научная статья по теме НОВАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВИГОВ Математика

Текст научной статьи на тему «НОВАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВИГОВ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 428, № 4, с. 542-546

= ГЕОФИЗИКА

УДК 551.242.3(575.1)

НОВАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВИГОВ © 2009 г. А. И. Тимурзиев

Представлено академиком Г.С. Голицыным 16.05.2009 г. Поступило 19.05.2009 г.

Общепринятые представления о господстве в земной коре условий сжатия или растяжения в комбинации со сдвигом противопоставляются друг другу и рассматриваются в контексте различных геодинамических условий структурообразования. Крайнюю форму противопоставления условий структурообразования мы находим у A.G. Sylvester [6] в его классификации режимов транспрессии и транстенсии при формировании сдвигов.

В работе показаны несоответствия кинематики "цветковых моделей" транспрессии и транстенсии реальным трехмерным моделям зон сдвигания [1]. Примеры изучения зон сдвигания по результатам интерпретации сейсморазведки 3D в пределах разновозрастных осадочных бассейнов Земли свидетельствуют о формировании их в условиях чистого сдвига при одновременной реализации обстановок сжатия и растяжения во взаимно ортогональных сечениях. Сопоставительный анализ показывает, что модели транс -прессии и транстенсии не адекватны трехмерным моделям строения природных геологических структур осадочных бассейнов. В этой связи существующие представления о напряженно-деформированном состоянии земной коры и структурных парагенезах зон сдвигания, восходящие к временам плоского (двухмерного) геологического мышления, являются наполными и требуют очевидного пересмотра.

Основной тезис, постулируемый в работе, сводится к утверждению одновременности проявления на этапах структурообразования объемного неравномерно-напряженного состояния, запечатленного в трех основных типах деформаций геосреды (сжатие—растяжение—сдвиг) во взаимно ортогональных сечениях структур земной коры.

СТРУКТУРНЫЕ ПАРАГЕНЕЗЫ ЗОН СДВИГАНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Существуют устоявшиеся представления о структурах разрушения, отвечающие механизму

Центральная геофизическая экспедиция, Москва

горизонтального сдвига, основанные на моделях Риделя (W. Riedel, 1929) и Андерсона (E. Anderson, 1951). В зонах сдвигания по модели Риделя выделяются кулисно расположенные R- и R'-ско-лы, составляющие с осью сдвига острый и близкий к 90° углы, трещины отрыва T, P- и Z-сколы, а также кулисы приразломных пликативных складок F, длинные оси которых совпадают с ориентацией оси максимального растяжения. Изучение деформаций зон сдвигания в экспериментах по физическому моделированию характеризует процесс развития сдвига как разорванную во времени последовательность деформационных событий для пространственно обособленных структурных парагенезов. Анализ результатов экспериментов показал, что поверхностные структурные парагенезы зон сдвигания хорошо изучены, чего нельзя сказать об объемных деформациях, так как методы физического моделирования не дают такой возможности.

В соответствии с этими модельными представлениями интерпретируются природные структурные парагенезы для сменяющихся геодинамических обстановок транспрессии и транстенсии. Обобщенные данные о структурных парагенезах зон сдвигания можно найти в работе [3], где вслед за [5] и [6] показаны основные типы деформаций для кинематических обстановок транспрессии и транстенсии.

Результаты физического моделирования, выполненного нами совместно с лабораторией тек-тонофизики и геотектоники геологического факультета МГУ [2], объясняют формирование сдвиговых деформаций, характерных для чехла Западной Сибири [1], сочетанием двух типов горизонтального сдвига — вдоль вертикальной и вдоль горизонтальной плоскостей без участия транспрессии или транстенсии.

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ НЕСООТВЕТСТВИЯ "ЦВЕТКОВЫХ СТРУКТУР"

Изучение смещений поверхности, связанных с крупными землетрясениями в Новой Зеландии, Японии, Калифорнии, привело к созданию учения о разломах со смещением по простиранию (сдвигах) [6]. Эволюция вегенеровской концеп-

Рис. 1. Кинематическая модель "цветковых структур": 1 — структура "тюльпан", левосдвиговая транспрессия (A. Sylvester, 1988); 2 — структура "пальмовое дерево", левосдвиговая транстенсия (A. Sylvester, 1988); 3 — структура "тюльпан", правосдвиговая транспрессия (K. Kwolek, 2004); 4 — винтообразная форма отдельных сколов Риделя при простом правом сдвиге, реконструированная по горизонтальным разрезам при экспериментах на песчаных моделях (Naylor and others, 1986); 5 — винтообразная форма осевых поверхностей двух кулисообразных складок при простом левом сдвиге (Naylor and others, 1986).

ции дрейфа континентов в теорию мобилизма во многом обязана учению о трансформных разломах [7], обосновавшему возможность масштабных перемещений литосферных плит. Классификация сдвигов [8], их геометрические, кинематические и динамические характеристики были оформлены при изучении горизонтальных сдвигов в обнажениях складчатых поясов. Как отмечал A. Sylvester [6], многие концепции и вопросы, касающиеся сдвигов, выведены из результатов исследований разлома San Andreas.

