Geodynamics & Tectonophysics (E-Journal) / Геодинамика и тектонофизика
Not a member yet
725 research outputs found
Sort by
Строение мантии и тектоническая зональность центральной части Альпийско-Гималайского пояса
Get PDFThe Alpine-Himalayan orogenic belt is characterized by longitudinal zoning and transverse segmentation. Using the 3D seismic tomography model, we compiled the sections showing the deviations of seismic P-wave velocities from the average values in the mantle, and analyzed the sections in comparison with the data on the crustal inhomogeneities expressed in geological structures. The sections go across of the central part of the belt from Adriatic to Western Tien Shan, Pamirs, Western Himalayas, and the adjacent territories of the East African rift system, the Arabian, Turanian and Scythian plates, and the East European platform. Our model based on the seismic tomography data is mainly targeted at studying the inhomogeneities in the upper mantle, considering the fact that the resolution of mantle differentiation in terms of P-waves is higher in the upper mantle than in the lower one. Based on the analysis of the sections, we determine the directions of seismically low-velocity upper-mantle flows spreading from the Ethiopian-Afar super-plume, which differ in intensity. The relationships are revealed between these flows and the high-velocity bodies that are subsided into the mantle due to subduction and collision of the plates. The deep-seated features that give evidence of transverse segmentation of the belt are detected.Альпийско-Гималайский орогенический пояс характеризуется продольной зональностью и поперечной сегментацией. Для сопоставления с этими коровыми неоднородностями, выраженными в геологических структурах, составлены и проанализированы разрезы отклонений скоростей сейсмических P-волн от средних значений в мантии, построенные на основе объемной сейсмотомографической модели. Разрезы охватывают центральную часть пояса от Адриатики до Западного Тянь-Шаня, Памира и Западных Гималаев, а также соседние с поясом территории Восточно-Африканской рифтовой системы, Аравийской, Туранской, Скифской плит и Восточно-Европейской платформы. Использованная модель сейсмотомографических данных ориентирована, прежде всего, на исследование неоднородностей верхней мантии, поскольку детальность дифференциации по скоростям продольных волн в ней выше, чем в нижней. Анализ построенных разрезов позволил определить направления относительно низкоскоростных (с пониженными скоростями сейсмических волн) верхнемантийных потоков разной степени интенсивности, распространяющихся в северных румбах от Эфиопско-Афарского суперплюма, сочетания этих потоков с высокоскоростными объемами, погруженными в мантию в результате субдукционных и коллизионных межплитных взаимодействий, и глубинные проявления поперечной сегментации пояса
РИФЕЙСКИЙ МАГМАТИЗМ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ РАСКРЫТИЮ УРАЛЬСКОГО ПАЛЕООКЕАНА: ГЕОХИМИЯ, ИЗОТОПИЯ, ВОЗРАСТ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ
Get PDFThe rocks from different stages of the geodynamic evolution have been preserved in the Urals. In its geologic history, the least studied is the transition period between continental rifting and the beginning of oceanic spreading. This article presents the geochemical data on the Sr-, Nd-isotopes, zircon U-Pb (SHRIMP) ages for the MesoNeoproterozoic igneous rocks and associated ores from the Bashkir meganticlinorium (BMA) on the Urals western slope. A Large Igneous Province (LIP) formed there as a result of mantle plume activity during the Middle Riphean (1380–1350 Ma). Later on (1200–1100 Ma), short-term rifting took place, as evidenced by the Nazyam graben, which was followed by the complete break-up of the continental crust. For magmatic rocks in the age range of 1750–1200 Ma, the evolition of chemical composition OIB-type → E-MORB →N-MORB is observed. The εNd(t) values for the igneous rocks and the associated BMA ores vary from negative (–6) to positive ones (+5), and thus give evidence of the lithosphere mantle depletion with time. These facts and the Sr-isotope ratios for the magmatic rocks from the subsequent evolution stages confirm that the oceanic basin to the east of the East European platform started to open at the end of the Middle Riphean. For the Vendian-Cambrian, some traces of orogenes (Timanian stage) are observed. The development of the Uralian Paleozoic ocean started in the Ordovican and continued up to the Late CarboniferousPermian.Урал – одна из немногих структур, в которой сохранились породы всех стадий геодинамической эволюции. Наименее изученным в его геологической истории является период, переходный от континентального рифтинга к океаническому спредингу. В статье представлены новые данные по геохимии, изотопии Sr и Nd, U-Pb (SHRIMP) возрасту цирконов магматических пород и связанных с ними руд Башкирского мегантиклинория (западный склон Южного Урала), имеющих мезонеопротерозойский возраст. В среднем рифее (1380–1350 млн лет) здесь была сформирована крупная изверженная провинция (LIP) как возможный результат активности мантийного плюма. Затем (около 1100 млн лет) имел место полный разрыв континентальной коры, и краткое время существовала рифтовая структура (Назямский грабен). Для магматических пород с возрастом 1750–1100 млн лет фиксируется геохимическая эволюция составов: OIB →E-MORB→ N-MORB. При этом εNd изменяется от отрицательных (–6) до положительных значений (+5), указывая на обеднение литосферной мантии со временем. Эти факты, наряду с поведением изотопов Sr для пород всех последующих стадий эволюции Урала, указывают на то, что океаническое пространство к востоку от Восточно-Европейской платформы открылось в конце среднего рифея. В венде – кембрии присутствуют признаки орогенных событий (Тиманский этап). С ордовика началось развитие Уральского палеозойского океана, существовавшего до верхнего карбона – ранней перми
