2 - Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН
реклама
Методы полевой тектонофизики по определению палеонапряжений Л.А.Сим, А.В.Маринин Институт физики Земли РАН, Москва, Россия, тел. 8 495 254-93 50, [email protected] Лекция 2. Г. Кинематический и катакластический методы реконструкции палеонапряжений. Г.1.Типы палеток, используемые в кинематическом методе; нанесение прямых линий и плоскостей по сетке Вульфа. Г.2.Нанесение векторов перемещений на стереограммы палеотектонических напряжений. Г.3. Нахождение параметров локальных стресс-состояний кинематическим методом (графический вариант): осей главных нормальных (σ1,σ2 ,σ3), плоскостей главных касательных (t2, t1 и t3) напряжений и оценка вида напряженного состояния (коэффициент Лоде-Надаи µ). Г.4. Проверка соответствия векторов перемещения восстановленным ориентировкам осей главных нормальных напряжений. Г.5. Качественная оценка величины µ. Г.6. Нахождение осей главных нормальных напряжений по комплексу локальных стресс-состояний (ЛСС) - Определение общего поля напряжений Г.7. Определение параметров палеотектонических напряжений по программе STRESSgeol (катакластический метод). Г.1.Типы палеток, используемые в кинематическом методе; нанесение прямых линий и плоскостей по сетке Вульфа. а) Экваториальные равноугольная сетка Вульфа и равноплощадная сетка Шмидта: делят сферу на две полусферы плоскостью (основанием полусферы). Она является плоскостью проекции и проходит через центр полусферы, при этом она имеет ориентировки севера и юга. Наша работа будет производиться преимущественно в верхней полусфере на равноугольной сетке Вульфа. б) Любая линия, в том числе перпендикуляр к плоскости задается на стереограмме стереографическим полюсом – точкой их пересечения с поверхностью исходной сферы, а стереографической плоскости следом пересечения плоскости с той же поверхностью исходной сферы в виде дуг больших кругов. Прямая линия изображается на сетке Вульфа следующим образом: север кальки совмещается на оцифрованной внешней дуге основания полусферы с азимутом ориентировки прямой линии (например, 340), а по нижнему радиусу полусферы находится точка, соответствующая углу наклона к горизонту прямой линии - 34070. А В Нанесение прямых линий и плоскостей по сетке Вульфа. А – Прямые линии в верхней полусфере и их проекция на плоскость; Б – те же прямые, нанесенные на восковку, В – плоскости и их полюса. Восковка совмещена с отметкой 340 градусов на сетке Вульфа, тчк. А – выход прямой и тчк. полюса плоскости с аз. пд. 34070, дуга А1 А2 – плоскость; тчк. Б – выход прямой и полюса плоскости с аз. пд. 14010, дуга Б1 Б2 - плоскость (сетка Вульфа верхняя полусфера). Г.2. Нанесение векторов перемещений на стереограммы палеотектонических напряжений. Для кинематической стереограммы используется кинематическая сетка (палетка) Гущенко-Вульфа: на сетку Вульфа нанесены рассчитанные О.И.Гущенко дополнительные дуги, используемые для нанесения векторов перемещений (рис. 10 Б,В). Все построения производятся в верхней полусфере. На обнажении измерены элементы сместителя: 9254 леж П28 ВЛ, что означает: на плоскости с аз.пд.92, угол пд.54 в лежачем крыле (леж) зафиксирован вектор перемещения, отклонившийся от линии восстания плоскости направо (П); он наклонен к горизонтальной плоскости под углом 28 градусов, кинематический тип – взбросо-сдвиг левый (ВЛ). 1- Полюс трещины - т.А и плоскость трещины - БО1Б1, 2. Вращение восковки направо до совмещения т.А с «дугой Гущенко» 28 градусов. 3. Поднимаем дугу большого круга , на которую попала т.А: КО1АК1. – кинематическая плоскость; т. О1 – Выход вектора перемещения на плоскости трещины на верхнюю полусферу. 4. В т.