Главное ограничение, накладываемое на результаты этих исследований, состоит в том, что изучались препарированные эрозией разрезы, демонстрирующие отдельные фрагменты двумерных структурных парагенезов зон сдвигания. Эти ранние модели сдвигов не могли учесть все слож-

ные связи складчато-разрывных структур в их объемном взаимоотношении. В соответствии с этим A. Sylvester [6] формулирует несколько фундаментальных вопросов, которые остаются малопонятными, включая природу образования кулисообразных складок и их связи с процессом образования сдвигов.

При внимательном рассмотрении моделей "цветковых структур" [5, 6 и др.] обнаруживаются их явные несоответствия кинематическим условиям строения природных сдвиговых зон, равно как несоответствия между моделями разных авторов и моделями одного автора в разные годы. Ниже приводятся наиболее очевидные несоответствия ("кинематические ребусы") из встреченных нами графических иллюстраций "цветковых структур" зон сдвигания (рис. 1) по работам [5, 6]:

1) неверная кинематика сдвигов (на рис. 1, 1, 2, 5 правые сдвиги показаны как левые; на рис. 1, 4 кинематика уже правая);

2) плоскости кулис пересекают ось сдвига как сплошные тела, образуя винтообразные смести-тели разломов без осевого разрыва сплошности сдвига (в природе кулисы одного крыла структуры не пересекают осевую поверхность и не переходят в соседний блок);

3) при встречном смещении противоположных блоков кулисы скользят по плоскости разрыва как по рельсам и скручиваются, а не разрываются и не смещаются друг относительно друга;

4) для отдельной кулисы углы падения изменяются от нуля (относительно вертикали) в центре кулис (линия пересечения с осью сдвига) до максимальных величин на окончаниях кулис (в природе нулевому углу падения плоскости кулис отвечает линия выклинивания кулис над вертикальной проекцией плоскости сдвига);

5) в "цветковых моделях" отсутствуют признаки выклинивания кулис в шовной зоне сдвига;

6) несоответствие кинематики моделей A. Sylvester (левый сдвиг) и K. Kwolek (правый сдвиг) при их морфологической идентичности;

7) наличие антиформ внутри "цветка" тран-стенсии и синформ внутри "цветка" транспрес-сии, в то время как для "цветковых структур" характерны обратные соотношения.

Обнаруженные нами несоответствия в модели Риделя распространяются на набор и соотношения структурных парагенезов природных зон сдвигания. Это относится как к фактам невыраженности риделевских (R и R') сколов, P- и Z-сколов, так и несоответствия ориентировки кулис складок F простиранию оси максимального сжатия. В отличие от модели Риделя в природе простирание приразломных пликативных складок поперечно вектору максимальных касательных напряжений Tmax. Другие несоответствия приводятся ниже.

НОВАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СДВИГА

Как основной структурный объект, являющийся предметом изучения, структуры горизо-нального сдвига (СГС) имеют черты морфологического подобия с "цветковыми структурами", однако термин СГС много более емкий по форме и по содержанию [1]. Сопоставительный анализ показывает, что постановка вопроса о формировании структур в условиях транспрессии или тран-стенсии некорректна: "тюльпан" и "пальма" — кинематические парагенезы зон сдвигания и раздельно не существуют. В условиях выраженных структурных форм, сформированных сдвигами фундамента, в различных сечениях чехла осадоч-

ного бассейна находят отражение структурные парагенезы и индикаторы условий сжатия, растяжения и сдвига одновременно. Выраженность или невыраженность признаков проявления этих кинематических условий нагружения определяется выбором сечения для наблюдения, относительной деформированностью структуры на фоне регионального деформационного поля, масштабом и мерностью наблюдений (двух- или трехмерных).

На фактическом материале выводы эти находят убедительную аргументацию. Рисунок 2 демонстрируется авторскую кинематическую модель СГС. Показаны реальные сейсмические профили 3D по Еты-Пуровскому валу (Западная Сибирь) в пяти критических сечениях, отражающих различный стиль деформаций и одновременное проявление на площади всех известных структурно-кинематических парагенезов СГС. Положение сечений на СГС показаны на карте углов наклона, характеризующей строение кулисной зоны операющих разломов чехла для горизонтального сдвига фундамента на уровне баже-новской свиты верхней юры (размеры участка 11 х 17 км). Сечение 1—1 отражает господствующие на своде структуры условия меридионального сжатия (ось amax), сечение 2—2 — широтного растяжения (ось amin), сечения 3—3 и 4—4 — горизонтального сдвига (ось Tmax), встречного на разных крыльях складки. Сечение 5—5 — демонстрирует чередование условий сжатия (горсты) и растяжения (грабены) в шовной зоне сдвига. В сечениях 3—3 и 4—4 происходят одновременно внутрислойные сдвиги (горизонтальный сдвиг в горизонтальной плоскости), приводящие к пластическому нагнетанию пород и сдваиванию разреза [1].

Особенностью СГС является наличие сбросов на своде поднятия (2—2), в то время как положительные "цветковые структуры" (Positive Palm Tree — Transpression) формируются на взбро

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком