Preview

Геодинамика и тектонофизика

Расширенный поиск

О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень

https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0383

Полный текст:

Аннотация

В продолжение опубликованной ранее первой части исследования [Ruzhich, Kocharyan, 2017 в данной статье сделан акцент на выявлении признаков распознавания элементов палеоочагов землетрясений, формирующихся на гипоцентральных глубинах земной коры в эксгумированном Приморском сегменте древнего коллизионного шва на юго-восточной окраине Сибирского кратона (Прибайкалье, Восточная Сибирь). Для этого проводился отбор образцов зеркал скольжения, псевдотахилитов и других петрологических свидетельств интенсивных тектонических подвижек. Собранные сведения о косейсмических разрывных нарушениях использовались для реконструкции строения глубинных сегментов коллизионного шва и восстановления некоторых параметров РТ-условий. Попытки решения подобных задач в других сейсмоопасных регионах предпринимаются зарубежными исследователями в течение нескольких последних десятилетий, например, в работах [Sibson, 1973; Byerlee,1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012. В России к геолого-геофизическому изучению глубоко денудированных участков древних разломов проявляется пока еще ограниченный интерес [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel'eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. В рамках данной работы основное внимание было уделено зоне глубоко денудированного Приморского сегмента коллизионного шва Сибирского кратона, претерпевшего геологическую эволюцию длительностью порядка миллиарда лет. Также привлекались дополнительные геологические сведения, полученные авторами и другими исследователями при петрологическом изучении зоны Главного Саянского разлома и иных эксгумированных участков разломов, в том числе сейсмогенерирующих разломов Монголо-Байкальского региона [Zamarayev, Ruzhich, 1978; Zamarayev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. На основании собранных сведений о РТ-условиях возникновения зеркал скольжения, псевдотахилитов и строении Приморского участка коллизионного шва получена оценка возраста зеркала скольжения с турмалином по 40Ar/39Ar методу, которая составляет 673±4.8 млн лет и предположительно может соответствовать неопротерозойской эпохе распада мегаматерика Родиния. По мусковиту в другой декомпрессионной трещине получена еще одна датировка – 415.4±4.1 млн лет, которую возможно отнести к раннепалеозойскому этапу формирования коллизионного шва, при котором происходила аккреция Сибирского кратона и Ольхонского террейна [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. С учетом полученных датировок и других петрологических сведений определены глубины, на которых происходило развитие разновозрастных систем косейсмических разрывов:18 км – в неопротерозойский,12 км – в среднепалеозойский этап сейсмотектонической эволюции земной коры в Прибайкалье. В заключение обосновывается актуальность дальнейшего совершенствования глубинных палеосейсмологических исследований с целью более предметного выяснения физико-химических условий, оптимальных для возникновения древних и современных очагов сильных землетрясений в глубинных сегментах разломов, пронизывающих земную кору. Дальнейшее продвижение в направлении решения проблем обеспечения сейсмобезопасности в различных регионах без подобных сведений может оказаться недостаточно результативным.

 

Об авторах

В. В. Ружич
Институт земной коры СО РАН
Россия

Валерий Васильевич Ружич, докт. геол.-мин. наук, г.н.с.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128



Г. Г. Кочарян
Институт динамики геосфер РАН
Россия

Геворг Грантович Кочарян, докт. физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией

119334, Москва, Ленинский проспект, 38, корпус 1



В. В. Савельева
Институт земной коры СО РАН
Россия

Валентина Борисовна Савельева, канд. геол.-мин. наук, с.н.с.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128



А. В. Травин
Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет; Томский государственный университет
Россия

Алексей Валентинович Травин, докт. геол.-мин. наук, зав. лабораторией

Новосибирск, Томск



Список литературы

1. Beeler N.M., Tullis T.E., Goldsby D.L., 2008. Constitutive relationships and physical basis of fault strength due to flash-heating. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 113 (B1), B01401. https://doi.org/10.1029/2007JB004988.

2. Бибикова Е.В., Кориковский С.П., Сезько А.И., Федоровский В.С. Возраст гранитов приморского комплекса (Западное Прибайкалье) по данным U–Pb метода // Доклады АН СССР. 1981. Т. 257. № 2. С. 462–466.

