Введение к работе
I. J. > ». і. «і. Леша
^тдвл диссертаций Актуальность. Выбор тектонофизического направления продик-
тован тем, что выяснение механизма образования деформационных структур сдвигового типа в земной коре является важнейшей задачей наук о Земле, связанной с необходимостью познания направле- . ний общей эволюции земной коры и возрастающими требованиями к расшифровке закономерностей размещения полезных ископаемых.
Общий для всех сдвиговых дислокаций механизм упругого скалывания и пластического течения при определенном направлении сжатия и растяжения (л = 45) позволяет рассматривать эти дислокации в качестве объекта исследования, независимо от положения их в системе географических координат,с соответствующим учетом радиальной гравитационной нагрузки или инерционных сил другого происхождения.
Широкое распространение в природе парагенетических систем дислокаций, связанных со сдвиговыми смещениями масс, с образованием разломных границ или сдвиганием вдоль существующих разделов, позволяет считать их одним из ведущих фундаментальных механизмов структурообразования в земной коре, играющим первостепенную роль в размещении полезных ископаемых. Этим определяется актуальность постановки задачи исследования механизмов сдвигового структурообразования с привлечением экспериментальных методов моделирования дислокаций этого рода.
Цель исследования - установить на основе геологических (теоретических и экспериментальных) данных принципиальные особенности механизма образования сдвиговых дислокаций и их структурных парагенезисов в различных условиях нагружения геологической среды, связанных с образованием различных структурных элементов земной коры. Она решалась путем полевого и экспериментального исследования строения и. механизма образования различных деформационных структур, включая сдвиговые дислокации.
Задачи экспериментального направления работы состояли в рациональном выборе и применении наиболее эффективных из числа традиционных методов тектонофизического моделирования, их совершенствования для достижения намеченной цели и разработки новых методов, обеспечивающих получение системы аналогий механизмов образования для широкого круга деформационных структур в их природном проявлении.
Фактический материал для структурной и экспериментальной частей работы составили:
итоги многолетних (1958-1989) полевых исследований автора по картированию деформационных структур Горного Алтая (сдвиго-над-виговые дислокации), Центрального (разломы и концентрические структуры) и Восточного (зоны смятия и динамоыетаморфизма) Казахстана, Северного Вьетнама (современные сдвиговые системы). Использованы 25 геологических карт м-ба 1:200 000 - 1:50 000 ПО "Запсибгеология", ПО "Востказгеология", картографические и аэрофотоматериалы Института наук о Земле НЦНИ СРВ;
данные структурного дешифрирования аэро- и космических снимков . (Новосибирское аэропредприятие, 100 экз.; госцентр "Природа" -40 экз.);
опубликованные.результаты геолого-структурных, экспериментальных, методических и теоретических исследований в области текто-нофизики;
геотектонические теории, основополагающие представления структурной геологии, механики деформируемого твердого тела;
геофизические материалы в виде временных разрезов в различных вариантах машинной обработки (50 разрезов ЦГЭ, ПО "Новосибирск-геология");
материалы фоторегистрации, измерения и обработки данных экспериментального моделирования,выполненного автором (500 разновидностей).
Методы исследования. Основными методами исследования являлись:
- тектонофизическое моделирование деформационных структур
на эквивалентных материалах и структурный анализ моделей дефор
мационных структур и их природных аналогов, верификационные со
поставления.
В процессе тектонофизического моделирования применен ряд составляющих его самостоятельных методов:
метод моделирования конседиментационных дислокаций (деформации слоистых толщ, одновременно с осадконакоплением);
поляризационно-оптический метод исследования напряжений в упругих и упруго-пластических средах (фотоупр^гость и фотопластичность);
моделирование гравитационных и других массово-инерционных
эффектов нагружения моделей в искусственном магнитном поле;
- моделирование структурных следствий увеличения объема
масс на расширяющихся материалах.
