Модели неоднородного по латерали и глубине простого сдвига

Большинство экспериментов по воспроизведению простого сдвига осуществлялось так, как это показано на рис. 11.

Однако впервые на неоднородность напряженного состояния не только по латерали, но и по глубине в таких экспериментах обратил внимание Ю.Л. Ребецкий. Он показал также, что в некоторые известных экспериментах (например, Г. Клооса) напряженное состояние отвечало другому типу (описанному выше), однако на это не обращали внимания и результаты экспериментов сопоставлялись друг с другом.

5.1. История моделирования.

Моделировать простой сдвиг пытались еще в позапрошлом веке, однако первыми широко известными, тщательно подготовленными и изученными стали эксперименты Г. Клооса (1928) и В. Риделя (1929). Сдвиговые зоны, в которых нагружение осуществляется так, как показано на рисунке, за рубежом получили наименование сдвиговых зон Риделя. Мы тоже так будем их называть. Однако до 80-х годов прошлого столетия эти зоны изучались лишь с поверхности, поэтому не особенно задумывались об отличии поведения структур на глубине по сравнению с плоским сдвигом (вернее, вообще не различали эти два типа сдвига).

В дальнейшем были выполнены серии эксприментов по моделированию зоны сдвигов, результаты которых представлены в работах М.К. Хаберта [Hubbert, Rubey, 1959], М.В. Гзовского [1959, 1963], W.F. Tanner [1962], В.Д. Парфеновым [Парфенов, Жуковский, 1966], J.S. Tchalenko [1968, 1970], E.Z. Lajtai [1969], Х. Рамберга [1970], С. Стоянова [1977] и многих других. В этих работах выполнялись детальные исследования морфологии возникающей трещиноватости во взаимосвязи с условиями ее формирования, определяемыми свойствами модельного материала и разным типом нагружения, и стадией деформирования (Ребецкий, 2008).

5.2. Структурный парагенез (в целом). Показан на рисунке. Этот парагенез никогда не реализуется одновременно.

5.3. Развитие сколов Риделя на ранней дизъюнктивной стадии деформирования.

Рассмотрим все члены этого структурного парагенеза, формирующиеся в моделях, по очереди. Структуры, которые возникают всегда – это сколы Риделя. Однако в моделях из глины образуются как сколы R, так и сколы R’, а в моделях из песка – только сколы R. Обратимся к моделям, в которых эквивалентным материалом служит влажная глина, и посмотрим на развитие и соотношение друг с другом сколов R и R’.

На этих рисунках сколы R’ незаметны. Однако мелкие R’-сколы всегда возникают в начале деформации. При этом в моделях Ж. Чаленко (1968) и С.А. Борнякова первоначально происходит зарождение трещин с поперечной системой R’-сколов, а вторая система трещин R-сколы – диагональная, характеризуется более поздним заложением. По мере развития сдвига эта система становится более выраженной, в то время, как развитие R’-сколов затормаживается. В моделях С. Стоянова (1977) и К.Ж. Семинского R- и R’-сколы возникали практически одновременно и развивались примерно в равной степени. В наших экспериментах R и R’-сколы также появляются практически одновременно, но затем преимущественное развитие получают R-сколы, в то время как R’-сколы лишь поворачиваются и вследствие этого искривляются (это искривление связано с уменьшение зоны динамического влияния «разлома в фундаменте»).

Очень редко сколы R и R’ в экспериментах развиваются одинаково. Возможно, что это связано с неоднородностью среды.

5.4. Ориентировка сколов Риделя

Ориентированы сколы Риделя так же, как и в случае скашивания, рассмотренном выше. Углы сколов R с осью сдвига составляют от 10 до 20º (глина) до 20-40º (канифоль). Сколы R’ ориентированы в самом начале под углом 75º - 85 º к направлению сдвигания, а затем этот угол вследствие поворота увеличивается еще больше.

5.4. Трещины отрыва (развитие в среде с повышенной хрупкостью)

Об этом уже шла речь, когда мы рассматривали эксперименты по скашиванию. Еще один пример приведен ниже. Для получения трещин отрыва поверхность образцов смачивалась водой или глицерином. В экспериментах С. Стоянова (1977) отрывы Т тоже возникали только после смачивания поверхности водой.

5.5. Развитие трещин на поздней дизъюнктивной стадии

Как уже говорилось, по мере развития деформации, мелкие сколы Риделя объединяются, разрастаются, преимущественное развитие получают R-сколы.

Во многих экспериментах на этой стадии появляются так называемые Р-сколы.