3. Brantut N., Schubnel A., Rouzaud J.-N., Brunet F., Shimamoto T., 2008. High-velocity frictional properties of a clay bearing, fault gouge and implications for earthquake mechanics. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 113 (B10), B10401. https://doi.org/10.1029/2007JB005551.

4. Bullock R.J., De Paola N., Holdsworth R.E., Trabucho-Alexandre J., 2014. Lithological controls on the deformation mechanisms operating within carbonate-hosted faults during the seismic cycle. Journal of Structural Geology 58, 22–42. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2013.10.008.

5. Byerlee J.D., 1978. Friction of rocks. Pure and Applied Geophysics 116 (4–5), 615–626. https://doi.org/10.1007/BF00876528.

6. Chester F.M., Rowe C., Ujiie K., Kirkpatrick J., Regalla C., Remitti F., Moore J.C., Toy V., Wolfson-Schwehr M., Bose S., Kameda J., Mori J.J., Brodsky E.E., Eguchi N., Toczko S., Expedition 343 and 343T Scientists, 2013. Structure and composition of the plate-boundary slip zone for the 2011 Tohoku-Oki earthquake. Science 342 (6163), 1208–1211. https://doi.org/10.1126/science.1243719.

7. Delvaux D., Moeus R., Stapel G., Petit C., Levi K.G., Miroshnichenko A.I., Ruzhich V.V., San’kov V.A., 1997. Paleostress reconstructions and geodynamics of the Baikal region, Central Asia, Part 2. Cenozoic rifting. Tectonophysics 282 (1–4), 1–38. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(97)00210-2.

8. Donskaya T.V., Bibikova E.V., Mazukabzov A.M., Kozakov I.K., Gladkochub D.P., Kirnozova T.I., Plotkina Yu.V., Reznitsky L.Z., 2003. The Primorsky granitoid complex of western Cisbaikalia: geochronology and geodynamic typification. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 44 (10), 968–979.

9. Fedorovsky V.S., Sklyarov E.V., Izokh A.E., Kotov A.B., Lavrenchuk A.V., Mazukabzov A.M., 2010. Strike-slip tectonics and subalkaline mafic magmatism in the Early Paleozoic collisional system of the western Baikal region. Russian Geology and Geophysics 51 (5), 534–547. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2010.04.009.

10. Гоби-Алтайское землетрясение / Ред. Н.А. Флоренсов, В.П. Солоненко. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 391 с.

11. Goldsby D.L., Tullis T.E., 2002. Low frictional strength of quartz rocks at sub seismic slip rates. Geophysical Research Letters 29 (17), 1844. https://doi.org/10.1029/2002GL015240.

12. Hodges K.V., 2004. Geochronology and thermochronology in orogenic systems. In: R.L. Rudnick (Ed.), Treasure on geochemistry, vol. 3, The crust. Elsevier, Oxford, p. 263–292. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/03024-3.

13. Jeppson T.N., Bradbury K.K., Evans J.P., 2010. Geophysical properties within the San Andreas Fault Zone at the San Andreas Fault Observatory at Depth and their relationships to rock properties and fault zone structure. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 115 (B12), B12423. https://doi.org/10.1029/2010JB007563.

14. Kirkpatrick J.D., Dobson K.J., Mark D.F., Shipton Z.K., Brodsky E.E., Stuart F.M., 2012. The depth of pseudotachylyte formation from detailed thermochronology and constraints on coseismic stress drop variability. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 117 (B06), B06406. https://doi.org/10.1029/2011JB008846.

15. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре. Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2015. 328 с.

16. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М: ГЕОС, 2016. 432 с.

17. Korsakov A.V., Travin A.V., Yudin D.S., Marschall H.R., 2009. 40Ar/39Ar dating of tourmaline from metamorphic rocks of the Kokchetav massif, Kazakhstan. Doklady Earth Sciences 424 (1), 168–170. https://doi.org/10.1134/S1028334X0901036X.

18. Костюченко В.Н., Кочарян Г.Г., Павлов Д.В. Деформационные характеристики межблоковых промежутков различного масштаба // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. № 5. С. 23–42.

19. Lachenbruch A., Sass J., 1988. The stress heat-flow paradox and thermal results from Cajon Pass. Geophysical Research Letters 15 (9), 981–984. https://doi.org/10.1029/GL015i009p00981.

