in Russian). https://doi.org/10.26516/2073-3402.2020.33.44.Корбутяк А.Н., Фролова Н.С., Мишакина А.А. Физическое моделирование структурообразования в осадочном чехле над разломом фундамента. Сопоставление с эшелонированными нефтегазоносными валообразными поднятиями севера Западно-Сибирской плиты // Каротажник. 2018. № 3 (285). С. 57–67.Korbutyak A.N., Frolova N.S., Mishakina A.A., 2018. Physical Modeling of Structuring in the Sedimentary Mantle Above a Basement Fault. Comparison with the En-Echelon Oiland-Gas-Bearing Swell-Like Upheavals in Northern West-Siberia Platform. Karotazhnik 3 (285), 57–67 (in Russian).Леонов М.Г., Морозов Ю.А., Стефанов Ю.П., Бакеев Р.А. Зоны концентрированной деформации (структуры цветка): натурные наблюдения и данные моделирования // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 693–670. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0368.Leonov M.G., Morozov Yu.A., Stephanov Yu.P., Bakeev R.A., 2018. Zones of Concentrated Deformation (Flower Structures): Field Observations and Modeling Data. Geodynamics & Tectonophysics 9 (3), 693–720 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0368.Лермонтова А.С. Поле напряжений внутри зоны сдвига и образование магистрального разлома // Геодинамика и тектонофизика. 2021. Т. 12. № 3. С. 499–507. https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3-0536.Lermontova A.S., 2021. Stress Field in a Shear Zone, and Formation of the Main Fault. Geodynamics & Tectonophysics 12 (3), 499–507 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2021-12-3-0536.Лермонтова А.С., Ребецкий Ю.Л. Исследование взаимодействия трещин сдвига на основе приближенного аналитического решения задачи теории упругости // Геодинамика и тектонофизика. 2012. Т. 3. № 3. С. 239–274. https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-3-0073.Lermontova A.S., Rebetsky Yu.L., 2012. Research of Interactions Between Shear Fractures on the Basis of Approximate Analytical Elastic Solutions. Geodynamics & Tectonophysics 3 (3), 239–274 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-3-0073.Михайлова А.В. Геодинамические характеристики структур, образовавшихся в слое над активными разломами фундамента // Геофизика XXI столетия: 2006 год. Сборник трудов Восьмых геофизических чтений им. В.В. Федынского (2–4 марта, 2006 г.). Тверь: ГЕРС, 2007. С. 111–118.Mikhailova A.V., 2007. Geodynamic Characteristics of Structures Formed in the Layer Above Active Faults in the Basement. In: Geophysics of the XXI Century: The Year of 2006. Proceedings of the Eighth Geophysical Readings Named after V.V. Fedynsky (March 02–04, 2006). GERS, Tver, p. 111–118 (in Russian).Naylor M.A., Mandl G., Sijpesteijn C.H.K., 1986. Fault Geometries in Basement-Induced Wrench Faulting Under Different Initial Stress States. Journal of Structural Geology 8 (7), 737–752. https://doi.org/10.1016/0191-8141(86)90022-2.Naylor M.A., Mandl G., Sijpesteijn C.H.K., 1986. Fault Geometries in Basement-Induced Wrench Faulting Under Different Initial Stress States. Journal of Structural Geology 8 (7), 737–752. https://doi.org/10.1016/0191-8141(86)90022-2.Николаев П.Н. Методика статистического анализа трещин и реконструкция полей напряжений // Известия вузов. Геология и разведка. 1977. № 12. С. 103–115.Nikolaev P.N., 1977. Methods of Statistical Analysis of Fractures and Reconstruction of Tectonic Stresses. Proceedings of Higher Educational Establishments. Geology and Exploration 12, 103–115 (in Russian).Осокина Д.Н., Фридман В.Н. Исследование закономерностей строения поля напряжений в окрестностях сдвигового разрыва с трением между берегами // Поля напряжений и деформаций в земной коре. М.: Наука, 1987. С. 74−119.Osokina D.N., Fridman V.N., 1987. A Study of the Regularities in the Stress Field Structure near the Shear Fault with Friction Between the Sides. In: Stress and Strain Fields of the Earth’s Crust. Nauka, Moscow, p. 74−119 (in Russian).Panteleev I.A., Lozhkin D.V., Lyakhovsky V.A. 2024. Orientation of the Localized Damage Zone in a Brittle Solid Under True Triaxial Compression. Mechanics of Solids. Т. 59. № 5. С. 2776–2788. https://doi.org/10.3103/s0025654422050107.Panteleev I.A., Lozhkin D.V., Lyakhovsky V.A. 2024. Orientation of the Localized Damage Zone in a Brittle Solid Under True Triaxial Compression. Mechanics of Solids. Т. 59. № 5. С. 2776–2788. https://doi.org/10.3103/s0025654422050107.Panteleev I.A., Lyakhovsky V.A., 2022. Orientation of Fracture in a Brittle Solid Under Conventional Triaxial Compression. Mechanics of Solids 57 (5), 1016–1034. https://doi.org/10.3103/s0025654422050107.Panteleev I.A., Lyakhovsky V.A., 2022. Orientation of Fracture in a Brittle Solid Under Conventional Triaxial Compression. Mechanics of Solids 57 (5), 1016–1034. https://doi.org/10.3103/s0025654422050107.