Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

РОЛЬ СИЛ ГРАВИТАЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ ГЛУБИННОЙ  СТРУКТУРЫ СДВИГОВЫХ ЗОН

https://doi.org/10.5800/GT-2011-2-1-0033

Полный текст:

Аннотация

В работе на основе результатов теоретического тектонофизического анализа, включающего математическое моделирование напряжений, исследуются структуры разрушения, возникающие в массивах горных пород в зоне горизонтального сдвигания. Реология геосреды – упруго-катакластическое тело. Поскольку за пределом текучести (в данном случае не истинной пластической – дислокационной, а катакластической – трещинной) результат деформирования и морфология разрывных структур зависят от пути нагружения, в работе предлагается в качестве начального рассматривать гравитационное напряженное состояние, сохраняющее девиаторную компоненту. Приведены выражения, позволяющие на основе критериев теории пластичности рассчитывать глубину перехода гравитационного напряженного состояния от чисто упругого деформирования к упруго-катакластическому. Показано, что для скальных и консолидированных пород верхней коры вне зон разломов механизм ползучести связан с катакластическим течением, а не с дислокациями в кристаллах и зернах, что предопределяет зависимость девиаторных напряжений от всестороннего давления и сохранение определенного их уровня в породном массиве. Для исследуемого объекта разрывные нарушения возникают на начальной  стадии нагружения под действием гравитационного напряженного состояния. Их развитие продолжается в ходе квазиоднородного по глубине и латерали горизонтального сдвигания. Окончательное формирование структурного ансамбля трещин происходит после длительного этапа смещения блоков кристаллического фундамента – стадии локализованного сдвигания. Теоретический анализ эволюции напряженного состояния и морфологии структур разрушения показал наличие большого числа трещин со сбросовой компонентой смещения  в срединной по глубине части массива, формирующихся не только на начальной – гравитационной – стадии нагружения, но и на стадиях однородного и локализованного горизонтального сдвигания. Разрывы со сдвиговой компонентой смещения формируются преимущественно в верхней и близ осевой, глубинной части разреза. Выполненный анализ не только необходим для корректного  восстановления механизмов нагружения геологических объектов, но и может быть использован в разведочной геологии для прогноза областей повышенной трещиноватости определенной морфологии.

Об авторах

Юрий Леонидович Ребецкий
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН 
Россия

д.ф.­м.н., зав. лаб. тектонофизики,

123995, ГСП­5, Москва Д­242, ул. Большая Грузинская, 10



Анастасия Всеволодовна Михайлова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН 
Россия

к.т.н., с.н.с.,

123995, ГСП­5, Москва Д­242, ул. Большая Грузинская, 10



Список литературы

1. Айтматов И.Т. Геомеханика рудных месторождений Средней Азии. Фрунзе: Илим, 1987. 246 с.

2. Белоусов В.В., Гончаров М.А. Автоматическое выполнение условий подобия в простейших случаях тектонического моделирования // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев: Наукова думка, 1991. С. 16–20.

3. Бокун А.Н. Некоторые закономерности образования разрывных зон в осадочном чехле при погружении блоков фундамента (по результатам физического моделирования) // Эксперим. тектон. и полевая тектонофизика. Киев: Наукова думка. 1991. С. 112–120.

4. Борняков С.А Тектонофизический анализ процесса формирования трансформной зоны в упруговязкой модели // Проблемы разломной тектоники. Новосибирск, 1981. C. 26–44.

5. Борняков С.А. Динамика развития деструктивных зон межплитных границ (результаты моделирования) // Геология и геофизика. 1988. № 6. C. 3–10.

6. Вернон Р.Х. Метаморфические процессы. М.: Недра, 1980. 227 с.

7. Гзовский М.В. Моделирование тектонических процессов // Проблемы тектонофизики. М.: Госгеолтехиздат, 1960. С. 315–344.

8. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.

9. Гинтов О.Б. Полевая тектонофизика и ее применение при изучении деформаций земной коры Украины. Киев: Феникс, 2005. 572 с.

10. Гогоненков Г.Н., Кашик А.С., Тимурзиев А.И. Горизонтальные сдвиги фундамента Западной Сибири // Геология нефти и газа. 2007. № 3. С. 3–11.

11. Гудман Р. Механика скальных пород. М.: Стройиздат, 1987. 232 с.

12. Гуревич Г.И. Об исходных предпосылках моделирования в тектонофизике // Труды ИФЗ АН СССР. 1959. № 2 (169). С. 75–144.

13. Гутерман В.Г. Механизмы тектогенеза. Киев: Наукова думка. 1987. 171 с.

14. Гущенко О.И. Метод кинематического анализа структур разрушения при реконструкции полей тектонических напряжений // Поля напряжений в литосфере. М.: Наука, 1979. С. 7−25.

