АНАЛИЗ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗОН СДВИГАНИЯ В СВЯЗИ С ТИПАМИ ВТОРИЧНЫХ НАРУШЕНИЙ: ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Введение. Традиционный объект тектонофизических исследований – зоны сдвигания – рассматривается с точки зрения его деформационного состояния, а не в рамках изучения поля напряжений, как это делается обычно. Разница поля напряжений и поля деформаций при простом сдвигании исследователями отмечалась (рис. 1). Известно, что вторичные нарушения в природных зонах сдвигания и в экспериментах не всегда соответствуют структурам, теоретически предсказанным при изучении полей напряжений. Исследуется вопрос: какие сочетания вторичных структур возможны и какие запрещены в поле определенных возникающих деформаций?

Исходные представления. За теоретическую основу берется известная схема вторичных нарушений П. Ханкока [Hancock, 1985]. Эта схема сочетаний структур (рис. 2) носит условный, компилятивный характер: часть вторичных нарушений не может существовать одновременно (взбросы и сбросы, например), поскольку это приводит к противоположным деформационным результатам (рис. 3).

Теоретическое рассмотрение 2D деформаций в зоне сдвигания.В первую очередь теоретически изучаются случаи удлинения и укорочения самой зоны при ее постоянном объеме. Ранее ситуация рассматривалась как дополнительное сжатие или растяжение перпендикулярно к зоне сдвига (рис. 4), но не как ее удлинение и укорочение. При анализе деформированного состояния зон сдвигания было выявлено, что развитие трещин скола R и R′ типов, парных и идентичных в поле напряжений чистого сдвига, приводит к противоположным результатам в деформации зоны. Трещины R типа приводят к удлинению зоны и уменьшению ее мощности (рис. 5), трещины R′ типа могут возникать при ее укорочении и увеличении ее мощности (рис. 6). Аналогично ведут себя парные трещины X и P типов: X сколы возникают при удлинении, а P сколы – при укорочении зоны. Трещины Y типа, параллельные самой зоне, могут встречаться в обоих случаях. Рассмотрено также влияние увеличения или уменьшения объема зоны сдвигания на возможные сочетания структур, в том числе трещин отрыва и стилолитовых швов. Полученные теоретически сочетания вторичных нарушений сведены в шесть случаев (таблица), с указанием структур активных, разрешенных и запрещенных.

Примеры комбинаций вторичных нарушений в экспериментах и природных структурах. Рассматриваются примеры эшелонированных структур с позиций описания деформированного состояния зон сдвигания. Встречающиеся в экспериментах чередования участков развития сколов R и R′ типов интерпретируются как сочетание доменов с удлинением и укорочением среды (вдоль простирания зоны) при сохранении общей длины зоны (рис. 7). Сделано предположение о том, что вариации ширины зоны влияния разлома, наблюдаемые в природных структурах, и изменения амплитуд смещения в сейсмогенных разрывах (рис. 8) имеют отношение к этому явлению – чередованию участков развития сколов R и R′ типов, т.е. удлинению и укорочению доменов зоны. Структуры окончания крупных разломов типа «конский хвост» и «елочка» интерпретируются как домены с развитием R и P сколов в условиях удлинения и укорочения бортов разрыва (рис. 9). Показано, что зоны дробления в базальном срыве Воронцовского покрова относятся к сколам R типа и свидетельствуют об удлинении тела покрова (рис. 10). Рассмотрены некоторые конкретные случаи сочетаний P сколов и трещин отрыва в масштабе обнажения (рис. 11–15). Указаны структуры с развитием трещин X типа: синтетические сбросы в теле оползня и эшелонированные сбросы в бортах региональных сдвигов в нефтеносных структурах Западной Сибири (рис. 16).

Теоретическое исследование зон простого сдвигания в массиве при общей деформации чистого сдвига. Специально теоретически изучено состояние чистого сдвига в массиве, нарушенном зонами сдвигания. В этих условиях зоны сдвигания при деформировании массива будут удлиняться или укорачиваться в зависимости от их ориентировки к оси укорочения (рис. 17). Сделаны предположения о возможных сочетаниях вторичных нарушений в таких зонах сдвигания.