Парфенов В.Д. К методике тектонофизического анализа геологических структур // Геотектоника. 1984. № 1. С. 60–72.Parfenov V.D., 1984. On Tectonophysical Analysis Method for Geological Structure. Geotectonics 1, 60–72 (in Russian).Поль Б. Макроскопические критерии пластического течения и хрупкого разрушения // Разрушение. Математические основы теории разрушения / Ред. Г. Либовиц. М.: Мир, 1975. Т. 2. С. 336–520.Paul B., 1975. Macroscopic Criteria for Plastic Flow and Brittle Fracture. In: H. Liebowitz (Ed.), Fracture. An Advanced Treatise. Vol. 2. Mathematical Fundamentals. Mir, Moscow, p. 336–520 (in Russian).Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Структуры разрушения в глубине зон сдвигания. Результаты тектонофизического моделирования // Проблемы тектонофизики: К сорокалетию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. М.: Изд-во ИФЗ РАН, 2008. С. 103–140.Rebetsky Yu.L., Mikhailova A.V., Sim L.A., 2008. Fracture Structures at the Depths of Shear Zones. Tectonophysical Modeling Results. In: Problems of Tectonophysics. To the 40th Anniversary of M.V. Gzovsky Laboratory of Tectonophysics IPE RAS. IPE RAS Publishing House, Moscow, p. 103–140 (in Russian).Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Маринин А.В. От зеркал скольжения к тектоническим напряжениям. Методики и алгоритмы. М.: ГЕОС, 2017. 234 с.Rebetsky Yu.L., Sim L.A., Marinin A.V., 2017. From Slickenside to Tectonic Stresses. Techniques and Algorithms. GEOS, Moscow, 234 p. (in Russian).Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Наука, 1975. 212 с.Rzhevsky V.V., 1975. Physical and Technical Parameters of Rocks. Nauka, Moscow, 212 p. (in Russian).Schulson E.M., 2004. Compressive Shear Faults Within Arctic Sea Ice: Fractures on Scales Large and Small. Journal of Geophysical Research: Oceans 109 (С7), C07016. https://doi.org/10.1029/2003JC002108.Schulson E.M., 2004. Compressive Shear Faults Within Arctic Sea Ice: Fractures on Scales Large and Small. Journal of Geophysical Research: Oceans 109 (С7), C07016. https://doi.org/10.1029/2003JC002108.Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Гео, 2003. 244 с.Seminsky K.Zh., 2003. Internal Structure of Continental Fault Zones. Tectonophysical Aspect. GEO, Novosibirsk, 244 p. (in Russian).Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука, 1983. 112 с.Sherman S.I., Bornyakov S.A., Buddo V.Yu., 1983. Areas of Dynamic Influence of Faults (Modelling Results). Nauka, Novosibirsk, 112 р. (in Russian).Stefanov Yu.P., Bakeev R.A., 2015. Formation of Flower Structures in a Geological Layer at a Strike-slip Displacement in the Basement. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 51 (4), 535–547. https://doi.org/10.1134/S1069351315040114.Stefanov Yu.P., Bakeev R.A., 2015. Formation of Flower Structures in a Geological Layer at a Strike-slip Displacement in the Basement. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 51 (4), 535–547. https://doi.org/10.1134/S1069351315040114.Стефанов Ю.П., Бакеев Р.А., Ребецкий Ю.Л., Конторович В.А. Структура и стадии формирования разломной зоны в слое геосреды при разрывном горизонтальном сдвиге основания // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 5. С. 41–52.Stefanov Yu.P., Bakeev R.A., Rebetsky Yu.L., Kontorovich V.A., 2013. Structure and Formation Stages of a Fault Zone in a Geomedium Layer in Stick-Slip Displacement of the Base. Physical Mesomechanics 16 (5), 41–52 (in Russian).Стоянов С.С. Механизм формирования разрывных зон. М.: Недра, 1977. 144 с.Stoyanov S.S., 1977. Mechanism of Formation of Fault Zones. Nedra, Moscow, 144 p. (in Russian).Tchalenko J.S., 1968. The Evolution of Kink-Bands and the Development of Compression Textures in Sheared Clays. Tectonophysics 6 (2), 159–174. https://doi.org/10.1016/0040-1951(68)90017-6.Tchalenko J.S., 1968. The Evolution of Kink-Bands and the Development of Compression Textures in Sheared Clays. Tectonophysics 6 (2), 159–174. https://doi.org/10.1016/0040-1951(68)90017-6.Tchalenko J.S., 1970. Similarities Between Shear Zones of Different Magnitudes. GSA Bulletin 81 (6), 1625–1640. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1970)81[1625:SBSZOD]2.0.CO;2.Tchalenko J.S., 1970. Similarities Between Shear Zones of Different Magnitudes. GSA Bulletin 81 (6), 1625–1640. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1970)81[1625:SBSZOD]2.0.CO;2.Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979. 272 с.Tsytovich N.A., 1979. Mechanics of Grounds. Vysshaja Shkola, Moscow, 272 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.