А поднимаем часть дуги КО1АК1. направленной от т. А налево (Левый сдвиг) и к вертикальному радиусу (Взброс), присвоить знак смещения_ левый взбросо-сдвиг. На плоскости трещины этот вектор показывает смещение отсутствующего крыла – взбросо-сдвиг левый. Нанесение кинематической плоскости через полюс трещины (слева) и вектора перемещения и борозд скольжения на плоскости трещины (справа). Таблица 1. Тестовый вариант банка данных по ориентации борозд скольжения. Т.Н. 1. 1.3085 леж П20 ВЛ 2.34967 леж П56 СП 3.31671 вис Л3 СП 4.29866 леж Л8 ВП 5.30684 леж Л7 ВП 6.25085 леж Л45 СЛ 7.22885 леж Л4 СЛ 8.26136 вис П27 ВП 9.10060 леж Л30 ВП 10.1560 леж Л30 СЛ 11.23050 леж 0 (гор) Л 12.24070 леж 0 (гор) Л 13. 9254 леж П28 ВЛ Г.3. Нахождение параметров локальных стресс-состояний кинематическим методом (графический вариант): осей главных нормальных (σ1,σ2 ,σ3), плоскостей главных касательных (t2, t1 и t3) напряжений и оценка вида напряженного состояния (коэффициент Лоде-Надаи µ). 1-2 – Варианты определения осей главных нормальных напряжений: 1 а и б – растяжения, 2 а, б, в – сжатия и плоскости их действия; варианты №1 – окончательные. 3 – Области возможного нахождения оси растяжения (а) и сжатия (б). 4 – Полюса плоскостей действия максимальных касательных напряжений. 5 – Простирания плоскостей действия максимальных касательных напряжений и их кинематические типы: а – сдвиги, б –взбросо-сдвиги и сдвиго-взбросы. 6 – Вектора перемещений по трещинам в точке полюса. ии Определение параметров локального стресс-состояния (ЛСС). Верхний ряд: слева - Стереограмма с нанесенными векторами перемещения №№1-13; справа – предварительное оконтуривание областей возможного расположения осей сжатия и растяжения поля напряжений для 13 определений векторов перемещений. Нижний ряд: Окончательная стереограмма ЛСС. Г.4. Проверка соответствия векторов перемещения восстановленным ориентировкам осей главных нормальных напряжений. Г.5. Качественная оценка величины µ. 1–3 – Оси главных нормальных напряжений и плоскости их действия: 1 – растяжения, 2 – промежуточной, 3 – сжатия. 4,5 – Плоскости действия касательных напряжений: 4 – максимальных (τmax = τ2), расположены на плоскости действия промежуточной оси 2 - главной кинематической плоскости; 5 – обусловленных разницей в величинах напряжений между 1 и 2 и (τ3), расположены на плоскости действия оси 3, и 2 и 3 (τ1), расположены на плоскости действия оси 1. 6– Конуса сжатия и растяжения 7 – Вектора перемещений на зеркалах скольжения: м – с определенным, н – с неопределенным знаками смещений, о – противоречащие найденному локальному напряженному состоянию. 8 – Дуги больших кругов, расхлдящихся от осей 1 и 3. Б, В, Г, Д – обстановка одноосного сжатия, Ж, З – обстановка одноосного растяжения; Е – трехосное напряженное состояние, А – ВВНС - вариация вида напряженного состояния. Стереограммы с разным видом напряженного состояния Г.6. Нахождение осей главных нормальных напряжений по комплексу локальных стресс-состояний (ЛСС) - Определение общего поля напряжений Обоснованием метода служат данным математического и физического моделирования тектонических напряжений вокруг одиночного разрыва. Независимо от угла наклона оси сжатия к разлому, перераспределение ориентировок осей локальных напряжений вокруг последнего, вызванное сдвиговым смещением по нему, вдоль основной части сместителя остается близким к ориентировке внешнего сжатия, закономерно изменяясь к концам разлома. При этом локальные оси сжатия на концах разлома во фронте смещающегося крыла становятся параллельными, а на противоположном крыле – нормальными к плоскости разлома; соответственно, ось растяжения во фронтальной части субперпендикулярна, а в тыльной части субпараллельна сместителю. Траектории главных напряжений двумерного поля напряжений в окрестностях разрыва (левый сдвиг) после смещения его берегов. Ось «растяжения» - пунктирная, ось «сжатия» - сплошная линии; разрыв – в центре рисунка; на концах разрыва показаны области возмущения ориентировок осей главных нормальных напряжений, вызванных перемещением по разлому [Осокина, 2000, с изменениями]. На основании этих правил составлена коническая палетка О.