Выводы.Установлено, что в зоне сдвигания R и R′ трещины не могут развиваться в одном домене, поскольку приводят к противоположным деформационным следствиям, что не учитывалось при описании сдвигов в терминах полей напряжений. В отношении возникающих деформаций зоны сдвигания парными являются трещины R и X типов (при ее удлинении) и трещины R′ и P типов (встречаются при ее укорочении). Предложена таблица теоретически возможных и запрещенных вторичных нарушений при разных деформационных состояниях зоны сдвигания. Выдвинута задача сбора и систематизации устойчивых сочетаний эшелонированных вторичных структур на основе представления о деформированном состоянии зон сдвигания. Предложено использовать изменение длины зоны сдвигания при моделировании этих структур на эквивалентных материалах.

1. Борняков С.А. Моделирование сдвиговых зон на упруговязких моделях // Геология и геофизика. 1980. №11. С. 75–84.

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

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

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

5. Михайлова А.В. Методика количественной оценки деформаций, напряжений и перемещений в пластических непрозрачных моделях // Тектонофизика и механические свойства горных пород. М.: Наука, 1971. С. 38–48.

6. 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.

7. Надаи А. Пластичность. М.–Л.: Мир, 1936. 280 c.

8. Николя А. Основы деформации горных пород. Пер. с англ. М.: Мир, 1992. 167 с.

9. Осокина Д.Н. Особенности локальных полей напряжений разных уровней и нарушений второго порядка в окрестностях окончания сдвигового разрыва // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН / Ред. Ю.Л. Ребецкий. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 69–87.

10. Осокина Д.Н., Яковлев Ф.Л., Войтенко В.Н. Изучение тектонического разрыва как объекта, объединяющего мегатрещину, ее поля (напряжений, деформаций) и вторичные структуры (тектонофизический анализ) // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН / Ред. Ю.Л. Ребецкий. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 89– 102.

11. Расцветаев Л.М. Парагенетический метод структурного анализа дизъюнктивных тектонических нарушений // Проблемы структурной геологии и физики тектонических процессов. Ч. 2. М.: ГИН АН СССР, 1987. С. 173–235.

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

13. Ребецкий Ю.Л. Напряженное состояние слоя при продольном сдвиге // Известия АН СССР. Физика Земли. 1988. № 9. С. 29–35.

14. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 244 с.

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

16. Стром А.Л., Никонов А.А. Распределение смещений вдоль сейсмогенных разрывов и учет неравномерности подвижек при палеосейсмологических исследованиях // Вулканология и сейсмология. 1999. № 6. С. 47–59.

17. Шерман С.И., Борняков С.А, Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука, 1983. 112 с.

18. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А., Буддо В.Ю., Лобацкая Р.М., Адамович А.Н., Трусков В.А., Бабичев А.А. Разломообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1991. 262 с.

19. Яковлев Ф.Л. О диагностике деформированного состояния крыльев разломов и их внутренней зоны по типам вторичных нарушений // Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики. Материалы XLI Тектонического совещания / Ред. Ю.В. Карякин. Т. 2. М.: ГЕОС, 2008. С. 516–519.

20. Яковлев Ф.Л., Маринин А.В., Сим Л.А., Гордеев П.П. Поля тектонических напряжений и поля деформаций Воронцовского покрова (Северо-Западный Кавказ) // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН / Ред. Ю.Л. Ребецкий. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 319–333.

21. 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.

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

23. 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. 379391. doi:10.1134/S0016852109050033.

24. Nakata T., Tsutsumi H., Punongbayan R.S., Rimando R.E., Daligdig J., Daag A. Surface faulting associated with the Philippine earthquake of 1990 // Journal of Geography. 1990. V. 99. P. 515–532 (in Japanese).

25. Ramsay J.G., Huber M.I. The techniques of modern structural geology. V. 1. Strain analysis. London: Academic Press, 1983. 307 p.

26. Yakovlev F.L. Detections of types of strain states for simple shear zones based on sets of secondary fractures // 8th Meeting of the Central European Tectonic Group Studies (CETeG). Conference proceedings / Eds. M. Ludwiniak, A. Konon, A. Zylyska. Warsaw: UW, 2010. P. 128–130.