Структура, динаміка і сейсмотектоніка скидових зон (за результатами фізичного моделювання та польових досліджень) Частина 1: Фізичне моделювання

Abstract

Мета. Метою роботи є представити та проаналізувати результати фізичного моделювання і польових досліджень процесів утворення, розвитку, а також сучасної геодинамічної та сейсмотектонічної активності зон субвертикального зсуву (ЗСВЗ), зокрема, скидової кінематики. Методика. Фізичне моделювання проведено на спеціальній моделювальній установці для кутів падіння розриву 75°, 60° і 45°. Як пластично-в’язкі модельні матеріали для нього використано спеціальні пасти на основі глини. Польові дослідження містити геоакустоемісійний, ПІЕМПЗ, деформографічний, нахиломірний та сейсмологічні методи. Результати. У частині 1 (фізичне моделювання) відтворено закономірності розвитку процесів субвертикального розривоутворення в осадових товщах у часі та з глибиною в модельних експериментах, проаналізовано розвиток різних систем тріщин залежно від швидкості зміщення та кута падіння розриву. Простежено розвиток приповерхневих тріщинуватих зон (як по латералі, так і з глибиною) над зонами СВЗ. У частині 2 (польові дослідження) наведено приклади зон такого типу в реальних геологічних структурах, зокрема, у зоні Берегівського горбогір’я в Закарпатті та деякі результати геофізичного моніторингу їх сучасного геодинамічного режиму, зокрема, деформо- метричним та параметричним геоакустичним методами, а також методами природних геоакус- тоемісійного та імпульсного геоелектромагнітноемісійного (метод ПІЕМПЗ) полів. За сейсмологічними даними, простежено особливості сейсмотектонічного процесу в одній з характерних сейсмогенних зон скидової кінематики в районі Берегівського горбогір’я в Українському Закарпатті. Наукова новизна. За даними фізичного моделювання, встановлено характерні часово-просторові закономірності розвитку процесів субвертикального розривоутворення, їх залежність від кута падіння розриву та швидкості зміщення блоку основи. За даними багаторічних польових геоакустичних, деформографічних і нахиломірних досліджень на мережі пунктів спостережень у зоні Берегівського горбогір’я в Україн¬ському Закарпатті виявлено підвищену геодинамічну активність таких субвертикальних тріщинуватих зон та зв’язок деформаційних процесів у них з геодинамікою земної кори Закарпаття та усієї Землі. За комплексом сейсмологічних, геологічних та геодезичних даних на прикладі характерних землетрусів Берегівської сейсмогенної зони в Українському Закарпатті (зони на перетині Припанонського (захід - північно-західного простягання) і Берегівського меридіонального розломів - зони розвитку горст- грабенової (“клавішної”) тектоніки) простежено характерні особливості сейсмотектоніки скидових зон. Практична значущість. Результати досліджень дають можливість, з одного боку, надійніше прогнозувати (а значить, і моніторити) зони проявів приповерхневих ефектів від глибинних ЗСВЗ, а з іншого, за результатами поверхневих досліджень прогнозувати наявність, локалізацію та характеристики глибинних ЗСВЗ, а також характер і характеристики геодинамічних та сейсмотектонічних процесів у таких зонах. Це є важливим для сейсмології та геодинамічного моніторингу, для пошуків нафти і газу та інших корисних копалин, для інженерної геології і геофізики, для геоекології та ін. Цель. Целью работы является представить и проанализировать результаты физического моделирова¬ния и полевых исследований процессов образования, развития, а также современной геодинамической и сейсмотектонической активности зон субвертикального сдвига (ЗСВС), в частности, сбросовой кинематики. Методика. Физическое моделирование проведено на специальной моделирующей установке для углов падения разрыва 75°, 60° и 45°. Как пластично-вязкие модельные материалы для него использованы специальные пасты на основе глины. Полевые исследования включали геоакустоемиссионный, ЕИЭМПЗ, деформографический, наклономерный и сейсмологические методы. Результаты. В части 1 (физическое моделирование) воспроизведены закономерности развития процессов субвертикального разрывообразования в осадочных толщах во времени и с глубиной в модельных экспериментах, проанализировано развитие различных систем трещин в зависимости от скорости смещения и угла падения разрыва. Прослежено развитие приповерхностных трещиноватых зон (как по латерали, так и с глубиной) над зонами СВС. В части 2 (полевые исследования) приведены примеры зон такого типа в реальных геологических структурах, в частности, в зоне Береговского холмогорья в Закарпатье и некоторые результаты геофизического мониторинга их современного геодинамического режима деформометрическим и параметрическим геоакустическим методами, а также методами естественных геоакустоэмиссионного и импульсного геоелектромагнитноэмиссионного (метод ЕИЭМПЗ) полей. По сейсмологическим данным прослежены особенности сейсмотектонического процесса в одной из характерных