Вариации структурных и физико-механических свойств тектонического разлома в приповерхностной зоне

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Тектонические разломы характеризуются неоднородной структурой, которая определяет пространственную вариацию режимов их деформирования от асейсмического крипа и событий медленного скольжения до динамических срывов, являющихся очагами землетрясений различной магнитуды. В настоящей работе на основе комплексного анализа геолого-геофизической информации исследованы особенности локализации деформаций и режимов скольжения вдоль 160-километрового участка коллизионного шва Сибирского кратона и Ольхонского террейна от пос. Бугульдейка до д. Курма. Ширина зоны наиболее интенсивных деформаций в пределах шва варьирует в разных его сегментах от 100 до 500 м, при этом оценки ее ширины по данным электротомографических измерений и петрографического изучения образцов горных пород, отобранных на эксгумированных участках, сопоставимы. Анализ вещественного состава и фрикционного поведения отобранных образцов показал, что сегменты разлома с наиболее узкой шириной сложены породами со свойством скоростного разупрочнения и являются зонами нуклеации очагов сильных землетрясений. Характерная протяженность таких сегментов составляет порядка 10 км, а расстояние между ними около 60 км. Также вдоль разлома выделяются сегменты с шириной в сотни метров, сложенные породами со свойством скоростного упрочнения, где накопленные напряжения релаксируют посредством медленного скольжения и асейсмического крипа.

Об авторах

Г. А. Гридин

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Москва; г. Долгопрудный

А. А. Остапчук

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Москва; г. Долгопрудный

А. В. Григорьева

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН; Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Москва; г. Москва

Д. В. Павлов

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Москва

А. В. Черемных

Институт земной коры СО РАН

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Иркутск

А. А. Бобров

Институт земной коры СО РАН

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Иркутск

И. К. Декабрёв

Институт земной коры СО РАН

Email: gagridin@gmail.com
Россия, г. Иркутск

Список литературы

  1. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука. 1975. 536 с.
  2. Григорьева А.В., Козловский В.М., Гридин Г.А., Остапчук А.А. Метаморфические преобразования пород в центральной зоне Приморского разлома (Западное Прибайкалье) // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. T. 511. № 2. С. 198–205. doi: 10.31857/S2686739723600807
  3. Гридин Г.А., Григорьева А.В., Остапчук А.А., Черемных А.В., Бобров А.А. О структурно-вещественной неоднородности зон локализации тектонических нарушений // Динамические процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 1. С. 11–22. doi: 10.26006/29490995_2023_15_1_11
  4. Гридин Г.А., Кочарян Г.Г., Морозова К.Г., Новикова Е.В., Остапчук А.А., Павлов Д.В. Развитие процесса скольжения по гетерогенному разлому. Крупномасштабный лабораторный эксперимент // Физика Земли. 2023. № 3. С. 139–147. doi: 10.31857/S0002333723030043
  5. Гридин Г.А., Остапчук А.А. Закономерности инициирования динамических подвижек по разломам, содержащих контактные пятна. Лабораторный эксперимент // Динамические процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 4. С. 15–24. doi: 10.26006/29490995_2023_15_4_15
  6. Кочарян Г.Г. Возникновение и развитие процессов скольжения в зонах континентальных разломов под действием природных и техногенных факторов. Обзор современного состояния вопроса // Физика Земли. 2021. № 4. С. 3–41. doi: 10.31857/S0002333721040062
  7. Кочарян Г.Г., Беседина А.Н., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Остапчук А.А. Трение как фактор, определяющий излучательную эффективность подвижек по разломам и возможность их инициирования. Состояние вопроса // Физика Земли. 2023. № 3. С. 3–32. doi: 10.31857/S0002333723030067
  8. Летников Ф.А., Савельева В.Б., Гореванов Д.Е. Метаморфизм и метасоматоз в зонах глубинных разломов континентальной литосферы // Геотектоника. 1996. № 5. С. 15–26.
  9. Летников Ф.А., Савельева В.Б., Заири Н.М. Эндогенные процессы и графитовая минерализация в Чернорудско-Баракчинской тектонической зоне (Западное Прибайкалье) // Геология и геофизика. 1997. Т. 38. № 3. С. 661–666.
  10. Лобацкая P.M. Зоны динамического влияния разломов по анализу сопутствующих разрывов // Геология и геофизика. 1983. № 6. С. 53–61.
  11. Лунина О.В., Гладков А.С., Черемных А.В. Разрывная структура и трещиноватость зоны Приморского разлома (Байкальская рифтовая система) // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. № 5. С. 446–455.
  12. Макрыгина В.А. Специфика каледонских коллизионных событий в Ольхонском регионе Прибайкалья // Геология и геофизика. 2021. Т. 62. № 4. С. 483–497. doi: 10.15372/GiG2019188
  13. Макрыгина В.А., Толмачева Е.В., Лепехина Е.Н. История кристаллизации палеозойских гранитоидов по цирконам (SHRIMP-II), Ольхонский регион, озеро Байкал // Геология и геофизика. 2014. Т. 55. № 1. С. 41–55.
  14. Морозов Ю.А., Смульская А.И., Кулаковский А.Л., Матвеев М.А. Структурно-вещественные записи палеоземлетрясений в терригенных породах: анализ и интерпретация // Физика Земли. 2018. № 1. С. 3–25.
  15. Обухов С.П., Ружич В.В. Структура и положение Приморского сбросо-сдвига в системе главного разлома Западного Прибайкалья. Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск. 1971. С. 65–68.
  16. Ружич В.В. Зависимости между параметрами разрывных нарушений и их практическое применение. Механизмы формирования тектонических структур Восточной Сибири. Новосибирск: Наука. 1977. С. 41–48.
  17. Ружич В.В., Кочарян Г.Г., Савельева В.Б., Травин А.В. О формировании очагов землетрясений в разломах на приповерхностном и глубинном уровне земной коры. Часть II. Глубинный уровень // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 1039–1061. doi: 10.5800/GT-2018-9-3-0383
  18. Свидетельство о регистрации базы данных RU 2023621889 Российская Федерация. Цифровой каталог образцов горных пород Приморского разлома / Г.А. Гридин, А.А. Остапчук, Д.В. Павлов, А.В. Григорьева, С.А. Устинов (RU); правообладатель ИДГ РАН — № 2023621610 ; заявл. 01.06.2023; опубл. 07.06.2023.
  19. Смекалин О.П., Чипизубов А.В., Имаев В.С. Палеоземлетрясения Прибайкалья: методы и результаты датирования // Геодинамика и тектонофизика. 2010. Т. 1. № 1. С. 55–74. doi: 10.5800/GT-2010-1-1-0006
  20. Федоровский В.С. Геологическая карта юго-западной части Ольхонского региона. М.: ГИН РАН, ГГМ им. В.И. Вернадского РАН. 2004.
  21. Федоровский В.С., Владимиров А.Г., Хаин Е.В., Каргополов С.А., Гибшер А.С., Изох А.Э. Тектоника, метаморфизм и магматизм коллизионных зон каледонид Центральной Азии // Геотектоника. 1995. № 3. С. 3–22.
  22. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 1977. 102 с.
  23. Шерман C.И., Борняков C.A., Буддо B.Ю. Области динамического влияния разломов. Новосибирск.: Наука. 1983. 112 c.
  24. Byerlee J. Friction of rocks // Pure Appl. Geophys. 1978. V. 116. P. 615–626. doi: 10.1007/bf00876528
  25. Boulton C., Carpenter B.M., Toy V., Marone C. Physical properties of surface outcrop cataclastic fault rocks, Alpine Fault, New Zealand // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2012. V 13. № 1. doi: 10.1029/2011GC003872
  26. Cheremnykh A.V., Burzunova Yu.P., Dekabryov I.K. Hierarchic features of stress field in the Baikal region: Case study of the Buguldeika Fault Junction // Journal of Geodynamics. 2020. V. 141–142. doi: 10.1016/j.jog.2020.101797
  27. Chester F.M., Chester J. S., Kirschner D. L., Schulz S. E., Evans J. P. 8. Structure of Large-Displacement, Strike-Slip Fault Zones in the Brittle Continental Crust. Rheology and Deformation of the Lithosphere at Continental Margins / Karner G.D., Taylor B., Driscoll N.W., Kohlstedt D.L. (eds.). Columbia: University press. 2004. P. 223–260. doi: 10.7312/karn12738-009
  28. Chlieh M., Mothes P.A., Nocquet J.-M., et al. Distribution of discrete seismic asperities and aseismic slip along the Ecuadorian megathrust // Earth and Planetary Science Letters. 2014. V. 400. P. 292–301. doi: 10.1016/j.epsl.2014.05.027
  29. Collettini C., Niemeijer A., Viti C., Marone C. Fault zone fabric and fault weakness // Nature. 2009. V. 462. P. 907–910. doi: 10.1038/nature08585
  30. Collettini C., Tesei T., Scuderi M.M., Carpenter B.M., Viti C. Beyond Byerlee Friction, Weak Faults and Implications for Slip Behavior // Earth Planet. Sci. Lett. 2019. V. 519. P. 245–263. doi: 10.1016/j.epsl.2019.05.011
  31. Deiterich J.H. Modeling of rock friction. 1. Experimental results and constitutive equations // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. № B5. P. 2161–2168.
  32. Fagereng A., Sibson R.H. Melange rheology and seismic style // Geology. 2010. № 38. P. 751–754. doi: 10.1130/G30868.1
  33. Hickman S.H., Zoback M.D, Ellsworth W.L., Boness N.L., Malin P.E., Roecker S.W., Thurber C.H. Structure and Properties of the San Andreas Fault in Central California: Recent Results from the SAFOD Experiment // Scientific Drilling. 2007. № 1. P. 29–32. doi: 10.2204/iodp.sd.s01.39.2007
  34. Ikari M.J., Marone C., Saffer D.M. On the relation between strength and frictional stability // Geology. 2011. V. 39. № 1. P. 83–86. doi: 10.1130/G31416.1
  35. Kocharyan G.G., Ostapchuk A.A., Pavlov D.V. Fault Sliding Modes — Governing, Evolution and Transformation. Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic Systems / Ostermeyer G.P., Popov V.L., Shilko E.V., Vasiljeva O.S. (eds.). Cham.: Springer. 2021. P. 323–358. doi: 10.1007/978-3-030-60124-9_15
  36. Lee S.‐J., Huang B.‐S., Ando M., Chiu H.‐C., Wang J.‐H. Evidence of large scale repeating slip during the 2011 Tohoku‐Oki earthquake // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. № 19306. DOI :10.1029/2011GL049580
  37. Li Y.-G., Vidale J., Aki K., Xu F. Depth-dependent structure of the Landers fault zone from trapped waves generated by aftershocks // Journal of Geophysical Research. 2000. V. 105. P. 6237–6254. doi: 10.1029/1999JB900449
  38. Loke M.H., Barker R.D. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method // Geophysical Prospecting. 1996. V. 44. P. 131–152.
  39. Mats V.D., Lobatskaya R.M., Khlystov O.M. Evolution of faults in continental rift: morphotectonic evidence from the south-western termination of the North Baikal basin // Earth Sci. Front. 2007. V. 14. № 1. P. 207–219. doi: 10.1016/S1872-5791(07)60009-8
  40. Ostermeijer G., Mitchel T., Aben F., Dorsey M.T., Browning J., Rockwell T.K., Fletcher J., Ostermeijer F. Damage zone heterogeneity on seismogenic faults in crystalline rock; a field study of the Borrego Fault, Baja California // Journal of Structural Geology. 2020. V. 137. P. 1–20. doi: 10.1016/j.jsg.2020.104016
  41. Ostapchuk A.A., Pavlov D.V., Ruzhich V.V., Gubanova A.E. Seismic-Acoustics of a Block Sliding Along a Fault // Pure Appl. Geophys. 2020. V. 177. P. 2641–2651. doi: 10.1007/s00024-019-02375-1
  42. Ostapchuk A.A., Polyatykin V., Popov M., Kocharyan G.G. Seismogenic Patches in a Tectonic Fault Interface // Frontiers in Earth Science. 2022. V. 10. №. 904814 doi: 10.3389/feart.2022.904814
  43. Reed J.J. Mylonites, Cataclasites, and Associated Rocks Along the Alpine Fault, South Island, New Zealand // New Zealand Journal of Geology and Geophysics. 1964. V. 7. № 4. P. 645–684. doi: 10.1080/00288306.1964.10428124
  44. Ruina A. Slip instability and state variable friction laws // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. № 6. P.1172–1175.
  45. Sasaki Y. Resolution of resistivity tomography inferred from numerical simulation // Geophysical Prospecting. 1992. V. 40. P. 453–463. doi: 10.1111/j.1365-2478.1992.tb00536.x
  46. Scholz C.H., Engelder J.T. The role, of asperity indentation and ploughing in rock friction: I. Asperity creep and stick-slip // Int. J. Rock Mech. Men. and Geomech. 1976. № 13. P. 149–154.
  47. Sibson R.H. Fault rocks and fault mechanisms // Journal of the Geological Society. 1977. V. 133. P. 191–213. doi: 10.1144/gsjgs.133.3.0191
  48. Sibson R.H. Thickness of the Seismic Slip Zone // Bulletin of the Seismological Society of America. 2003. V. 93. № 3. P. 1169–1178. doi: 10.1785/0120020061
  49. Townend J., Sutherland R., Toy V. Deep Fault Drilling Project—Alpine Fault, New Zealand // Scientific Drilling. 2009. № 8. doi: 10.2204/iodp.sd.8.12.2009
  50. Trefethen L.N. Numerical computation of the schwarz–christoffel transformation // SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing. 1980. V. 1. № 1. P. 82–102. doi: 10.1137/0901004
  51. Valtr V.,Hanžl P. Geophysical cross-section through the Bogd fault system in the area of the Chandman rupture, SW Mongolia // Journal of Geosciences. 2008. V. 53. DOI :10.3190/jgeosci.023
  52. Volpe G., Pozzi G., Collettini C. Y-B-P-R or S-C-C’? Suggestion for the nomenclature of experimental brittle fault fabric in phyllosilicate-granular mixtures // Journal of Structural Geology. 2022. V. 165. № 104743. doi: 10.1016/j.jsg.2022.104743
  53. Wang H., Li H., Si J., Sun Z., Huang Y. Internal structure of the Wenchuan earthquake fault zone, revealed by surface outcrop and WFSD-1 drilling core investigation // Tectonophysics. 2014. V. 619–620. P. 101–114. doi: 10.1016/j.tecto.2013.08.029

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025