20. Lapusta N., Rice J.R., 2003. Low-heat and low-stress fault operation in earthquake models of statically strong but dynamically weak faults. Eos, Transactions, American Geophysical Union 84 (46), AGU Fall Meeting Abstracts, Abstract S51B-02.

21. Levina E.A., Ruzhich V.V., 2015. The seismicity migration study based on space-time diagrams. Geodynamics & Tectonophysics 6 (2), 225–240. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-2-0178.

22. Лутц Б.Г. Псевдотахилиты Анабарского щита и вопросы их генезиса // Геология и геофизика. 1962. № 11. С. 98–102.

23. Медведев В.Я., Иванова Л.А., Лысов Б.А., Ружич В.В., Марчук М.В., 2014. Экспериментальное изучение декомпрессии, проницаемости и залечивания силикатных пород в зонах разломов // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 4. С. 905–917. https://10.5800/GT-2014-5-4-0162.

24. Мехоношин А.С., Владимиров А.Г., Федоровский В.С., Волкова Н.И., Травин А.В., Колотилина Т.Б., Хромых С.В., Юдин Д.С. Базит-ультрабазитовый магматизм Ольхонской коллизионной системы Западного Прибайкалья: состав, 40Ar/39Ar возраст, структурная позиция // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Вып. 2. Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2004. Т. 2. С. 40–43.

25. Мельников А.И. Структурная эволюция метаморфических комплексов древних щитов. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2011. 288 с.

26. Melosh H.J., 1979. Acoustic fluidization: A new geologic process? Journal of Geophysical Research: Solid Earth 84 (B13), 7513–7520. https://doi.org/10.1029/JB084iB13p07513.

27. Melosh H.J., 1996. Dynamical weakening of faults by acoustic fluidization. Nature 379 (6566), 601–606. https://doi.org/10.1038/379601a0.

28. Morrow C., Radney B., Byerlee J., 1992. Frictional strength and the effective pressure law of montmorillonite and illite clays. In: B. Evans, T.F. Wong (Eds.), Fault mechanics and transport properties of rocks. International Geophysics, vol. 51. Academic Press, p. 69–88. https://doi.org/10.1016/S0074-6142(08)62815-6.

29. Noda H., Lapusta N., Rice J.R., 2011. Earthquake sequence calculations with dynamic weakening mechanisms. In: R.I. Borja (Ed.), Multiscale and multiphysics processes in geomechanics. Springer, Berlin, p. 149–152. https://doi.org/10.1007/978-3-642-19630-0_38.

30. Panza G., Kossobokov V.G., Peresan A., Nekrasova К., 2014. Why are the standard probabilistic methods of estimating seismic hazard and risks too often wrong. In: M. Wyss, J.F. Shroder (Eds.), Earthquake hazard, risk and disasters. Elsevier, Amsterdam, p. 309–357. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394848-9.00012-2.

31. Псахье С.Г., Попов Л.В., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Ружич В.В., Смекалин О.П., Борняков С.А. Патент 2273035 РФ. Способ управления режимом смещений во фрагментах сейсмоактивных тектонических разломов. Бюллетень № 9 от 27.03.2006.

32. Псахье С.Г., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Димаки А.В., Ружич В.В., Лопатин В.В. Новый подход к сейсмически безопасной релаксации локальных напряжений в земной коре // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Труды международной конференции. Новосибирск: Изд-во Института горного дела СО РАН, 2006. С. 451–459.

33. Raleigh C.B., Healy J.H., Bredehoeft J.D., 1976. An experiment in earthquake control at Rangely, Colorado. Science 191 (4233), 1230–1237. https://doi.org/10.1126/science.191.4233.1230.

34. Reinen L.A., Weeks J.D., Tullis T.E., 1991. The frictional behavior of serpentinite: Implications for aseismic creep on shallow crustal faults. Geophysical Research Letters 18 (10), 1921–1924. https://doi.org/10.1029/91GL02367.

35. Reiners P.W., Ehlers T.A., Zeitler P.K., 2005. Part, Present, and Future of Thermochronology. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 58 (1), 1–18. https://doi.org/10.2138/rmg.2005.58.1.

36. Rice J.R., 2006. Heating and weakening of faults during earthquake slip. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 111 (B5), B05311. https://doi.org/10.1029/2005JB004006.