15. Давиденков Н.Н. Об остаточных напряжениях // Рентография в применении к исследованиям материалов. М.Л.: ОНТИ, 1936.

16. Джагер Ч. Механика горных пород и инженерные сооружения. М.: Мир, 1975. 255 с.

17. Динник А.Н. О давлении горных пород и расчете крепи круглой // Инженерный работник. 1926. № 3. С. 1–12.

18. Либерман Ю.М. Естественное напряженное состояние массива горных пород // Труды ВНИИСТ. Вып. 12. М., 1962.

19. Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давления в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука. Ленинград. отд-е, 1977. 211 с.

20. Методы моделирования в структурной геологии / В.В. Белоусов, А.В. Вихерт, М.А. Гончаров и др. М.: Недра, 1988. 222 с.

21. Михайлова А.В. Методические вопросы создания и исследования тектонических моделей с применением пластичных эквивалентных материалов // Экспериментальная тектоника: методы, результаты, перспективы. М.: Наука, 1989. С. 209–227.

22. Михайлова А.В. Исследование механизмов формирования тектонических структур в слое над активными разломами фундамента в свете учения М.Г. Гзовского // Тектонофизика сегодня. М.: ОИФЗ РАН, 2002. С. 212–224.

23. Михайлова А.В., Осокина Д.Н. Изучение соотношений между характеристиками вертикальных перемещений поверхности и величиной деформаций на глубине (на моделях) // Современные движения земной коры. № 5. Тарту, 1973. С. 589–594.

24. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Иностранная литература, 1954. 647 с.

25. Николаевский В.Н. Граница Мохоровичича как предельная глубина хрупко-дилатансионного состояния горных пород // Доклады АН СССР. 1979. Т. 249. № 4. С. 817−820.

26. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996. 446 с.

27. Осокина Д.Н. Пластичные оптически активные материалы для моделирования тектонических процессов // Проблемы тектонофизики. М.: Госгеолтехиздат, 1960.

28. Осокина Д.Н. Пластичные и упругие низкомодульные оптически-активные материалы для исследования напряжений в земной коре методом моделирования. М.: АН СССР, 1963. 196 с.

29. Осокина Д.Н. О корреляции между затуханием упругих колебаний и сдвиговой вязкостью твердых тел и жидкостей // Тектонофизика и механические свойства горных пород. М.: Наука, 1971. С. 72–90.

30. Осокина Д.Н. Взаимосвязь смещений по разрывам с тектоническими полями напряжений и некоторые вопросы разрушения горного массива // Поля напряжений и деформаций в земной коре. М.: Наука, 1987. С. 120−135.

31. Парфенов В.Д., Жуковский С.Д. Моделирование хрупкого азрушения в условиях деформации сдвигания // Геотектоника. 1966. № 4. С. 112–117.

32. Рамберг Х. Моделирование деформаций земной коры с применением центрифуги. М.: Мир, 1970. 224 с.

33. Ребецкий Ю.Л. Напряжённое состояние слоя при продольном горизонтальном сдвиге блоков его фундамента // Поля напряжений и деформаций в земной коре. М.: Наука, 1987. С. 41–57.

34. Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность горных массивов. М.: Академкнига, 2007. 406 с.

35. Ребецкий Ю.Л. Механизм генерации остаточных напряжений и больших горизонтальных сжимающих напряжений в земной коре внутриплитовых орогенов // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. М.: ИФЗ РАН, 2008а. С. 431–466.

36. Ребецкий Ю.Л. Механизм генерации тектонических напряжений в областях больших вертикальных движений землетрясений // Физическая мезомеханика. 2008б. Т. 11. № 1. С. 66–73.

37. Ребецкий Ю.Л. Гравитационное напряженное состояние и механизм генерации горизонтального сжатия // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. К 40-летию создания М.В.

38. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН: Материалы Всероссийской конференции (13–17 октября 2008 г.). М.: ИФЗ РАН, 2009. Т. 1. С. 75–92.

39. Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Тектонофизическое моделирование структур сдвигания // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 103–140.

40. Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Морфология структур разрушения в глубине зон сдвигания по результатам математического моделирования // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН: Материалы Всероссийской конференции (13–17 октября 2008 г.). М.: ИФЗ РАН, 2009. Т. 1. С. 182–207.

41. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск. Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 241 с.

42. Сим Л.А. Неотектонические напряжения Восточно-Европейской платформы и структур обрамления: Автореф. дис. … докт. геол.мин. наук. М.: МГУ, 1996. 41 с.

43. Стефанов Ю.П. Некоторые особенности численного моделирования поведения упруго-хрупкопластичных метериалов // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 3. С. 129–142.