сейсмогенных зон сбросовой кинематики в районе Береговского холмогорья в Украинском Закарпатье. Научная новизна. По данным физического моделирования установлены характерные пространственно-временные закономерности развития процессов субвертикального разрывообразования, их зависимость от угла падения разрыва и скорости смещения блока основания. По данным многолетних полевых геоакустических, деформографических и наклономерных исследований на сети пунктов наблюдений в зоне Береговского холмогорья в Украинском Закарпатье обнаружена повышенная геодинамическая активность таких субвертикальных трещиноватых зон и связь деформационных процессов в них с геодинамикой земной коры Закарпатья и всей Земли. По комплексу сейсмологических, геологических и геодезических данных на примере характерных землетрясений Береговской сейсмогенной зоны в Украинском Закарпатье (зоны на пересечении Припаннонского (запад - северо-западного простирания) и Береговского меридионального разломов - зоны развития горст-грабеновой (“клавишной”) тектоники) прослежены характерные особенности сейсмотектоники сбросовых зон. Практическая значимость. Результаты исследований дают возможность, с одной стороны, более надежно прогнозировать (а значит, и мониторить) зоны проявлений приповерхностных эффектов от глубинных ЗСВС, а с другой, по результатам поверхностных исследований прогнозировать наличие, локализацию и характеристики глубинных ЗСВС, а также характер и характеристики геодинамических и сейсмотектонических процессов в таких зонах. Это важно для сейсмологии и геодинамического мониторинга, для поисков нефти и газа и других полезных ископаемых, для инженерной геологии и геофизики, для геоэкологии и др. Purpose. The aim of the work is to present and to analyze the results of physical modeling and field studies of processes of formation, evolution and modern geodynamic and seismotectonic activity of subvertical shear zones (SVShZ), in particular of faulting kinematics. Methods. Physical modeling was conducted on the special modeling machine for break dip angle 75°, 60° and 45°. As a plastic-viscous modeling materials for this were used a special paste which are based on clay. Field researches included geoacoustic emission, PIEMPZ, extenzometric, tiltmetric and seismological methods. Results. In the parth 1 (physical modelling) the regularities of evolution of processes of subvertical ruptures formations in sedimentary strata in time and on the depth in modeling experiments was reproduced, the evolution of different systems of crack depending from the speed of displacement and break dip angle was analyzes. Evolution of subsurface fractured zones (as on lateral as in depth) over zones of the SVSh was traced. In the parth 2 (field studies) examples of this type zones in the real geological structures, particularly in the area of Beregovo hill-land in Transcarpathians and some results of geophysical monitoring of its modern geodynamic regime by extenzometric and parametric geoacoustic methods and also by methods of natural geoacoustic emission and impulse geoelectromagnetic emission (method PIEMPZ (NIEMFE)) fields. By seismological data the features of seismotectonic process in one of the typical seismogenic zones of faulting kinematics in the Beregovo hill-land area in Ukrainian Transcarpathians were traced. Originality. By the data of the physical modeling the typical time-spatial regularities of evolution of processes of subvertical ruptures formations and their dependence from the break dip angle and speed of displacement of basis unit were determined. By the data of long-term field geoacoustic, extenzometric and tiltmetric researchec on observation points network in the area of Beregovo hill-land in Ukrainian Transcarpathians high geodynamic activity of such subvertical fractured zones and the relationship of deformation processes in them with the geodynamics of the crust of Transcarpathians and all the Earth was found. By complex of seismological, geological and geodetic data on example of typical earthquakes of Beregovo seismogenic zone in the Ukrainian Transcarpathians (zone at the intersection of Perypannonian (west - northwest direction) and Beregovo meridional fault - zone of horst-graben (“keyboard”) tectonics distribution) the features of faulting zones seismotectonics was traced. Practical significance. The researches results make it possible, on the one hand, more reliably predict (and therefore monitor) zone of near-surface effects display from deep SVShZ, and on the other hand, on the results of surface studies to predict the presence, location and characteristics of deep SVShZ and the nature and characteristics of geodynamic and seismotectonic processes in these zones. It is important for seismology and geodynamic monitoring, for searching for oil and gas and other minerals, for engineering geology and geophysics, for geoecology and others.