авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

Закономерности размещения и прогноз месторождений полезных ископаемых на основе модели блоковой складчатости

-- [ Страница 2 ] --

Потеря изгибной устойчивости земной коры посредством надвига и тектонопары «надвиг-продольный изгиб» рассмотрена ранее [Кисин, 2005, 2007; Кисин, Коротеев, 2007] и кратко излагается ниже. Положим, что под действием горизонтальной тектонической силы Р в упругой верхней коре возник надвиг, достигающий ее подошвы (рис. 1). При первом же смещении в плоскости надвига, в подошве активной плиты возникнет проблема пустого пространства. Кора деформируется по законам физики сплошных сред [Тёркот, Шуберт, 1985; Лукьянов, 1990; Лобковский и др., 2004; Гончаров и др., 2005 и др.] и образование пустого пространства в подошве коры исключено. Возникают реактивные напряжения, которые обусловлены двумя главными реактивными силами: весом «опертой» по краям плиты (Р1) и «невозможностью возникновения пустого пространства» (Р2). Сила Р1 симметрична и сосредоточена в центре тяжести сечения плиты. Сила Р2 асимметрична и достигает максимума непосредственно справа от линии пересечения плоскости надвига с подошвой упругой коры. Векторы сил Р1 и Р2 ориентированы вдоль вертикальной оси y, направлены вниз и суммируются. Сумма сил Р1 и Р2 равна силе Р (Р=Р1+Р2=Рs). Поэтому смещение активной плиты в плоскости надвига становится невозможным (главные касательные напряжения равны нулю). Сила Рs полностью блокируют действие силы Р.

Суммированная реактивная сила Ps приложена несколько правее надвига, но левее центра тяжести сечения и вызывает в плите поперечный изгиб. Реактивная сила Ps при формировании поперечного изгиба играет роль упора, не позволяющего плите перемещаться вверх. Таким образом, точка перегиба смещена от центра тяжести сечения в сторону надвига. Величина смещения зависит от времени релаксации напряжений, угла падения плоскости надвига, величины горизонтальной тектонической силы и изгибной жесткости плиты. Изгибная жесткость коры в значительной степени зависит от скорости нагружения системы. Возникновение точки перегиба означает потерю изгибной устойчивости плиты. Одновременно слева от надвига возникает положительный перегиб плиты, максимально приближенный к надвигу и обусловленный вертикальной суммарной реактивной силой, сосредоточенной на краю плиты (рис. 1).

Действие суммарной силы Ps на начальном этапе деформаций можно рассматривать как действие сосредоточенной поперечной силы (мягкий штамп), вызывающий поперечный изгиб плиты. Если критические напряжения для смещения по надвигу коры толщиной 20 км составляют 1,68-12,6 кбар (см. выше), то Рs имеет ту же величину и ее вполне достаточно для изгиба коры на относительно коротком отрезке. В противном случае она блокирует смещения в плоскости надвига.

Таким образом, можно сделать вывод, что если горизонтальная тектоническая сила способна (по величине) к образованию надвига в земной коре, то она способна и к образованию продольного изгиба коры. Реактивные силы вызывают минимизацию радиуса изгиба, усиливающую изгибающие моменты, что видно и из формулы [Тёркот, Шуберт, 1985]: , где М – изгибающий момент; D – изгибная жесткость; R – радиус кривизны. Надвиг обеспечивает изгибные деформации коры при любых сжимающих девиаторных напряжениях.