И.Гущенко Коническая палетка О.И.Гущенко (по: Гущенко, 1979) На нижнем вертикальном радиусе отмечены углы наклона к горизонту осей главных нормальных напряжений (т.к. оси – прямые линии, то пологая ось в 10 º близка к внешнему кругу, а вертикальная ось расположена в центре палетки). Кроме этого, на палетку нанесены поверхности конусов, наклоненных к горизонту под углами от 0º до 90 º, концы этих конусов оцифрованы по внешней окружности палетки; угол при вершине этих конусов равен 90º. Если угол наклона - 0º, то ось конуса лежит в горизонтальной плоскости, а конус симметрично пересекает верхнюю полусферу и отражается на палетке в виде следов полуконусов с отметкой 0; начиная от 10º угла наклона конуса его проекция на верхнюю полусферу разбивается на две части, расположенные в верхней и нижней частях палетки с соответствующей оцифровкой углов наклона. Таблица 2. Результаты определения локальных осей сжатия и растяжения (ЛСС) для исследуемого (тестового) участка №№ объемов с точек наблюдения Привязка Ось растяжения Ось сжатия 28440 18510 ЛСС Тест 1 1-3 2 4-5 22210 131 10 3 6 20627 31230 4 7-8 30860 12530 5 9-11 5420 17050 6 12 25137 9350 7 13-14 28010 1420 8 15 21760 112 7 9 16 935 310 10 17 16062 3030 При определении общего поля напряжений требуется подбор таких конусов со взаимно перпендикулярными осями, в которых в одном не будет ни одной оси локального растяжения, его ось будет совпадать с осью внешнего сжатия, а в другом конусе не будет ни одной оси локального сжатия; ось второго конуса является осью растяжения внешнего поля. Этапы определения общего поля А – Предварительное оконтуривание областей нахождения осей сжатия и растяжения общего поля напряжений; Б – Выбор конусов растяжения общего поля напряжений; В - Общее поле напряжений и определение кинематических плоскостей общего поля напряжений. Г- Общее поле напряжений и плоскости действия максимальных касательных напряжений. 1 – Оси главных нормальных напряжений общего поля напряжений и плоскости их действия: а – растяжения, б – промежуточной; в – сжатия; 2 – оси локальных тектонических напряжений: а – растяжения, б – сжатия; 3 – границы областей предполагаемого нахождения осей растяжения (а) и сжатия (б) общего поля напряжений. 4 – Оси растяжения общего поля напряжений, плоскости их действия и конуса растяжения: а – установленные, б – предполагаемые. 5 – Полюс плоскостей действия максимальных касательных напряжений. 6 – Простирания плоскостей действия максимальных касательных напряжений и кинематический тип – взбросо-сдвиги и сдвиго-взбросы. 1.Этап определения общего поля напряжений важен для оценки опасности разломов, откартированных на исследуемом участке как с точки зрения сейсмичности, так и для оценки потенциальной устойчивости опасных гражданских сооружений, проектируемых на участке. Проницаемость разломов как для углеводородов, так и для водоносности также оценивается согласно общему полю напряжений: плоскости разломов, перпендикулярных оси растяжения будут максимально проницаемыми (рис.13 г) при прочих равных геологических параметрах. 2.Он также важен при районировании тектонических полей напряжений для выделения блоков земной коры с разным типом Лекция 2 – среда 10.00 – 11.20. Кинематический и катакластический методы в полевых исследованиях полей тектонических напряжений. Лекция 3 – среда 11.40 – 13.40 – Структурно-геоморфологический метод реконструкции сдвиговых неотектонических напряжений платформ Спасибо за внимание! Спасибо за внимание
