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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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.

Полный текст

Доступ закрыт

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
2. Рис. 1. Схема расположения профилей электротомографии и петрографического анализа в зоне коллизионного шва. На врезке показан исследуемый участок коллизионного шва. 1 — локализация коллизионного шва; 2 — профили электротомографии; 3 — профили отбора образцов горных пород.

Скачать (325KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Геоэлектрические разрезы вкрест ядра тектонического разлома: (а) — профиль “р. Хорга”; (б) — профиль “р. Кучулга”; (в) — профиль “д. Таловка. Южный профиль”. Перекрестной штриховкой показано положение основной зоны дробления; косой штриховкой показана сонаправленная ей проводящая зона.

Скачать (533KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вариация доли матрикса вкрест простирания разлома. Серая область соответствует проводящей зоне ядра разлома на геоэлектрическом разрезе. Типизация сегментов тектонического разлома: (а) — ядро разлома с узкой зоной локализации деформаций — профиль “пос. Бугульдейка”; (б) — ядро с равномерно распределенными деформациями профиль “д. Тонта”; (в) — ядро с неоднородным распределением деформаций — профиль “с. Еланцы”.

Скачать (338KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ширина ядра разломной зоны по данным петрографических исследований (красный цвет) и электротомографических измерений (синий цвет).

Скачать (338KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Лабораторное исследование фрикционного поведения модельного разлома, содержащего участок повышенной прочности сложенный природным материалом: (а) — схема проведения экспериментов. 1 — контактная зона, сложенная природным материалом; 2 — лист фторопласта между скальными блоками; D — лазерные датчики перемещения; T — мишени датчиков перемещения; Jn,Js — домкраты, создающие нормальное и сдвиговое усилие; (б) — закономерности изменения во времени эффективного коэффициента трения (µ = τ/σN). На врезке представлен временной интервал 84–84.5 с; (в) — изменения относительного смещения берегов модельного разлома на разных его участках. Расположение датчиков представлено на врезке слева, зеленый цвет соответствует участку локализации контактной зоны, сложенной амфиболитом. На врезке справа представлен временной интервал 75–85 с, на котором отчетливо прослеживается 2-секундная стадия ускоренного скольжение (заштрихованная область).

Скачать (506KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сегменты изученного участка краевого шва Сибирского кратона с различными режимами скольжения: 1 — сегменты быстрого скольжения, иницирующего землетрясения; 2 — сегменты апериодического медленного скольжения и асейсмического крипа; 3 — сегмент асейсмического крипа; 4 — краевой шов; 5 — профили электротомографии; 6 — профили отбора образцов горных пород.

Скачать (354KB)
Метаданные
8. 1

Скачать (602KB)
Метаданные
9. 2

Скачать (616KB)
Метаданные
10. 3

Скачать (516KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025