Геодинамические условия кайнозойской активизации тектонических структур Юго-Восточной Монголии
Get PDFThe knowledge of the neotectonic structures inSoutheastern Mongolia, that is considerably distant from the active plate boundaries, is important for determining a source of tectonic deformation and regular features of activation in the intracontinental setting. Our research was focused on the East Gobi and South Gobi depressions located inSoutheastern Mongolia, which developed since the Mesozoic and were activated to various degrees in the neotectonic stage. The study aimed to assess the paleostress state of the crust inSoutheastern Mongolia, identify the stages, factors and mechanisms of the Cenozoic activation of the regional structures of different strike, and determine the sources of activation. The analysis of the available literature suggests a similar history of their development in the Late Jurassic – Early Cretaceous (rifting) and Late Cretaceous – Paleogene (tectonic quiescence). In the Cenozoic stage, the depressions experienced activation of completely different styles. In theEast Gobidepression, left-lateral strike-slip faults were activated in the Tertiary, and the post-Late Cretaceous thrusting took place along the northeastern faults on the northern slope of the Totoshan uplift. In the Early Cenozoic, the N-S and N-W compression was dominant as evidenced by the deformed Late Cretaceous sediments and the reconstructed stress tensors typical of the compression and transpression regimes. An overview of the published data suggests that the most probable cause of such deformation was the impact of the Western Pacific zone of plate interaction. However, a potential influence of compression at the early stages of the Indo-Asian collision cannot be completely excluded. TheEast Gobidepression was low active in the second half of the Cenozoic. In contrast to the East Gobi depression, theSouth Gobiactivation began in the Late Cenozoic (Late Miocene – Early Pliocene). Young uplifts and forbergs (Gobi Altai eastern termination) developed actively and ‘cut’ the sediments of the basins originating from the Mesozoic. The W-E and N-W strike-slip and thrust faults were active in the Pliocene–Quaternary. The stress field reconstructions show compression, transpression and strike-slip regimes with the NE-trending axis of compression. Deformation in the East Goby Altay (as well as in Western andSouthwestern Mongolia) is driven by the India-Eurasia collision.Неотектонические структуры юго-восточной части территории Монголии значительно удаленной от активных границ, представляют большой интерес с точки зрения определения источника тектонических деформаций и закономерностей их активизации во внутриконтинентальных условиях. Наши исследования были сосредоточены на части Юго-Восточной Монголии, в которой выделяются в разной степени активизированные на неотектоническом этапе мезозойские Восточно-Гобийская и Южно-Гобийская депрессии. Задача настоящей работы – оценка палеонапряженного состояния земной коры этой территории, выявление этапов и механизмов кайнозойской активизации структур разного простирания и определение ее источников. Сопоставление литературных данных о геологической истории развитии Восточно-Гобийской и Южно-Гобийской депрессий свидетельствует о единой истории развития территории в позднеюрско-раннемеловое (рифтообразование) и позднемеловое – палеогеновое время (режим тектонической стабилизации). На кайнозойском этапе эти впадины испытали совершенно различную по стилю активизацию. Помимо активизации левосторонними сдвигами в Восточно-Гобийской впадине в третичное время эта территория характеризуется развитием постпозднемеловых надвигов на ряде северо-восточных разломов в северном борту Тотошанского поднятия. Деформации позднемеловых осадков и реконструкции стресс-тензоров режима сжатия и транспрессии в зонах разломов свидетельствуют о субмеридиональном и СЗ сжатии в раннем кайнозое. Суммируя литературные данные, можно заключить, что наиболее вероятным источником этих деформаций могла быть Западно-Тихоокеанская зона межплитных взаимодействий. Нельзя также полностью отрицать возможность влияния процессов сжатия, происходивших на ранних стадиях в зоне Индо-Азиатской коллизии. Во второй половине кайнозоя эта территория была малоактивна. Активизация Южно-Гобийской депрессии в отличие от Восточно-Гобийской началась с позднего кайнозоя (конца миоцена – начала плиоцена). В этом районе происходит активное формирование рельефа с образованием молодых поднятий и форбергов (восточное окончание Гобийского Алтая), «протыкающих» осадки уже существовавших с мезозоя впадин. Эта территория характеризуется признаками плиоцен-четвертичной активности субширотных и СЗ сдвигов и надвигов. Реконструкции полей напряжений характеризуют режимы сжатия, транспрессии и сдвига с ориентировкой оси сжатия на северо-восток. Источником этих деформаций, так же как и деформаций структур Западной и Юго-Западной Монголии, являются процессы конвергенции Индостана и Евразии
Геодивайдер 102–103° в.д. в современной структуре литосферы Центральной Азии