Рис. 1. Потеря изгибной устойчивости коры при надвигообразовании (тектоно-пара «надвиг-продольный изгиб») Цифры: 1 – упругая кора; 2 – пластичная кора; 3 – изгибающие моменты. Буквы: Р – активная тектоническая сила; Р1 – реактивная сила, связанная с весом плиты; Р2 – реактивная сила, связанная с невозможностью возникновения пустого пространства (белый треугольник на границе верхней и нижней коры); Pm – сила порожденная изгибающими моментами; Ps – суммированные реактивные силы. Пояснения в тексте

Возникновение перегиба плиты - это предел действия силы Ps, поскольку исчезают причины ее породившие. Далее изгибы развиваются уже в результате прямого действия силы Р и изгибающих моментов по механизму продольного изгиба. Плоскость надвига испытывает вращение по часовой стрелке. Согласно закону парности изгибающих моментов, по другую сторону точки перегиба возникает изгибающий момент с вращением против часовой стрелки. Упругая верхняя кора вдавливается в пластичную нижнюю кору с максимумом опускания в точке перегиба, в которой теперь сосредоточена сила Pm, порожденная изгибающими моментами (рис. 1б). Возникает проблема свободного пространства и порожденная ею реактивная сила, поскольку релаксация напряжений зависима от времени. Имеет место и действие силы Архимеда. Обе эти реактивные силы ориентированы вертикально вверх и по суммарной величине быстро выравниваются с активной силой, препятствуя погружению упругой коры вниз (рис. 1в). Возникновение отрицательного перегиба упругой плиты порождает на смежном участке образование положительного ее перегиба и препятствующих этому реактивных сил. В результате взаимодействия противоположно ориентированных реактивных сил на смежных участках, в условиях горизонтального сжатия, на границах структур возникают сильные сдвиговые напряжения (рис. 1в, сноска). Они релаксируются смещением в плоскости уже существующих надвигов, либо образованием флексурного перегиба, в дальнейшем трансформирующегося в надвиг. Флексурные изгибы и надвиги позволяют развиваться изгибным деформациям коры, полностью снимая напряжения, вызванные реактивными силами (рис. 1г). Падение плоскостей надвигов и флексур всегда направлено в сторону отрицательных структур.

Следствие 1. Под действием горизонтальной ориентированной сжимающей силы плита деформируется по механизму продольного изгиба.

Следствие 2. В процессе изгибных деформаций плита остается квазиплоской (торцовое сочленение блоков) и способна передавать тектонические напряжения на расстояние. Это позволяет деформировать упругую плиту одновременно в широкой зоне критических сжимающих напряжений.

Следствие 3. Изгибающие моменты являются максимальными на начальном этапе деформаций. Релаксация напряжений на раннем этапе происходит относительно быстро, а затем замедляется. Передача тектонических напряжений на расстояние возрастает.

Следствие 4. Работа осуществляется тектонопарой «надвиг-продольный изгиб», делящей плиту на блоки отрицательных и положительных изгибов, что и дало название складчатости такого типа. Даже изотропная по латерали кора приобретает блоковое строение.

В диссертации рассматриваются и другие причины потери изгибной устойчивости коры, которые хорошо согласуются с «принципом унаследованности» Н.С. Шатского: отрицательные изгибы закладываются на депрессиях, а положительные - на выступах фундамента или жестких блоках. Принципиальное отличие блоковой складчатости от синусоидальной складчатости продольного изгиба показано на рис. 2.

На рис. 3 приведена двумерная модель блоковой складчатости, эволюционирующей во времени. В блоке положительного изгиба ниже нейтральной

Рис. 2. Принципиальное отличие между сину-соидальной (а) и блоковой (б) складчатостью Слоистость на рис. 2б показана только для нагляд-ности. Основание модели жесткое. Наклонными линиями показаны разломы. Дугообразные стрелки – изгибающие моменты. В одном блоке утолщается верхний слой, в другом нижний, вызывая смещение их границ. Деформации остаточные. Утолщение ко-ры прямо пропорционально сокращению ее гори-зонтальных размеров. Синусоидальная складча-тость лишена этих особенностей.
 Модель и динамика развития блоковой складчатости а – реологиически-4 Рис. 3. Модель и динамика развития блоковой складчатости а – реологиически расслоен-ная кора и потеря ее изгибной устойчивости при надвиго-образовании; б - основные элементы блоковой складча-тости; в – структурно-вещест-венные преобразования коры при изгибе; г – трансформа-ция блоковой складчатости в чешуйчато-надвиговые структуры. Буквы К и М – границы Кон-рада и Мохо соответственно. Цифры с указателями: 1 – надвиг; 2 – изгибающие мо-менты; 3 – нейтральная по-верхность; 4 –дуплексы ска-лывания (клинодислокации, околонадвиговые валы); 5 – зона растяжения; 6 – зона сжатия; 7 – зона сжатия; 8 – зона сжатия; 9 – направление сдвига; 10 – зона пластичес-кого сдвига; 11 – магматичес-кий очаг; 12 – направление вращения плоскостей надви-