44. Стоянов С. Механизм формирования разрывных зон. М.: Недра, 1977. 144 с.

45. Терцаги К. Теория механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1961. 507 с.

46. Шеменда А.И. Критерии подобия при механическом моделировании тектонических процессов // Геология и геофизика. 1983. № 10. С. 10–19.

47. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 101 с.

48. Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1983. 110 с.

49. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А. и др. Разломообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1991. 262 с.

50. Angelier J., Bergerat F., Stefansson R., Bellou M. Seismotectonics of a newly formed transform zone near a hot spot: Earthquake mechanisms and regional stress in the South Iceland seismic zone // Tectonophysics. 2008. V. 447. № 1–4. P. 95–116. doi:10.1016/j.tecto.2006.07.016.

51. Bokun A.N. Horizontal shear zones: physical modeling of formation and structure // Izvestiya Physics of the Solid Earth. 2009. V. 45. № 11. P. 996–1005. doi:10.1134/S106935130911007X.

52. Byerlee J.D. Friction of rocks // Pure and applied geophysics. 1978. V. 116. P. 615–626. doi:10.1007/BF00876528.

53. Goncharov M.A. Applicability of similarity conditions to analogue modelling of tectonic structures // Geodynamics & Tectonophysics. 2010. V. 1. № 2. P. 148–168.

54. Hancock P.L. Brittle mirotectonics: principles and practice // Journal of Structural Geology. 1985. V. 7. № 3–4. P. 437–457. doi:10.1016/01918141(85)900483.

55. Hardebeck J.L., Hauksson E. Crustal stress field in Southern California and its implications for fault mechanics // Journal of Geophysical Research. 2001. V. 106. № B10. P. 21859−21882. doi:10.1029/2001JB000292.

56. Harris L.B., Cobbold P.R. Development of conjugate shear bands during bulk simple shearing // Journal of Structural Geology. 1985. V. 7. № 1. P. 37–44. doi:10.1016/01918141(85)901130.

57. Hast N. The state of stresses in upper part of Erath’s crust // Tectonophysics. 1969. V. 8. № 3. P. 169–211. doi:10.1016/00401951(69)900973.

58. Heim A. Mechanismus der Gebirgsbidung. Bale, 1878.

59. Jager J.C. Elasticity fracture and flow. London: Methuen &Co. Ltd.,1962. 208 p.

60. Kakimi T. Depth of fracturing in Earth’s crust // Journal of the Geological Society of Japan. 1971. V. 77. № 5. P. 237–242.

61. Keller E.A., Bonkowski M.S., Korsch R.J., Shlemon R.J. Tectonic geomorphology of the San Andreas fault zone in the southern Indio Hills, Coachella Valley, California // Geological Society of America Bulletin. 1982. V. 93. № 1. P. 46–56. doi:10.1130/00167606(1982)93<46:TGOTSA>2.0.CO;2.

62. Koronovsky N.V., Gogonenkov G.N., Goncharov M.A., Timurziev A.I., Frolova N.S. Role of shear along horizontal plane in the formation of helicoidal structures // Geotectonics. 2009. V. 43. № 5. P. 379–391. doi:10.1134/S0016852109050033.

63. Price N.J. Mechanics of jointing in rock // Geological Magazine. 1959.V. 96. № 2. P. 149–167. doi:10.1017/S0016756800060040.

64. Rebetsky Yu.L. Stress state of the layer // Izvestia RAS Physics of the Earth. 1988. № 9. P. 698–703.

65. Rebetsky Yu.L. Possible mechanism of horizontal compression stress generation in the Earth’s crust // Doklady Earth Sciences. 2008. V. 423A. № 9. P. 1448–1451. doi:10.1134/S1028334X08090274.

66. Reid H.F. The mechanism of the earthquake. The California earthquake of April 18, 1906. Rep. of the state investigation commiss. Washington, 1910. V. 2. Pt. 1. 56 p.

67. Sylvester А.G. Strikeslip faults // Geological Society of America Bulletin. 1988. V. 100. № 11. P. 1666–1703. doi:10.1130/00167606(1988)100<1666:SSF>2.3.CO;2.


Для цитирования:


Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В. РОЛЬ СИЛ ГРАВИТАЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ ГЛУБИННОЙ  СТРУКТУРЫ СДВИГОВЫХ ЗОН. Геодинамика и тектонофизика. 2011;2(1):45-67. https://doi.org/10.5800/GT-2011-2-1-0033

For citation:


Rebetsky Y.L., Mikhailova A.V. THE ROLE OF GRAVITY IN FORMATION OF DEEP STRUCTURE  OF SHEAR ZONES . Geodynamics & Tectonophysics. 2011;2(1):45-67. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2011-2-1-0033

Просмотров: 456


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2078-502X (Online)