В ходе полевого исследования деформационных структур применялись методы детального структурного профилирования и площадного картирования м-ба 1:200 - 1:5 000 с массовыми замерами ориентировок структурных элементов, отбором ориентированных образцов, составлением в поле сплошного структурного профиля и фотозарисовками деталей.
Научная новизна. С привлечением комплекса тектонофизических методов установлены новые закономерности развития сдвиговых дислокаций в полях напряжений различных деформационных структур: в складках продольного и поперечного изгиба, в разнообразных флексурах, в окрестностях движущихся тел, в концентрических структурах, в слоистых толщах чехла над подвижным фундаментом, в слабо-консолидированных осадках при продольном сжатии и гравитационном обрушении, при изгибе и погружении (субдукции) плит.
Получены новые данные:
о строении внутренних полей напряжений сдвиговых зон в однородных и неоднородных средах;
о характере распределения напряжений в окрестностях и на границах включений (в виде жестких тел, разрывов, слоев),что создает предпосылки для целенаправленного прогноза парагенезисов вторичных дислокаций в природной обстановке на микро- и макроуровне. Новые данные о внешних и внутренних полях напряжения сдвиговых зон положены в основу первой их систематики по морфологии, способам нагружения и полям напряжений (рис. I).
В результате полевого и экспериментального исследования созданы новые региональные модели различных деформационных структур: рифтовых зон рейнского и байкальского типа, сдвиго-на-двиговых систем Горного Алтая, зон смятия и динамометаморфизма Восточного Казахстана, сдвиговой системы Шонг Хонг Северного Вьетнама, альтернативных моделей структуры сейсмофокальных зон Курило-Камчатского типа и механизма субдукции штат. С учетом отдельных экспериментов, проведенных Ретгером (1935), Кюненом (1937), Кьюрреем (1957) по деформации неконсолидированных осадков и турбидитов автором разработан метод моделирования конседи-ментационных структур и дислокаций в многослойных толщах, после-
довательно осаадаемых в водной среде при. их одновременном деформировании под действием горизонтальных и вертикальных усилий.
Применение метода обеспечивает максимальное приближение условий деформации к природным по основным параметрам структурно-динамического подобия, так как осаждаемые слои проходят в процессе нагружения аналогичную структурную историю: осаждение -уплотнение - рассланцевание, а также могут приобретать близкие или идентичные (глины, пески) природным образованиям деформационные свойства. Метод применен к изучению структуры геологических формаций и механизмов образования нефтеконтролирующих структур тектоно-стратиграфического типа. С целью использования при моделировании эффектов массовых (гравитационных) сил автором разработан ранее неизвестный метод моделирования деформационных структур, основанный на применении магнитоактивных материалов в искусственном магнитном поле. Метод позволяет создавать определенные^ т.ч. сдвиговые'системы полей напряжений внутри моделей без применения внешних механических усилий с учетом иножителя подобия ускорения силы тяжести,без центрифугирования моделей (гравитационные соскальзывание, контракционные регматические системы разломов на.сферических поверхностях с радиальным направлением массовых сил и т.п.). Автором получены новые данные о закономерностях распределения напряжений для широкого круга деформационных структур на основе применения и развития поляриза-ционно-оптического метода, впервые введенного в геологию М.В. Гзовским (1963). Этот метод,являясь наиболее точным в построениях тектонических полей напряжений в пределах упругой области деформаций однородных сред применим, как показал автор, для моделирования тектонических полей напряжений и деформаций в гетерогенных (кусочно-однородных, блоково-, зернисто-, разрывно- и слоисто-неоднородных) средах, в том числе остаточных (пластических) деформаций- и сдвигового течения в тектонических структурах с использованием оптически активных низкомодульных эквивалентных материалов с учетом ползучести и "старения" за пределом упругое- ти (упругого последействия) (желатин под нагрузкой 48 часов, оптический плексигласе, пластифицированный при температуре 60-70).
Значительная часть поляризационно-оптических моделей, отобранных по принципу инвариантности,положена в основу его систематики сдвиговых зон (рис. I).
4 .