МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭПИПЛАТФОРМЕННЫХ ОРОГЕНОВ

Рассматривается вопрос об источниках формирования природного напряженно-деформированного состояния (НДС) эпиплатформенных орогенов, исследуемого тектонофизическими методами на основе сейсмологических данных. Такого рода данные свидетельствуют о преобладании горизонтальной ориентации осей главного девиаторного растяжения во впадинах и осей главного девиаторного сжатия в хребтах орогенов. Проводится сравнительный анализ НДС коры орогена, источником которого выступают «общепринятые» геодинамические процессы: давление на Евразийскую плиту со стороны Индийской и действие мелкомасштабной термогравитационной астеносферной конвекции. Исследование проводилось методом математического (аналитического) моделирования, основным критерием тектонофизической корректности модели считалось соответствие распределения ориентаций главных осей тензора напряжений в коровой части моделей природным данным. Моделирование показало, что НДС литосферы, формирующееся в обстановке латерального сжатия, менее соответствует искомому. Вторая модель также показала результаты, не вполне соответствующие данным тектонофизической реконструкции напряжений. Однако дополнительный анализ позволил установить, что астеносферная конвекция является более перспективным, с точки зрения тектонофизики, геодинамическим процессом для объяснения эпиплатформенного орогенеза. Мы считаем, что в рамках более сложных и, вероятно, неаналитических математических моделей этот источник нагружения литосферы должен рассматриваться как один из наиболее существенных факторов формирования НДС коры орогенов Центральной Азии.

аналитическое моделирование, эпиплатформенный орогенез, напряженное состояние горных массивов

1. Ahnert F., 1970. Functional relationships between denudation, relief, and uplift in large, mid-latitude drainage basins. American Journal of Science 268 (3), 243–263. https://doi.org/10.2475/ajs.268.3.243.

2. Белоусов В.В. Основы геотектоники. М.: Недра, 1989. 382 с.

3. Blatt H., Middleton G., Murray R., 1972. Origin of Sedimentary Rock. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 634 p.

4. Bobrov A.M., Baranov A.A., 2011. Horizontal stresses in the mantle and in the moving continent for the model of two-dimensional convection with varying viscosity. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 47 (9), 801–815. https://doi.org/10.1134/S1069351311090023.

5. Bobrov A.M., Trubitsyn V.P., 2003. Evolution of viscous stresses in the mantle and in moving continents in the process of the formation and breakup of a supercontinent. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 39 (12), 963–973.

6. Буртман В.С. Тянь-Шань и Высокая Азия. Геодинамика в кайнозое. М.: ГЕОС, 2012. 188 с.

7. Cloetingh S., Burov E., Beekman F., Andeweg B., Andriessen P.A.M., García-Castellanos D., de Vicente G., Vegas R., 2002. Lithospheric folding in Iberia. Tectonics 21 (5), 1041. https://doi.org/10.1029/2001TC901031.

8. Culling W.E.H., 1960. Analytical theory of erosion. The Journal of Geology 68 (3), 336–344. https://doi.org/10.1086/626663.

9. Добрецов Н.Л., Берзин Н.А., Буслов М.М., Ермиков В.Д. Общие проблемы эволюции Алтайского региона и взаимоотношения между строением фундамента и развитием неотектонической структуры // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. № 10. С. 5–19

10. Dobretsov N.L., Koulakov I.Y., Polyansky O.P., 2013. Geodynamics and stress-strain patterns in different tectonic settings. Russian Geology and Geophysics 54 (4), 357–380. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.03.001.

11. England P., Houseman G., 1986. Finite strain calculations of continental deformation: 2. Comparison with the India-Asia collision zone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 91 (B3), 3664–3676. https://doi.org/10.1029/JB091iB03p03664.

12. García-Castellanos D., Cloetingh S.I.E.R.D., Busby C., Azor A., 2012. Modeling the interaction between lithospheric and surface processes in foreland basins. In: C. Busby, A. Azor (Eds.), Tectonics of sedimentary basins: recent advances. Wiley-Blackwell, Oxford, p. 152–181. https://doi.org/10.1002/9781444347166.ch8.

13. Horowitz D.H., 1976. Mathematical modeling of sediment accumulation in prograding deltaic systems. In: D.F. Merriam (Ed.), Quantitative techniques for the analysis of sediments. Pergamon, Oxford, p. 105–119. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-020613-4.50015-X.

14. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Изд-во Московского госуниверситета, 1995. 480 с.

15. Крестников В.Н., Белоусов Т.П., Ермилин В.И., Чигарев Н.В., Штанге Д.В. Четвертичная тектоника Памира и Тянь-Шаня. М.: Наука, 1979. 116 с.

16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидромеханика. Теоретическая физика. Том 6. 3-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. 736 с.

17. Liu J., Liu Q.-Y., Guo B., Yuen D.A., Song H.-Z., 2007. Small-scale convection in the upper mantle beneath the Chinese Tian Shan Mountains. Physics of the Earth and Planetary Interiors 163 (1–4), 179–190. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2007.04.019.