гов в результате изгиба; 13 - область разогрева (трансформации механической энергии сжатия в тепловую) и высоко-барического метаморфизма; 14 – куполовидные структуры; 15 –высокоградный зональный метаморфизм; 16 – область слабо- и неметаморфизованных пород; 17 – зона брекчий и мега-брекчий; 18 – зона бескорневой складчатости, разогрева и зеленосланцевого метаморфизма; 19 – область разогрева (за счет тектонической энергии и глубинного тепла) и низкобарического метаморфизма (до эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций); 20 – малые многофазные бескорневые интрузии; 21 –зеленосланцевый метаморфизм низких давлений; 22 – дайковый комплекс; 23 – гранулитовый мета-морфизм низких давлений, мигматизация; 24 – основные поверхности горизонтального срыва; 25 – плас-тический сдвиг; 26 –направление вращения блока; 27 – простой сдвиг в объеме коры. Пояснения в тексте.

поверхности (НП) возникают условия сжатия, а выше ее – растяжения. Напряжения прямо пропорциональны расстоянию до НП. Зона растяжения проблем для развития

изгиба не создает, поскольку трещиноватые горные породы легко поддаются растяжению. Проблема пространства имеется только в зоне сжатия, но она решается путем перераспределения вещества внутри блока, т.е. путем дифференцированного утолщения. Из экспериментов и геологических фактов хорошо известно, что в масштабах геологического времени все горные породы в той или иной степени пластичны и «текут» даже при относительно небольших напряжениях (крип). Поэтому такой процесс утолщения коры кажется весьма реальным. «С физической точки зрения тектонические процессы сводятся к взаимным преобразованиям энергии» [Пономарев, Трифонов, 1987]. Механическая энергия сжатия трансформируется в другие виды энергии, в т.ч. тепловую, что вызывает быстрый разогрев пород и повышение их пластических свойств. Релаксация напряжений заключается в переходе упругих деформаций в остаточные. Она может осуществляться механическим перемещением вещества, растворением под давлением, перекристаллизацией, фазовыми переходами, структурной перестройкой, метаморфическими реакциями и другими процессами, сопровождающимися изменением плотности и объема вещества [Пономарев, Трифонов, 1987]. В блоке отрицательного изгиба зона растяжения приходится на нижнюю часть коры, где преобладают хрупко-пластические и пластические деформации, что не создает проблем для развития изгиба. Зона сжатия приходится на верхнюю часть коры, которая беспрепятственно может увеличиваться в толщине за счет атмосферы (гидросферы). В условиях низких литостатических давлений, в верхней части блока преобладают хрупкие деформации. Проблема свободного пространства решается формированием тектонических клиньев. Общее утолщение коры осуществляется за счет утолщения зоны сжатия и сокращения горизонтальных размеров блока. Все деформации остаточные и, следовательно, релаксация напряжений полная.

Таким образом, чередование блоков положительного и отрицательного изгибов создает резко метастабильную по РТ-условиям систему, релаксация которой сопровождается стуктурно-вещественными преобразованиями коры, описанными ниже и подробнее в диссертации.