Впервые они были получены в экспериментах Ж. Чаленко (1968). Это трещины с простиранием, зеркально противоположным R-сколам. Их стали именовать P-сколами, предполагая, что ответственным за их формирование является напряжения сжатия. Этот тип сколов развивается после образования R- и R’-сколов, имеет несколько меньший линейный размер и располагается внутри соседних пар R-сколов. В других экспериментах P-сколы столь больших размеров не были получены. Появление этих сколов в конкретных экспериментах связано с дополнительным боковым обжатием модели, проводившимся в процессе эксперимента на глинах.

Вообще Р-сколы являются структурами 3-го ранга. Как полагают, их формирование связано с изменением напряженного состояния после появления сколовых трещин R и R’ (Naylor & other, 1986, Mandl, 1988). Они обеспечивают сопряжение друг с другом R- сколов, и, таким образом, облегчают общее смещение, параллельное сдвигу. Эти сколы возникают отнюдь не во всех экспериментах. Например, в экспериментах Лаборатории тектонофизики МГУ они не возникали почти никогда.

5.6. Развитие трещин на завершающей стадии (стадии полного разрушения).

Для этой стадии характерно развитие L-сколов. Это тоже разрывы третьего ранга. Они параллельны оси сдвигания и соединяют между собой R-сколы. С их появлением начинает формироваться магистральный разрыв, знаменующий собой завершающую стадию и перерезающий всю толщину «чехла».

5.7. Стадии развития сдвиговой зоны.

Конечно, разрывы в будущей разломной зоне формируются постепенно. Однако можно все же выделить (Семинский и др.,2005) четыре стадии ее развития: стадия пластической деформации, ранняя дизъюнктивная стадия, поздняя дизъюнктивная стадия, стадия полного разрушения.

5.8. Зона динамического влияния разлома.

В широком смысле зона динамического влияния разлома — это «…область деформирования, связанная с формированием разлома и движениями по нему, в пределах которой породы подвергаются механическим (дробление, брекчирование, рассланцевание, формирование разломов оперения), реологическим (изменения физических свойств с глубиной или в связи с длительностью развития разлома), петрографическим (метаморфизм разных стадий), структурным (сгущение разрывов оперения, приразломная складчатость, будинаж) изменениям…» (Шерман и др., 1991, стр.53). В случае моделей на эквивалентных материалах под зоной динамического влияния разлома можно понимать область, в которой можно обнаружить трещины второго и третьего порядков. С развитием разлома процессы структурообразования идут во все более узкой зоне, а в краевых частях трещины «консервируются». С появлением магистрального разлома деформация концентрируется в крайне узкой зоне.

5.9. Характерные черты сдвигового парагенеза (простой неоднородный сдвиг) в моделях:

· Эшелонированное расположение трещин R, R’ и T

· Развитие трещин Т лишь в особых условиях

· Преимущественное развитие R-сколов

· Появление своих собственных характерных трещин на разных стадиях развития зоны.

6.0. Отличие структурного парагенеза однородного и неоднородного сдвигов

· Структурный парагенез однородного сдвига:

ü Формируются трещины R, R’ (последние образуются при небольшой величине сдвига, а потом прекращают свое развитие) и T (образуются в хрупкой среде)

ü Трещины P,L (Y) не формируются, равно как и магистральный разрыв

ü Сужения зоны динамического влияния разлома не происходит

ü Сколы R’ не изгибаются

ü Сколы R имеют плоскую или слабо волнистую форму, но никак не геликоидальную

ü Структур цветка не формируется

· Структурный парагенез неоднородного сдвига:

ü Наблюдаются все 4 стадии формирования разрывной зоны

ü Формируются не только сколы 2 ранга (R и R’), но и сколы 3 ранга P,L (Y)

ü На последней стадии развития зоны формируется магистральный разрыв

ü Происходит сужение зоны динамического влияния разлома с течением времени

ü Сколы R’ S-образно искривляются

ü Сколы R имеют геликоидальную форму, а по кинематике являются взбросо-сдвигами

ü Формируются структуры цветка

6.1. Кинематика вторичных разрывов

С.А.Борняков, В.Д Парфенов и С.Д.Жуковский и M.A.Naylor в своих работах отметили (это же было подтверждено и в моделях Лаборатории тектонофизики), что:

· R-сколы выполаживаются на концах

· Они образуют S-образный изгиб в плане

· Им присуща пропеллеровидная форма

· Помимо сдвиговой сколы имеют вертикальную компоненту смещения (таким образом, что R-сколы являются взбросо-сдвигами)

Особенно хорошо все, перечисленное выше, видно на моделях из песка.

Дата добавления: 2014-01-07