Get PDFA quasi-linear zone of noticeable geological and geophysical changes, which coincides approximately with 102–103° E meridians, is termed by the authors as “geodivider”. Active submeridional faults are observed predominantly along the zone and coincide with its strike. Seismicity is most intensive in the central part of this zone, from the Lake Baikal to the Three Rivers Region at the Sino-Myanmar frontier. Transects with deep seismic sections and energy dissipation graphs show most sharply increasing seismic energy amounts and hypocenter depths in the western part of the geodivider which delimits (in the first approximation) the Central Asian and East Asian transitional zones between the North Eurasian, Indian and Pacific lithosphere plates. The transpression tectonic regime dominates west of the geodivider under the influence of the Hindustan Indentor pressure, and the transtension regime prevails east of it due to the Pacific subduction slab submergence and continuation. The regime change coincides with an abrupt increase in the crust thickness – from 35–40 km to 45–70 km – west of the geodivider, as reflected in the geophysical fields and metallogenic characteristics of the crust. The direction of P- and S-waves anisotropy together with the GPS data show decoupling layers of the crust and mantle in the southern part of the geodivider. According to our investigations, the 102–103° E geodivider is a regional geological-geophysical border that may be compared with the Tornquist Line, and, by its scale, with the Uralian and Appalachian fronts and some others large structures.Квазилинейная зона заметных геологических и геофизических изменений совпадает приблизительно с меридианами 102–103° в.д. Активные субмеридиональные разломы развиты в этой зоне, названной авторами геодивайдером 102–103° в.д. Наиболее интенсивная сейсмичность характеризует центральную часть геодивайдера от озера Байкал до региона Трех рек на границе Китая и Мианмар. Проведение трансектов с глубинными сейсмическими разрезами и графиками диссипации сейсмической энергии показывает преимущественно резкое возрастание объемов сейсмической энергии и глубины гипоцентров на западном крыле геодивайдера. Геодивайдер разделяет, в первом приближении, Центрально-Азиатскую и Восточно-Азиатскую транзитные зоны между Северо-Евразийской, Индийской и Тихоокеанской литосферными плитами. Тектонический режим транспрессии преобладает к западу от геодивайдера под влиянием давления Индостанского индентора, и режим транстенсии распространен к востоку от него, благодаря глубокому погружению и продолжению Тихоокеанского слэба. Смена режимов совпадает с резким увеличением мощности коры к западу от геодивайдера от 35–40 до 45–70 км, отражающимся в геофизических полях и коровых металлогенических характеристиках. Направление P- и S-волн анизотропии наряду с данными GPS показывает их несовпадение в различных слоях коры и мантии в южной части геодивайдера. По результатам наших исследований геодивайдер 102–103° в.д. представляет собой тип геолого-геофизической границы, сопоставимой с линией Торнквиста, по масштабу с Уральским и Аппалачским фронтами и с рядом других крупных структур
ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН В ГРИБООБРАЗНОЙ ГОЛОВЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПЛЮМА
Get PDFThe model of a thermochemical mantle plume is described. The scheme of origination of the plume from the core-mantle boundary is presented. The basic ratios for determining the thermal power and the diameters of thermochemical plumes are given. After eruption of the melt from the plume conduit to the surface, melting occurs along the base of the crustal block above the plume roof, resulting in the formation of a mushroom-shaped head of the plume, which means that a large intrusive body (deep-rooted batholith) is formed. The relative thermal power of such plumes is 1.9<Ka<10. Based on the laboratory and theoretical modeling results, we present the thermal and hydrodynamic structure of the thermochemical plume with the mushroom-shaped head. The parameters of some plumes, that are responsible for formations of batholiths in North Asia, are estimated from the geological data, including the age intervals and the extent of magmatism. Relying on the model of the flat horizontal liquid layer, hydrodynamics and heat transfer of the mushroom-shaped plume head are considered. The variations in temperature and flow velocity in the melt of the plume head are assessed. The compositional changes in the melt of the plume head are determined by stages: (1) after settling of refractory minerals; (2) after settling of plagioclase in the melt resulting from the first stage. The tables show the calculation data, including the weight contents of oxides and the normative compositions for the melts at Tmelt=1410 °C and Tmelt=1380 °C. The thickness of the residual melt is estimated for the case of the Khentei plume. Its head’s thickness (l) is equal to the plume conduit diameter (d): l=d=29 km. The proposed model of the plume with the mushroom-shaped head was used to calculate the normative composition of the melt with a chemical composition similar to that of normal granites.Описана модель мантийного термохимического плюма, и представлена схема его зарождения на границе ядро–мантия. Приведены основные соотношения для определения тепловой мощности термохимического плюма и диаметра его канала. Плюмы с грибообразной головой имеют относительную тепловую мощность 1.9<Ka<10. После прорыва расплава из канала плюма на поверхность происходит плавление вдоль подошвы массива коры над кровлей плюма и образуется грибообразная голова плюма, т.