37. Ridolfi F., Renzulli A., Puerini M., 2010. Stability and chemical equilibrium of amphibole in calc-alkaline magmas: an overview, new thermobarometric formulations and application to subduction-related volcanoes. Contributions to Mineralogy and Petrology 160 (1), 45–66. https://doi.org/10.1007/s00410-009-0465-7.

38. Родкин М.В., Рундквист Д.В. Геофлюидогеодинамика. Приложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2017. 288 с.

39. Ружич В.В. Зависимости между параметрами разрывных нарушений и их практическое применение // Механизмы формирования тектонических структур Восточной Сибири / Ред. М.М. Одинцов. Новосибирск: Наука, 1977. С. 41–48.

40. Ружич В.В. Геологический подход к изучению очагов палеоземлетрясений // Экспериментальные и численные методы в физике очага землетрясения / Ред. М.А. Садовский. М.: Наука, 1989. С. 68–78.

41. Ружич В.В. О геологическом выявлении палеоочаговых зон сильных землетрясений в местах глубоких денудационных срезов // Физические и сейсмогеологические основы прогнозирования разрушения горных пород / Ред. В.П Солоненко. М.: Наука, 1992. С. 10–14.

42. Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.

43. Ружич В.В., Черных Е.Н., Савельева В.Б., Павлов Д.В., Остапчук А.А. Изучение процессов контактного скольжения в зоне Приморского разлома // Динамические процессы в геосферах. М.: ИДГ РАН, 2015. С. 78–86.

44. Ружич В.В., Кочарян Г.Г. О строении и формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Статья I. Приповерхностный уровень // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 1021–1034. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0330.

45. Ружич В.В., Мельников А.И., Савельева В.Б., Иванова Л.А., Медведев В.Я. Псевдотахилиты как вещественное свидетельство динамики смещений в глубинных фрагментах зон разломов // Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия: Материалы всероссийского совещания (18–21 августа 2009 г., г. Иркутск). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2009. Т. 1. С. 94–96.

46. Ruzhich V.V., Psakhie S.G., Chernykh E.N., Shilko E.V., Levina E.A., Ponomareva E.I., 2014. Physical modeling of seismic source generation in failure of fault asperities. Physical Mesomechanics 17 (4), 274–281. https://doi.org/10.1134/S1029959914040043.

47. Ruzhich V.V., Psakhie S.G., Levina E.A., Dimaki A.V., Astafurov E.V., Shilko E.V., 2015. Similarity in seismogeodynamics on different scales. AIP Conference Proceedings 1683, 020197. https://doi.org/10.1063/1.4932887.

48. Ruzhich V.V., Psakhie S.G., Levina E.A., Shilko E.V., Grigoriev A.S., 2017. Use of controlled dynamic impacts on hierarchically structured seismically hazardous faults for seismically safe relaxation of shear stresses. AIP Conference Proceedings 1909, 020184. https://doi.org/10.1063/1.5013865.

49. Ружич В.В., Рязанов Г.В. О зеркалах скольжения и механизме их образования // Механизмы формирования тектонических структур Восточной Сибири / Ред. М.М. Одинцов. Новосибирск: Наука, 1977. С. 105–108.

50. Savage H.M., Kirkpatrick J.D., Mori J.J., Brodsky E.E., Ellsworth W.L., Carpenter B.M., Chen X., Cappa F., Kano Y., 2017. Scientific exploration of induced seismicity and stress (SEISMS). Scientific Drilling 23, 57–63. https://doi.org/10.5194/sd-23-57-2017.

51. Savel'eva V.B., Travin A.V., Zyryanov A.S., 2003. The 40Ar–39Ar dating of metasomatic rocks in deep fault zones of the marginal suture of the Siberian platform. Doklady Earth Sciences 391 (6), 862–865.

52. Scholz C.H., 2006. The strength of the San Andreas fault: a critical analysis. In: R. Abercrombie, A. McGarr, G. Di Toro, H. Kanamori (Eds.), Earthquakes: radiated energy and the physics of faulting. Geophysical Monograph Series, vol. 170, p. 301–313. https://doi.org/10.1029/170GM30.