18. Love A.E.H., 1911. Some Problems of Geodynamics. Cambridge University Press, London, 180 p.

19. Современная геодинамика областей внутриконтинентального коллизионного горообразования (Центральная Азия) / Ред. В.И. Макаров. М.: Научный мир, 2005. 400 с.

20. Makarov V.I., Alekseev D.V., Batalev V.Y., Bataleva E.A., Belyaev I.V., Bragin V.D., Dergunov N.T., Efimova N.N., Leonov M.G., Munirova L.M., Pavlenkin A.D., Roecker S., Roslov Yu.V., Rybin A.K., Shchelochkov G.G., 2010. Underthrusting of Tarim beneath the Tien Shan and deep structure of their junction zone: Main results of seismic experiment along MANAS Profile Kashgar-Song-Köl. Geotectonics 44 (2), 102–126.

21. Макаров В.И., Рыбин А.К., Матюков В.Е., Пушкарев П.Ю., Щербина Ф.А. Особенности глубинной структуры депрессионных областей Центрального Тянь-Шаня // Инженерные изыскания. 2011. № 1. С. 42–51.

22. Михайлов В.О. Математическая модель эволюции структур, образующихся в результате вертикальных движений // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1983. № 6. С. 3–18.

23. Mikhailov V.O., 1999. Modeling the Extension and Compression of the Lithosphere by Intraplate Forces. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 35 (3), 228–238.

24. Mikhailov V.O., Timoshkina E.P., Polino R., 1999. Foredeep basins: the main features and model of formation. Tectonophysics 307 (3–4), 345–359. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(99)00052-9.

25. Мягков Д.С., Ребецкий Ю.Л. Эволюция структуры течения и рельефа коры эпиплатформенных орогенов под воздействием мелкомасштабной астеносферной конвекции // Вестник КРАУНЦ. 2016. № 1. С. 89–100.

26. Николаевский В.Н. Механика геоматериалов и землетрясения // Итоги науки и техники, серия Механика деформируемого твердого тела. 1983. Т. 15. С. 817–821.

27. Русский перевод: Оллиер К. Тектоника и рельеф. М.: Недра, 1984. 460 с.

28. [Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. M.: Наука, 1988. 712 с.

29. Ребецкий Ю.Л. Об одной новой форме неустойчивости континентальной коры // Осадочные бассейны и геологические предпосылки прогноза новых объектов, перспективных на нефть и газ: Материалы XLIV тектонического совещания. Т. II. М.: ГЕОС, 2012. С. 355–359.

30. Ребецкий Ю.Л. Об особенности напряженного состояния коры внутриконтинентальных орогенов // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6. № 4. С. 437–466. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-4-0189.

31. Ребецкий Ю.Л., Алексеев Р.С. Поле современных тектонических напряжений Средней и Юго-Восточной Азии // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 1. С. 257–290. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-1-0127.

32. Rebetsky Y.L., Kuchai O.A., Marinin A.V., 2013. Stress state and deformation of the Earth's crust in the Altai–Sayan mountain region. Russian Geology and Geophysics 54 (2), 206–222. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.01.011.

33. Rebetsky Y.L., Kuchai O.A., Sycheva N.A., Tatevossian R.E., 2012. Development of inversion methods on fault slip data: Stress state in orogenes of the Central Asia. Tectonophysics 581, 114–131. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.09.027.

34. Ребецкий Ю.Л., Погорелов В.В. Тектонофизическая модель механизма нагружения и эволюции напряженно-деформированного состояния литосферы континентальных горно-складчатых областей // Геологическая история, возможные механизмы и проблема формирования впадин с субокеанической и аномально тонкой корой в провинциях с континентальной литосферой: Материалы XLV тектонического совещания. Т. II. М.: ГЕОС, 2013. С. 181–185.

35. Rebetsky Y.L., Sycheva N.A., Sychev V.N., Kuzikov S.I., Marinin A.V., 2016. The stress state of the northern Tien Shan crust based on the KNET seismic network data. Russian Geology and Geophysics 57 (3), 387–408. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.03.003.

36. Schubert B., Turcotte D.L., Olson P., 2001. Mantle Convection in the Earth and Planets. Cambridge University Press, Cambridge, 940 p.

37. Thieulot C., Steer P., Huismans R.S., 2014. Three-dimensional numerical simulations of crustal systems undergoing orogeny and subjected to surface processes. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 15 (12), 4936–4957. https:// doi.org/10.1002/2014GC005490.

38. Timoshkina E.P., Leonov Y.G., Mikhailov V.O., 2010. Formation of the orogen-foredeep system: A geodynamic model and comparison with the data of the northern Forecaucasus. Geotectonics 44 (5), 371–387. https://doi.org/10.1134/S0016852110050018.

39. Trubitsyn V.P., Simakin A.G., Baranov A.A., 2006. The effect of spatial variations in viscosity on the structure of mantle flows. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 42 (1), 1–12. https://doi.org/10.1134/S1069351306010010.

40. Turcotte D.L., Schubert G., 1982. Geodynamics: Application of Continuum Physics to Geological Problems. John Wiley & Sons, New York, 464 p.