е. формируется крупное интрузивное тело (корневой батолит). На основе данных лабораторного и теоретического моделирования представлена тепловая и гидродинамическая структура термохимического плюма с грибообразной головой. Определены основные параметры некоторых плюмов, ответственных за образование батолитов Северной Азии. Гидродинамика и теплообмен в грибообразной голове плюма рассмотрены на основе модели плоского горизонтального слоя жидкости. Оценены величины изменения температуры и скорости течения в расплаве головы плюма. Расчеты состава расплава в грибообразной голове плюма проведены в два этапа: 1) после осаждения тугоплавких минералов на подошву головы плюма; 2) после осаждения плагиоклаза в расплаве, образовавшемся после первого этапа и содержащем 61.5 % плагиоклазового компонента. Результаты расчетов приведены в виде таблиц, представляющих процентное весовое содержание оксидов, а также нормативный минералогический состав расплава при температуре Tр=1410 °C и Tр=1380 °C. Расчеты толщины слоя остаточного расплава проведены для Хэнтэйского плюма, у которого толщина головы l=d=29 км (d – диаметр канала плюма). На основе предложенной модели плюма с грибообразной головой в результате расчетов может быть получен нормативный состав расплава, близкий к составу нормальных гранитов
Эволюция напряженного состояния земной коры района кимберлитовой трубки Катока, северо-восток Анголы
Get PDFThis paper presents the first results of the geostructural and tectonophysical studies of the crustal stress state in the Catoca kimberlite pipe area at the southwestern flank of the Kasai Shield in the northeasternAngola. In the evolution of the crustal stress state, six main stages are distinguished by analyzing the displacements of markers, fold hinges, long axes of boudins, granite dikes of various intrusion phases and kimberlites, as well as fractures with striations. For each of these stages, a dominating horizontal tectonic stress and its orientation is identified. During stage 1 (NW extension and shearing) and at the beginning of stage 2 (NW compression), structures formed in the host rocks in brittle-plastic conditions. The replacement of plastic deformation by faulting could occur about 530–510 Ma ago, when the continental crust ofAfricahad completely formed. Stage 3 (radial, mainly NW extension) and stage 4 (shearing, NW extension, and NE compression) were the most important for kimberlite occurrence: in the Early Cretaceous, radial extension was replaced by shearing. Both stages are related to opening of the central segment of theSouth Atlantic. The main kimberlite magmas occurred during the break-up of the Angola-Brazilian segment of Gondwana. In the course of all the four stages, stress was mainly released by the NE- and E-NE-striking faults and, to a lesser extent, by the NW-striking and latitudinal faults. The initial stage of kimberlite magmatism is associated with the NE- and E-NE-striking faults due to the presence of the Precambrian zones of flow and schistosity, which facilitated the NW-trending subhorizontal extension. Stage 5 (NE compression) began in the second half of the Cretaceous and possibly lasted until the end of the Paleogene, and compression occurred mainly along the NW-striking faults. Regionally, it corresponds to two stages of inversion movements in the southern regions of Africa, during which theAngoladome-shaped uplift emerged and the shoulders of the East African rifts began to take shape. Stage 6 (horizontal extension, mainly in the N-NE direction) is related to the processes that took place in the southern segment of theTanganyikarift and the eastern coast of theAtlantic. Based on the results of our studies, it became for the first time possible to get an idea of the main stages in the evolution of the studied region. Further geostructural measurements and dating of the host rocks will provide for a more precise definition of the proposed stages.В статье представлены первые результаты геолого-структурного и тектонофизического изучения напряженного состояния земной коры района алмазоносной трубки Катока, расположенной на юго-западном фланге щита Касаи на северо-востоке Анголы. На основе анализа смещений маркеров, шарниров складок и длинных осей будин, даек гранитов различных фаз внедрения и кимберлитов, а также трещин со штрихами скольжения выделено шесть основных этапов в эволюции напряженного состояния земной коры. Эти этапы обусловлены доминированием ориентированных в определенном направлении горизонтальных тектонических напряжений сжатия и/или растяжения, господствовавших в течение всей истории тектонического развития региона. В ходе первого этапа – превалирующего северо-западного растяжения со сдвигом – и начала второго этапа – северо-западного сжатия – формирование структур во вмещающих породах происходило в хрупкопластических условиях. Смена пластических деформаций на разрывные могла произойти примерно 530–510 млн лет назад, когда континентальная кора Африки была окончательно сформирована. Третий и четвертый этапы, важнейшие для кимберлитообразования, в течение которых в раннем мелу радиальное растяжение сменилось сдвиговым полем напряжений, характеризуются превалированием северо-западного растяжения. Оба этапа связаны с открытием центрального сегмента Южной Атлантики, а основной кимберлитовый магматизм приходится на момент разрыва Анголо-Бразильского сегмента Гондваны. В ходе всех четырех этапов разрядка напряжений происходила в основном по разрывным нарушениям северо-восточного и восток-северо-восточного простирания, в меньшей степени северо-западного и