Введение к работе
Актуальность проблемы. Выяснение механизмов тектонических деформаций, приводящих к формированию деформационных структур и их сочетаний, является важнейшей задачей геологии, ориентированной как на познание общих закономерностей эволоции земной коры, так и на решение частных практических вопросов структурного прогноза. Значительный прогресс в решении этой задачи бил достигнут в связи с привлечением к геоструктурным исследованиям физических моделей деформационного процесса, позволивших перейти от морфологических исследо ваний к реиенио генетических вопросов структурообраэования. Однако, ограничение этих моделей континуальными не позволяет вскрыть ряд весьма важных закономерностей тектогенеза, связанных с наличием в деформируемой среде неоднородностей различной природы и масштаба. Между тем, полученные п настоящему времени многочисленные геологические и геофизические наблюдения свидетельствуют, что осуществляемые в процессе тектонических деформация динамические перестройки структуры геологической среды зависят, в большей мере, не от осреднению полей напряжений, как это предполагают модели континуума, г от их максимумов, т.е. концентраторов напрляений, распределение и перестройка которых, в свои очередь, определяется детальной структурой среды, а не ее осредненннми свойствами. В этой связи возникает необходимость специального исследования роли неоднородностей геологической среды в механизме тектонических деформаций.
Проблемы, связанные с деформированием неоднородных сред, в настоящее время привлекает внимание как механиков, так и специалистов различных геологических направлений: геотектоники и геомеханики, структурной геологии, сейсмологии, инженерной геологии и др.
Цели и задачи исследования. Главная цель проведенного исследования заключалась а анализе процессов структурообраэования, протекающих при деформациях неоднородной, иерархически построенной геологической среди с учетом ее внутренних неоднородностей и внешних условий деформирования. Для достижения поставленной цели решался ряд конкретных задач:
I, анализировалась роль неоднородностей земной коры разных типов и рангов в процессе тектонических деформаций;
2з на основании структурных морфологических исследований^уста-навливались причины и механизмы деформационного преобразования разномасштабных первичных структурных элементов иерархической систимы
- г ~
во вторичные,обраэующиэ механические парагенеэы разномасштабных структурных форм;
-
исследовалась роль химических процессов в механизмах тектонических деформаций;
-
проводилось физическое моделирование различных тектонических структур с учетом изначальной структурированности деформируемых сред;
-
на примере Киргизатинской синформы Шного Тянь-Шаня выяснялись возможности использования разномасштабных структурных парагене-эов для целей динамического анализа деформирозанных объемов земной коры,
Научная новизна работы определяется новым подходом к исследование тектонических деформаций, вызывающих процессы структурообразова-нип, В отличие от континуального подхода, основанного на гипотезе сплошности деформируемой среды, к исследование тектонических деформации впервые применены основные положения развивающейся в настоящее время новой механической модели: механики среды со структурой, на базе которых построена качественная модель структурообраэования применительно к неоднородной геологической среде. Основные научные» результаты сводятся к следующему: а/ введено и обосновано представление о земной кора - как саморазвивающейся динамической системе элементов разных уровней структурной организации, составляющих иерархический ряд: внутризерновые уровни, уровни зерен, агрегатов зерен, слоев, пачек слоев, блоков и т.д.; определены основные механизмы деформация каждого из уровней и условия перехода деформации с одного уровня на другой; б/ уточнены вопросы терминологии, вызывающие несоответствия в определении плоскостных текстур; разработана классификация главных плоскостных текстур горных пород на принципе выделения основных элементов их строения и предложены механизмы формирования плоскостных текстур, связанные с деформационным преобразованием первичных структур уровня зерен; в/ на базе морфологических исследования разработана механизмы формирования разномасштабных структурных парагенеэов /текстуры - складки - разрывы/, в зависимости от изначальных структурных особенностей среды, внешних условий деформирования,условий нагружения; г/ проведены серии оригинальных экспериментов на структурированных средах, воспроизводящие условия формирования текстур, складок различной морфологии, тектонических разрывов, в том числе "слепых" надвигов и клиновидных над-
виговых структур; д/ выделены и исследованы своеобразные деформационно-химические парагенезы, которые наряду со структурными, могут быть использованы в структурном парагенетическом анализе.
Практическое значение работы заключается в разработке методической базы для решения ряда прикладных задач.
Установленные морфологические особенности разномасштабных структурных форы, их пространственное положение и соотношение АРУ»' с другом в парагенеэах, открывают возможности для более качественного средне-крупномасштабного геологичаского картирования, выделенные критерии особенно важны при картировании территорий с плохой обнаженностью.