Можно ли такую складчатость относить к складчатости? В свете вышесказанного, данный вопрос является больше философским, продуктом стереотипности мышления. В обоих случаях действуют продольные сжимающие напряжения, порождающие изгибающие моменты. Разница заключается только в способах релаксации напряжений и в энергоемкости системы. От простого сдвига (расплющивания) данная модель отличается принципиально, так как перераспределяет и фокусирует тектоническую энергию сжатия. Модель блоковой складчатости можно назвать энергетической. Энергоемкость ее чрезвычайно большая, поскольку релаксация напряжений осуществляется всеми возможными способами.

Выше, для большей наглядности, была рассмотрена двухмерная модель формирования блоковой складчатости, в которой второе главное сжимающее напряжение, ориентированное перпендикулярно плоскости xy, было условно приравнено к 0. В реальной обстановке оно является сжимающим напряжением и вызывает образование поперечной складчатости, но без сокращения горизонтальных размеров блоков, поскольку нет поступательного движения (подробнее в диссертации). Важно отметить, что изгибающие моменты в плоскости yz также фокусируют тектоническую энергию сжатия, создавая «эффект линзы». Сложение этих складчатостей двух пересекающихся направлений определяет структуру коллизионного пояса и зоны его динамического влияния (рис. 4). Реальная структура зоны сжатия более сложная, обусловленная гетерогенным составом коры и возможным наложением горизонтальных сдвиговых деформаций. Это можно видеть на геологической карте восточного склона Урала, где антиклинории обычно отвечают блокам положительного изгиба коры, а синклинории – блокам отрицательного изгиба.

Рис. 4. Фрагмент идеализированного структур-ного плана блоковой складчатости Знаки + и – указывают на знаки изгиба. Цифры с указателями: 1 – антиклинальное под-нятие; 2 – осевой грабен; 3 – синклинальный прогиб; 4 – осевой горст (тектонический клин); 5 – поперечная мелкая складчатость и попереч-ный горст (клин) в седловидном прогибе; 6 – поперечный грабен на седловидном поднятии; 7 – граничные надвиги, с указанием направления падения; 8 – сдвиговые деформации; 9 – внеш-ний источник напряжений. Пояснения в тексте.

Реальность существования блоковой складчатости подтверждается результатами эксперимента на глинисто-песчаной модели, лежащей на стекле (методика приведена в диссертации) (рис. 5). Круги на боковой поверхности модели трансформировались в эллипсы. В обоих блоках длинные оси эллипсов образуют веер, раскрытый кверху. При синусоидальной складчатости такая картина характерна только для положительного изгиба. В блоке отрицательного изгиба длинные оси эллипсов, по мере удаления от осевой поверхности - уменьшают углы падения, что объясняется возрастанием доминанты одного из векторов главных касательных напряжений. Из общей картины исключением являются крайние верхние околонадвиговые эллипсы, показывающие противоположную тенденцию. Это объясняется ростом доминанты вектора другого главного касательного напряжения, связанного с вращением плоскости надвига. Строго говоря, фигуры, образовавшиеся при деформации кругов в эксперименте, не являются эллипсами. Их форма ближе к яйцевидной. Это объясняется сложными сдвиговыми деформациями в градиентном поле напряжений. В блоке положительного изгиба ситуация схожая. В осевой части блока деформации осуществляются по механизму чистого сдвига, с тенденцией выжимания материала вверх. По обе стороны от осевой поверхности возрастает доминанта одного из векторов главных касательных напряжений. Длинные оси эллипсов деформации образуют веер раскрытый кверху. Вдоль плоскостей надвигов возникают сдвиговые деформации, вызванные движением материала вниз, чему препятствует жесткое основание.

Рис. 5. Экспериментальное подтверждение модели блоко-вой складчатости (а – исход-ное состояние, б – блок отри-цательного изгиба после сок-ращения длины модели на 12%, в – то же, блок положи-тельного изгиба) Цифры с указателями: 1 – вставки пластиковых пластин, имитирующих плоскости надвигов; 2 – круги на бо-ковой поверхности модели, нанесен-ные торцом трубки; 3 – полосчатость, создана путем окрашивания поверх-ности. Белые двойные стрелки обозначают оси максимального растяжения кругов.


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.