широтного. Начальный этап кимберлитового магматизма связан с разрывами двух первых указанных направлений, что предопределено наличием древних докембрийских зон течения и рассланцевания, которые оказались наиболее благоприятными для реализации северо-западного субгоризонтального растяжения. Последующее северо-восточное сжатие (пятый этап), начавшееся во второй половине мела и, возможно, продлившееся до конца палеогена, реализовалось в основном по разрывам северо-западного простирания. В региональном отношении ему соответствуют два этапа инверсионных движений на юге Африке, в ходе которых возникло Ангольское куполовидное поднятие и началось формирование плеч Восточно-Африканских рифтов. Последний этап горизонтального растяжения в доминирующем север-северо-восточном направлении связан с процессами, происходящими на юге Танганьикского рифта и восточном побережье Атлантики. Результаты исследований впервые позволили получить представление об основных этапах развития региона, которые впоследствии будут уточняться на основании большего количества геолого-структурных измерений и данных датирования вмещающих пород
Предсказание и наблюдение деформационных волн Земли
Get PDFThe theoretical prediction of strain waves in the Earth is one of the most significant achievements in geophysics of the last third of the 20th century. Using the strain wave theory, the physical foundations were developed for the mathematical theory of strain wave propagation, and the search for methods that could detect the strain waves in experiment and simulation has commenced. This article provides an overview of the history of the strain wave theory and describes the observation methods, the main types of geological structures generating strain waves, and the properties of strain waves. It presents the most important results of the theoretical, laboratory and field studies of slow migration of strain. Future studies based on the strain wave theory may initiate a fundamental revision of the current concepts of the seismic process.Теоретическое открытие деформационных волн Земли – одно из наиболее важных событий в геофизике последней трети XX века – послужило мотивацией к развитию физических основ математической теории распространения этих волн и поиску методов их экспериментального обнаружения. В статье кратко представлена история развития концепции деформационных волн Земли, методы наблюдения и свойства деформационных волн, основные типы геологических структур, генерирующих эти волны. Приведены наиболее значительные результаты теоретических, лабораторных и натурных исследований медленной миграции деформаций. В перспективе концепция деформационных волн Земли может кардинально изменить существующие представления о сейсмическом процессе
СРЕДНЕКЕДРОВАЯ ПАЛЕОСЕЙСМОДИСЛОКАЦИЯ В БАЙКАЛЬСКОМ ХРЕБТЕ: СТРУКТУРА И ОЦЕНКА СМЕЩЕНИЙ ПО ДАННЫМ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ
Get PDFOur study aimed to clarify the seismic potential of the Severobaikalsk fault and to discover the structural features of active faults on the NW shores of Lake Baikal. Seismogenic faults and large seismogravitational structures were mapped in the area of the Srednekedrovaya paleoseismodislocation, one of the most remarkable seismotectonic structures in the Baikal region. During the field trip, we tested the capacities of an OKO‐2 georadar and an ABDL‐ Triton antenna used to study cross‐sections of the Baikal ridge. Its slopes are steep, covered with Pinus pumila and abundant screes, many of which developed into boulder streams (‘kurumnik’). The first studies of the Sredneked‐ rovaya paleoseismodislocation were conducted by V.P. Solonenko and his team in 1964–1965. To some extent, this zone can be viewed as a reference object that can provide much information and thus deserves an in‐depth investiga‐ tion using new technologies. Our study combined the field observation and the interpretation of high‐resolution satel‐ lite images provided by DigitalGlobe (US) and downloaded by SAS.Planet. The consolidated database was sufficient for constructing a new schematic map showing the seismogenic faults associated with the Srednekedrovaya paleoseis‐ modislocation. The cumulative length of the ruptures observed on the surface amounted to almost 29.5 km. Some ruptures are separate from each other, and the rupture spacing ranges from the first tens of meters to the first kilome‐ ters. The width of the widest rupture zone is 1.9 km. The length of individual ruptures varies from 5.0 m to 2.7 km. Morphologically, the Srednekedrovaya paleoseismodislocation is represented by ledges and ditches that often comprise complex grabens disturbing the bedrock and slope deposits. The fault structure of this zone is a typical set‐ ting of orthogonal and slightly oblique crustal stretching, but its manifestation differs in the zone segments. In general, it is a combination of steeply dipping and listric faults traced to the depth of 13 m. In plan, the faults are observed to form the systems of subparallel ruptures that mainly strike at 30°. A linear relationship is established between the heights of the seismogenic ledges and the throws estimated from the ground‐penetrating radar data. The former are larger by 0.5–2.0 m than the throw measured from the radargrams. Apparently, this reflects the magnitude of expan‐ sion of the ledge upward along the sloping slope. In the zone of the main fault plane coinciding with the main ledge, the maximum and mean arithmetic throws are 8.3 and 4.93 m, respectively. On other fault planes, the throws range from 0.4 to 4.6 m. The paleoearthquake magnitude ranges from 6.8 to 7.6, according to the estimations from the seis‐ mic rock collapse volume, fault length, and the displacements. Our study of the Srednekedrovaya paleoseismodisloca‐ tion confirms that listric normal faulting is widespread along the western side of the North Baikal basin and gives in‐ direct evidence that conditions for accumulation and release of seismic energy are different on the western and east‐ ern shores of Lake Baikal. It should be noted, however, that in the studied near‐surface layer of the crust, the blocks of loose material may move along the flat planes due to gravitational sliding that increases under the impact of cryogenic processes on the steep slopes of the Baikal ridge.