53. Seminskii Zh.V., Seminskii K.Zh., 2004. Tectonophysical analysis of environments for localization of ore fields and deposits in fault zones of the Earth's crust. Geology of Ore Deposits 46 (4), 252–262.

54. Семинский К.Ж. Спецкартирование разломных зон земной коры. Статья 1: Теоретические основы и принципы // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 2. С. 445–467. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0136.

55. Семинский К.Ж. Спецкартирование разломных зон земной коры. Статья 2: Основные этапы и перспективы // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6. № 1. С. 1–43. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-1-0170.

56. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.

57. Sherman S.I., 2009. A tectonophysical model of a seismic zone: experience of development based on the example of the Baikal rift system. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 45 (11), 938–951. https://doi.org/10.1134/S1069351309110020.

58. Sibson R.H., 1973. Interactions between temperature and pore fluid pressure during an earthquake faulting and a mechanism for partial or total stress relief. Nature Physical Science 243 (126), 66–68. https://doi.org/10.1038/physci243066a0.

59. Sobolev G.A., Ruzhich V.V., Ivanova L.A., Mamalimov R.I., Shcherbakov I.P., 2015. A study of nanocrystals and the glide-plane mechanism. Journal of Volcanology and Seismology 9 (3), 151–161. https://doi.org/10.1134/S0742046315030057.

60. Соболев Г.А., Веттегрень В.И., Киреенкова С.М., Кулик В.Б., Мамалимов Р.И., Морозов Ю.А., Смульская А.И., Щербаков И.П. Нанокристаллы в горных породах. М.: ГЕОС, 2016. 102 с.

61. Сухоруков В.П. Эволюция метаморфизма пород коллизионного шва системы «террейн – континент» в Ольхонском регионе (Западное Прибайкалье): Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Новосибирск: ИГМ СО РАН, 2007. 20 с.

62. Sukhorukov V.P., Travin A.V., Fedorovsky V.S., Yudin D.S., 2005. The age of shear deformations in the Ol'khon region, Western Cisbaikalia (from results of 40Ar/39Ar dating). Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 46 (5), 567–571.

63. Thompson B.D., Young R.P., Lockner D.A., 2005. Observations of premonitory acoustic emission and slip nucleation during a stick slip experiment in smooth faulted Westerly granite. Geophysical Research Letters 32 (10), L10304. https://doi.org/10.1029/2005GL022750.

64. Thompson B.D., Young R.P., Lockner D.A., 2009. Premonitory acoustic emissions and stick-slip in natural and smooth-faulted Westerly granite. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 114 (B2), B02205. https://doi.org/10.1029/2008JB005753.

65. Травин А.В. Термохронология субдукционно-коллизионных событий Центральной Азии: Автореф. дис. … докт. геол.-мин. наук. Новосибирск, 2016. 54 с.

66. Травин А.В., Владимиров А.Г., Полянский О.П. Индикаторная роль термохронологии при интерпретации геодинамических условий формирования гранитоидных батолитов // Геодинамика и минерагения Северо-Восточной Азии: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию Геологического института СО РАН (26–31 августа 2013 г., г. Улан-Удэ). Улан-Удэ: Экос, 2013. С. 355–359.

67. Замараев С.М., Васильев Е.П., Мазукабзов А.М., Рязанов Г.В., Ружич В.В. Соотношение древней и кайнозойской структур в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Наука, 1979. 125 с.

68. Zamarayev S.M., Ruzhich V.V., 1978. On relationships between the Baikal rift and ancient structures. Tectonophysics 45 (1), 41–47. https://doi.org/10.1016/0040-1951(78)90222-6.

69. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестник АН СССР. 1968. № 3. С. 46–52.

70. Журков С.Н., Куксенко В.С., Петров В.А. К вопросу о прогнозировании разрушения горных пород // Физика Земли. 1977. № 6. С. 11–18.


Для цитирования:


Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Савельева В.В., Травин А.В. О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень. Геодинамика и тектонофизика. 2018;9(3):1039-1061. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0383

For citation:


Ruzhich V.V., Kocharyan G.G., Savelieva V.B., Travin A.V. On the structure and formation of earthquake sources in the faults located in the subsurface and deep levels of the crust. Part II. Deep level. Geodynamics & Tectonophysics. 2018;9(3):1039-1061. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0383

Просмотров: 240


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


ISSN 2078-502X (Online)