Use of the kinematic method for reconstruction of stress fields and mechanisms of the structure development in Donbas (on an example of the western closure of the horlovka anticline)

Abstract

This study focuses on the analysis of structures and kinematics of the western closure of the Horlovka anticline to present a general development mechanism and to determine whether the structural complexity of the study area is consistent with a single regional stress field or not. Methodology. The kinematic and structural data available for the study zone have been studied. Further, fault data, including both the fault plane and slickenline orientations, and the sense of movement, have been studied by the kinematic analysis method of O. Gushchenko to estimate characteristics of the mesoregional stress field. Local stress data have been processed by the method for determination of general stress fields provide for reconstruction of main normal stresses which are arbitrarily considered as regional stresses. Results. Strike-slip faults (NW-trending, dextral; N–S and NE-trending, sinistral) prevail among the other faults. Mesoregional stress field characterized by subhorizontal NW–SE maximum and NE–SW minimum principal axes, and apparently originated in Laramide time of Alpine orogeny is shear type and the youngest for the Donets Basin. The pattern of a single structural paragenesis of deformation elements of the study area, including a conjugate strike-slip fault system, domeshaped fold and longitudinal thrusts in its limbs, was developed due to the right-lateral displacements along the longitudinal strike-slip fault system within the Main anticline paraxial part. Originality. Strike-slip faults and large shear zone are revealed in the structure of the study area, and characterized its morphology, development, and interaction of structural elements in zone of distributed shear deformation. The primary characteristics of the stress fields of local and mesoregional level are reconstructed. Practical significance. Taking importance of the results obtained by the kinematic method into account, applying of the methods based on reconstruction of primary tectonophysical characteristics and restoration of deformation mechanisms will allow better prediction of the small-scale faulting and outburstable zones. Визначення умов та механізму розвитку геологічної структури західного змикання Горлівської антикліналі. Методика. Детальне картування з елементами структурно-морфологічного аналізу усіх відомих тектонічних елементів району та тектонофізичні методи аналізу тріщинно-розривних структур. Результати. Встановлено, що серед розривів різного структурного рівня домінують зсуви (північно-західні – праві, північно-східні та субмеридіональні – ліві). Виділено правозсувовий структурний парагенезис деформаційних елементів структури західного змикання Горлівської антикліналі, що містить у собі комплекс спряжених північно-західних та меридіональних розривів, брахіантиклінальну складку другого порядку, крила якої ускладнені насувами, що орієнтовані повздовж осі головної складчастої структури першого порядку. Встановлено, що за просторовою орієнтацією осі головних нормальних напружень відновлене поле напружень є зсувовим та наймолодшим для Донецького басейну, датованим ларамійською фазою альпійського тектогенезу. Новизна. Виявлено зсуви та зсувові зони, охарактеризовано їх морфологію, супутні деформації та механізм їх формування. Відновлено головні характеристики поля напружень локального та мезорегіонального рівня. Практична значущість. Впровадження у практику геологорозвідувальних та геологоексплуатаційних робіт наукових методів прогнозу гірничо-геологічних умов, що засновані на реконструкції головних тектонофізичних параметрів та відтворенні механізмів деформаційного процесу, дасть змогу ефективніше прогнозувати зони дрібноамплітудної тектонічної порушеності та викидонебезпечні зони. Определение условий и механизма развития геологической структуры западного замыкания Горловской антиклинали. Методика. Детальное картирование с элементами структурно-морфологического анализа всех известных тектонических элементов района и тектонофизические методы анализа трещинно-разрывных структур. Результаты. Установлено, что среди разрывов различного структурного уровня здесь доминируют сдвиги (северо-западные – правые сдвиги, северо-восточные и субмеридиональные – левые). Выделен правосдвиговый структурный парагенезис деформационных элементов структуры западного периклинального замыкания Горловской антиклинали, включающий в себя комплекс сопряженных северозападных и меридиональных разрывов, брахиантиклинальную структуру второго порядка, крылья которой осложнены надвиговыми структурами, ориентированными продольно оси главной складчатой структуры первого порядка. Установлено, что по пространственной ориентировке осей главных нормальных напряжений восстановленное поле напряжений является сдвиговым и самым молодым для Донецкого бассейна, датирующимся ларамийской фазой альпийского тектогенеза. Научная новизна. Выделены в геологической структуре изучаемого района сдвиги и сдвиговые зоны, описана их морфология, сопутствующие деформации и механизм их образования. Восстановлены основные характеристики поля напряжений локального и мезорегионального уровня. Практическая значимость. Внедрение в практику геологоразведочных и горно-эксплуатационных работ научных методов прогноза горно-геологических условий, основанных на реконструкции основных тектонофизических параметров и восстановлении механизмов деформационного процесса, позволит более эффективно прогнозировать зоны мелкоамлитудной тектонической нарушенности и выбросоопасные зоны.