Выявленные закономерности физико-химической дифференциации вещества при деформации имеют прямое отношение к формированию и размещению некоторых типов полезных ископаемых. В этой связи, полутемные результаты могут быть рекомендованы к использованию при исследо вании структур рудных полой и месторождений.
С нацвигово-складчатыми структурами, в строении которых принимают участие "слепые" и клиновидные надвиги бывают часто связаны месторождения и проявления углеводородов. В этом связи, определения условия и механизма их образования представляет интерес с точки зрения обнаружения подобных структур в земной коре.
Фактический материал диссертации бил собран в результате многолетних полевых и экспериментальных исследований автора. Нолевые работы проводились в различных регионах: в Западном и Южном Прибайкалье, Крыму, Северном и Южной Тянь-Шане, Южной Урале. В процессе полевых работ исследовались разномасштабные тектонические структури, развитие в породах разных степеней метаморфизма: их морфологии, пространственное положение', соотношения друг с другом. При исследовании текстур горних пород и их соотношений со складками использовалась коллекция шлифов, отобранных автором из различных пород вышеперечисленных регионов, а также отобранных другими исследователи-ми на Большом Кавказе, Кольском полуострове и Карелии, Корякин и др.
С целью обоснования механизмов формирования различных структурній форм и их сочетаний, наблюдаемых б земной коре, проведено множество тектонофиэических экспериментов на эквивалентных материалах. Методика проведения большинства из этих экспериментов, а такий установки для их проведения разработаны непосредственно автором ра боты, или при его участии.
Для исследования морфологии и генезиса различных структурных форм и их сочетания, наблюдаемых в разных регионах Мира, привлекались многочисленные литературные источники, в том числе атласы структур и текстур горных пород, справочники механических и физических констант горных пород, полученнмх в процессе их испытания, сводки тектонофизических экспериментов, проводимых разными исследователями.
Апробация работа. Основные этапы работы и полученные в результате исследований выводи регулярно обсуждались на всесоюзных и международных совещаниях, а также многочисленных специализированных семинарах.
Результаты исследования генезиса различных структурных форм и структурных парагенезов докладывались на Втором и Третьем Всесоюзных симпозиумах "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии"/Ялта,1987; Москва,1992 г./, на П и ffi Всесоюзных школах "Структурный анализ кристаллических комплексов и геологическое картнрование"/Тбнлиси,1988; Киев,1990/, на Втором Всесоюзном совещании "Стресс-формации и структуры течения в линєа-ментных зонах" /Новосибирск,1990/,на Всесоюзном совещании"Разломо-образование в литосфере: тектонофизичаские аспекты"/Иркутск,1991/, на Международном семинаре по тектонике Баренцево-Карского региона /Мурманск,1991/.
Некоторые выводы, касающиеся различных частных вопросов, связан них с деформированием неоднородной геологической среды, были оглашены на научно-координационном совещании по заданию 03.02."Разработать модели сейсмического процесса с учетом естественной кускова-тости пород и блокового строения земной коры" проблемы 0.74.03 ГІШТ /Москва,1986/, на Втором Всесоюзном симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии" /Ялта,1987/,на Научной конференции "Ломоносовские чтения"/Москва, 1909/.
Модель структурообразования в неоднородной геологической среде обсуждалась на заседании М0'ЛП/Москва,1989/,на заседании научного семинара кафедры динамической геологии геологического факультета ТУ/1990/ и на Международно*! конференции "Строение и геодинамика темной коры и верхней мантии" /Москва, 1991/.
Многие положения работы, касающиеся морфологии и генезиса ггруктурных форм и их парагенезов используются в лекциях Ші, а .акже в спецкурсе "Учение о структурных парагенезах", читаемом для
студентов геологических специальностей геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
Работа состоит из пяти основных глав, введения и заключения, иллюстрируется 2 таблицами и 122 текстовыми рисунками. Библиографический список включает 164 наименования. Общий объем диссертации составляет машинописных страниц.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам лаборатории геотектоники и тектонофизики им.В.В.Белоусова геологического факультета МГУ, во многом способствовавшим выполнению этой работы. С особой благодарностью автор вспоминает ныне покойного Владимира Владимировича Велоусова, всемерно поддерживавшего и направлявшего исследования автора, помогавшего ценными советами и конструктивной критикой.