Для уточнения сейсмического потенциала Северобайкальского разлома и выявления особенностей строения активных нарушений северо‐западного побережья озера Байкал нами проведено картирование сейсмогенных разрывов и крупных сейсмогравитационных проявлений в районе Среднекедровой палеосейсмодислокации – одной из самых примечательных сейсмотектонических структур в Байкальском регионе. Одновременно мы испытывали возможности применения георадара ОКО‐2 с антенным блоком АБДЛ Тритон для изучения разрезов в условиях крутых склонов Байкальского хребта, покрытых стланиковыми соснами и осыпями, значительная часть которых преобразована в курумники. Впервые изученная в 1964–1965 гг. под руководством В.П. Солоненко Среднекедровая палеосейсмодислокация стала в некоторой степени эталонным объектом, который в силу своей выразительности требует более тщательного изучения в связи с новыми методическими возможностями. В результате выполненных работ нами на основе полевых наблюдений и дешифрирования спутниковых снимков высокого разрешения, предоставляемых американской компанией DigitalGlobe и доступных через программу SAS.Планета, составлена новая схема сейсмогенных нарушений, ассоциированных с палеосейсмодислокацией Среднекедровой. Общая протяженность видимых на поверхности разрывов составила не менее 29.5 км. Некоторые из них отстоят друг от друга на расстоянии от первых десятков метров до первых километров. Наибольшая ширина зоны разрывов составляет 1.9 км. Длина отдельных трещин изменяется от 5 м до 2.7 км. Морфологически Среднекедровая палеосейсмодислокация представлена уступами и рвами, нередко формирующими сложные грабены, которые нарушают коренные породы и склоновые отложения. Разломная структура зоны типична для обстановки ортогонального или чуть косого растяжения, но по‐разному проявляется на отдельных ее сегментах. В целом для нее характерно сочетание крутопадающих и листрических сбросов, прослеженных до глубины 13 м. В плане они образуют системы субпараллельных разрывов с преобладающим простиранием 30°. Полученные высоты сейсмогенных уступов и вертикальные смещения по данным георадиолокации линейно связаны между собой. Значения первых больше величин подвижек, измеренных на радарограммах, на 0.5–2.0 м, что отражает, по‐видимому, величину расширения уступа вверх по осыпному склону. Максимальная и средняя арифметическая вертикальные амплитуды сброса по зоне главного сместителя, совпадающей с главным уступом, имеют значения 8.3 и 4.93 м, соответственно. По отдельным сместителям смещения колеблются от 0.4 до 4.6 м. Оценки магнитуд палеоземлетрясения, рассчитанные по разным зависимостям с использованием объема сейсмообвала, длины разрыва и смещений, колеблются от 6.8 до 7.6. Изучение Среднекедровой палеосейсмодислокации подтвердило, что листрическое сбросообразование широко распространено вдоль западного борта Северобайкальской впадины, что является косвенным свидетельством различных условий накопления и реализации сейсмической энергии на западном и восточном побережье озера Байкал. В то же время в изученном близповерхностном слое земной коры некоторый вклад в движение блоков рыхлого материала по пологим плоскостям может вносить гравитационное скольжение, которое усиливается под воздействием криогенных процессов в условиях крутых склонов Байкальского хребта
Закономерности разрывообразования в земной коре и тектонофизические признаки метастабильности разломов
Get PDFThe problem of forecasting seismic hazards is discussed. The stress state data characterizing various aspects of brittle failure are reviewed in detail. It is shown that the most convenient tool for analyzing such data is the Mohr stress diagram and the Coulomb criterion. Noted is the role of a fluid in not only reducing the normal stresses responsible for brittle failure, but also predetermining the major processes in fault zones. In each fault body, a node can be distinguished as a fault part wherein the main structural and material transformations take place. The node contains narrow elongated zones of modification of mylonites, from protomylonites to ultramylonites and blastomylonites, that are related to the localization of continuous and discontinuous shear deformation. Due to the metamorphic processes, fault zones are less strong than the surrounding consolidated blocks of the crust. A theoretical analysis of the mechanism of displacements along the discontinuities of different scale ranks shows differences in their manifestation. Tectonic and seismic displacements along the rupture occupy the entire area at once, while displacements along the fault zone occur in stages along its extent and follow the ‘rolling-carpet’ principle that is also typical of intra-crystal dislocations. The stress state in the vicinity of ruptures and faults has different characteristic features. Based on the seismological and tectonophysical data on earthquake focal parameters and discontinuities, it is possible to identify two or three ranks of stresses, which differ in the laws predetermining their mutual relationships. Actually, this conclusion contradicts the hypothesis of self-similarity of discontinuities in their continuous range, from a dislocation to a fault zone, which length amounts to tens of kilometers. Besides, it imposes a restriction on the use of statistical analysis of seismic data. The seismic data show that in the source of a large earthquake, displacement develops as a running band (‘rolling-carpet’ principle). In the source of a weak earthquake, it occupies the entire earthquake focal area at once. The differences in the types of shearing in the sources of weak and strong earthquakes are related to the relationships between three dynamic parameters of the medium: velocity of seismic wave propagation, rate of rupture propagation, and displacement rate of the sides of the fracture. Using tectonophysical methods, the stress state was reconstructed for the seismically active regions of the planet and the sources of the mega-earthquakes of the 21st century. Based on the reconstructions, the mean strength and stress values were calculated, and the specific features of the stress fields were revealed. It is established that the strongest regional earthquakes ‘avoided’ the areas with increased effective isotropic pressure. The sizes of the sources of the strongest earthquakes were controlled by the size of the region with decreased effective pressure. The sites, wherefrom the earthquake were initiated, were often located in the zones of the highest stress gradients. These regularities support the term “metastability of the state of fault zone” (introduced to seismology from the physics of the states of matter) and justify it by a specific distribution pattern of stress values prior to the mega-earthquake. Based on the tectonophysical definition of the metastable state of faults, the important role is outlined for a stress gradient zone that represents a location wherein a trigger earthquake occurs. The ‘maturity’ of the zone with increased stress gradient values is, in essence, a characteristic of the time interval of metastability of the fault zone.Обсуждается проблема прогноза сейсмической опасности. Дается детальный обзор данных о напряженном состоянии, характеризующем различные аспекты хрупкого разрушения. Показано, что наиболее удобным инструментом такого анализа является диаграмма Мора и данные о кулоновых напряжениях. Отмечается роль флюида, не только понижающего уровень нормальных напряжений, ответственных за хрупкое разрушение, но и определяющего важнейшие процессы в разломных зонах. Выделяется ядерная часть – тело разлома, в которой происходят основные структурно-вещественные преобразования и формируются узкие, протяженные по площади модификации милонитовых пород от протомилонитов до ультрамилонитов и бластомилонитов, с которыми связана локализация непрерывных и разрывных сдвиговых деформаций. Метаморфические процессы в разломных зонах обеспечивают их низкую прочность в сравнении с окружающими консолидированными блоками коры. Теоретический анализ механизма реализации смещений вдоль разрывов сплошности разного масштабного ранга показывает их различие. Тектонические или сейсмические смещения вдоль трещины захватывают сразу всю ее площадь, в то время как для разлома они реализуются поэтапно вдоль его протяженности, напоминая «ковровый принцип» или «бегущую полоску», который также свойствен внутрикристаллическим дислокациям. Напряженное состояние в окрестности трещин и разлома имеет разные характерные особенности. Сейсмологические и тектонофизические данные о параметрах очагов землетрясений и разрывов сплошности в геологических объектах позволяют выделить 2–3 диапазона с различными законами, определяющими их взаимные соотношения. Данный вывод фактически противоречит гипотезе о самоподобии разрывов сплошности в непрерывном их диапазоне – от дислокации до разлома в десятки километров и накладывает ограничение на применение статистического анализа сейсмических данных. Сейсмические данные показывают, что смещение в очаге крупного землетрясения также развивается в виде бегущей полоски, а в очаге слабого землетрясения одномоментно охватывает всю его площадь. Различия в типе реализуемого сдвига в очаге слабого и сильного землетрясений связаны с соотношениями между тремя характерными динамическими параметрами среды: скоростью распространения сейсмических волн, скоростью распространения разрыва и скоростью смещения бортов разрыва. Тектонофизические реконструкции напряженного состояния в сейсмоактивных областях различных регионов планеты и в очагах подготовки мега-землетрясений XXI в. позволили получить усредненные значения прочности массивов и величин напряжений, а также выявили ряд характерных особенностей поля напряжений. Установлено, что наиболее сильные региональные землетрясения «избегают» областей повышенного уровня эффективного всестороннего давления. Размер очагов мега-землетрясений контролируется областью пониженного уровня эффективного давления, а участок, откуда инициировано землетрясение, часто располагается в зоне самого высокого градиента напряжений, существовавшего на краю очага или повышенного уровня напряжений внутри него.. Выявленные закономерности позволили дать термину «метастабильность состояния разломов», пришедшему в сейсмологию из физики фазовых состояний, обоснование в виде специфической закономерности распределения величин напряжений перед мега-землетрясениями.
ТРЕЩИНЫ ГОРНЫХ ПОРОД ВБЛИЗИ РАЗЛОМОВ: ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНО‐ПАРАГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Get PDFThe new approach to structural‐paragenetic analysis of near‐fault fractures [Seminsky, 2014, 2015] and specific features of its application are discussed. This approach was tested in studies of fracturing in West Pribaikalie and Central Mongolia. We give some recommendations concerning collection, selection and initial processing of the data on fractures and faults. The analysis technique is briefly described, and its distinctive details are specified. Under the new approach, we compare systems of natural fractures with the standard joint sets. By analysing the mass measurements of the orientations of joint sets in a fault zone, it becomes possible to reveal the characteristics of this fault zone, such as its structure, morphogenetic type, etc. The comparative analysis is based on the identification of the main fracture paragenesis near the faults. This paragenesis is represented by a triplet of mutually perpendicular joint sets. The technique uses the qualitative approach to establish the rank hierarchy of fractures and stress fields on the basis of genetic subordination. We collect and analyse the data on tectonic fractures identified from a number of indicators, the main of which are the geometric structure of the (systematic or chaotic) fracture system, and shear type of fractures. The new technique can be applied to analyse other genetic types of fractures (primary, hypergenic), provided that tectonic stresses were significantly involved in fracturing, which is evidenced by the corresponding indicators. Methods for conducting geological and structural observations are uniform for all sites and points, and increasing the number of observation points provides for a more effective use of the new technique. In our paper, we give specific parameters for constructing circle fracture diagrams. All the maximums in the diagram are involved in the analysis for comparison with the standard patterns. Errors caused by random coincidence are minimized by using special criteria to estimate the diagrams, and the reliability of the solutions is thus ensured. This paper considers various problems related to interpretations of natural fracture systems, concerning the angles between the conjugate joint sets, the presence of non‐standard fracture parageneses, fault zones of mixed types, and structural‐material inhomogeneities. The recommendations based on our experience of selection and processing of input field data can be viewed as a sup‐ plement to the method of analysis used for specialized mapping of faults zones and detection of stress fields [Seminsky, 2014, 2015]. The discussed information can be useful for those who are willing to successfully use this new approach to investigate the fault systems in the upper crust and solve applied and fundamental problems in the studies of faulting.Рассмотрены особенности практического применения нового подхода к структурно‐парагенетическому анализу приразломных трещин [Seminsky, 2014, 2015], полученные в процессе опробования методики для изучения трещиноватости в Западном Прибайкалье и Центральной Монголии. В этой связи даны рекомендации по сбору и первоначальной обработке фактического материала. Приведено краткое описание метода и его отличительные детали. Новый подход заключается в сравнении природных сетей трещин с эталонными трещинными сетями. Он позволяет определить характеристики разломной зоны (строение, морфогенетический тип и др.) на основе массовых замеров ориентировок трещиноватости. Сравнительный анализ базируется на выявлении основного разрывного парагенезиса вблизи разломов – это тройка взаимно перпендикулярных систем трещин. В методике используется качественный подход к ранговой иерархии разрывов и полей напряжений, основанный на генетической соподчиненности. Фактическим материалом служит трещиноватость тектонического происхождения, для идентификации которой приведен ряд признаков – основными являются геометрическая структура трещинной сети (системная или хаотическая) и сколовый тип трещин. Другие генетические типы трещин (первичные, гипергенные) можно анализировать новым методом при условии существенного участия в их формировании тектонических напряжений, что определяется наличием соответствующих признаков. Приемы проведения геолого‐структурных наблюдений едины для всех пунктов, увеличение числа которых повышает эффективность метода. Приведены конкретные параметры для построения круговых диаграмм трещиноватости. К анализу привлекаются все максимумы на диаграмме для сравнения с эталонными трафаретами. Специальные критерии оценки диаграмм минимизируют ошибки случайного совпадения и обеспечивают надежность полученных решений. Рассмотрены различные вопросы интерпретации природных трещинных сетей, касающиеся угловых величин между сопряженными системами трещин, наличия нетипичных трещинных парагенезисов и разломных зон смешанного типа, структурно‐вещественных неоднородностей. Представленные в статье рекомендации по применению нового структурно‐парагенетического метода на основании полученного опыта в отношении подбора исходных полевых данных и их обработки служат практическим дополнением к методике проведения анализа в процессе спецкартирования разломных зон и выявления полей напряжений [Seminsky, 2014, 2015]. Предложенные сведения будут полезны для успешного освоения нового подхода по исследованию разломной структуры верхней части земной коры при решении прикладных и фундаментальных задач, связанных с изучением разломов