М.А.
ГОНЧАРОВ, В.Г. ТАЛИЦКИЙ, Н.С. ФРОЛОВА
ВВЕДЕНИЕ В ТЕКТОНОФИЗИКУ
Оглавление
Предисловие
Введение
Тектонофизика - научная дисциплина, пограничная между геотектоникой и
физикой
Теоретическое и практическое значение понимания кинематики и динамики
тектонического процесса
Методы тектонофизики
ЧАСТЬ I.
ТЕКТОНОФИЗИКА
СПЛОШНОЙ (НЕСТРУКТУРИРОВАННОЙ) СРЕДЫ
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ДЕФОРМАЦИЙ И РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
1.1. Представление о земной коре как о механически неоднородной среде
1.1.1. Неоднородности разных рангов
1.1.2. Возможность применения понятия сплошной среды с учетом
дискретного строения реальных геологических тел (минералов, пород,
толщ)
1.1.3. Однородность и неоднородность, изотропия и анизотропия сплошной
среды
1.2. Тектоническое течение как сочетание поступательного движения,
вращения и деформации элементарных объемов геологической сплошной среды
1.2.1. Понятие о течении в механике сплошной среды
1.2.2. О судьбе термина "течение"
1.2.3. Тектоническое течение
1.2.4. Деформация как изменение взаимного расположения частиц
элементарного объема
1.2.5. Размерность и единицы измерения деформации
1.2.6. Главные оси деформации
1.2.7. Деформация как тензор
1.2.8. Эллипсоид деформации
1.2.9. Однородные и неоднородные деформации геологических тел
1.2.10. Простейшие типы деформаций
1.2.11. Относительность понятия однородности деформации применительно к
телам разного масштабного ранга
1.2.12. Простейшие количественные расчеты в случаях однородной
деформации
1.2.13. Скорости компонентов тектонического течения, их размерность и
единицы измерения
1.2.14. Взаимосвязь полей поступательного перемещения, вращения и
деформации элементарных объемов геологической сплошной среды
1.3. Напряженное состояние сплошной среды
1.3.1. Силы
1.3.2. Одноосное напряженное состояние
1.3.3. Нормальные и касательные напряжения, их соотношение
1.3.4. Двухосное напряженное состояние
1.3.5. Трехосное напряженное состояние
1.3.6. Главные оси напряжений
1.3.7. Общее напряжение как сочетание равномерного всестороннего сжатия
и девиаторного напряжения, роль этих составляющих в деформации
элементарного объема
1.3.8. Размерность и единицы измерения напряжений
1.3.9. Поле напряжений
1.4. Взаимоотношение напряжений и деформаций (элементы реологии).
1.4.1. Упругая деформация
1.4.2. Предел упругости
1.4.3. Пластическая деформация
1.4.4. Механизмы пластической деформации в зависимости от ранга
деформируемого тела
1.4.5. Релаксация и ползучесть
1.4.6. Связь поля напряжений с полем скоростей деформации
1.5. Прочность и разрушение тел
1.5.1. Предел прочности
1.5.2. Отрыв и скалывание
1.5.3. Хрупкое и вязкое разрушение
1.5.4. Относительность понятий о пластической и разрывной деформации в
зависимости от соотношения размеров тел и нарушающих их сплошность
разрывов (трещин)
1.5.5. Разрывная деформация некоторого объема среды как механизм
пластической деформации более крупного объема, альтернатива
пластической деформации соразмерного объема и координатор пластической
деформации более мелких объемов
1.5.6. Разрывное нарушение как предельный случай неоднородности
деформации
1.5.7. Виртуальный характер реконструкции тектонических напряжений
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ
2.1. Специфика тектонических деформаций, обусловленная большими
объемами горных пород и длительностью процесса
2.1.1. Невозможность экспериментов с природными геологическими
объектами
2.1.2. Принципы физического моделирования тектонических деформаций
2.1.3. Условия геометрического и физического подобия
2.1.4. Эквивалентные материалы
2.1.5. Упрощение моделирования в случае автоматического выполнения
условий подобия
2.1.6. Воспроизведение различных структурных форм с применением
эквивалентных материалов
2.2. Деформационные свойства горных пород и толщ
2.2.1. Различия и изменчивость деформационных свойств горных пород и
толщ при разных значениях "внешних" параметров
2.2.2. Роль поровых и трещинных флюидов
2.2.3. Зависимость деформационных свойств геологических тел от их ранга
и размера (минералов, пород, слоистых толщ пород)
2.2.4. Влияние неоднородности и анизотропии строения тел на их
деформационные свойства
2.3. Неустойчивость пластической деформации однородной среды
2.3.1. Образование шеек и трещин отрыва при растяжении слоев
2.3.2. Складкообразование при сжатии слоев
2.3.3. Концентрация деформации во все более узкой зоне при сдвиге
2.3.4. Разрывообразование как предельный случай неустойчивости
пластической деформации
2.3.5. Энергетическая причина неустойчивости деформации
2.3.5. Усиление неустойчивости деформации в случае неоднородной среды
2.4. Влияние силы тяжести на тектонические деформации
2.4.1. Тектоническое течение, обусловленное силой тяжести
2.4.2. Инверсия плотности в земной коре, причины ее возникновения и ее
роль в тектонических деформациях
2.4.3. Критерий устойчивости Рэлея
2.4.4. Условия возникновения конвекции
2.4.5. Условия функционирования конвекции в линейной или
купольной формах
ГЛАВА 3. РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ
3.1. Особенности реконструкции деформаций и напряжений
3.1.1. Особенности реконструкции деформаций и напряжений
3.1.2. Значение количественной оценки деформаций горных пород и толщ
3.1.3. Специфика геологической среды, которую надо учитывать при
реконструкции деформаций и напряжений
3.1.4. Что такое стрейн-анализ
3.1.5. Некоторые определения
3.2. Природные индикаторы деформаций в земной коре: деформированные
объекты разного масштаба
3.2.1. Внутрислойные деформации
3.2.2. Деформации слоев горных пород
3.2.3. Деформации пачек слоев горных пород
3.2.4. Деформации слоистых толщ
3.2.5. Деформации массивов горных пород
3.3. Поля деформаций разного ранга
3.4. Приблизительная количественная оценка деформаций и напряжений
3.4.1. Понятие о стрейн-фациях ("тектонофациях") и полуколичественная
оценка деформаций
3.4.2. Понятие о стресс-фациях и качественная оценка величины напряжений
3.4.3. Количественная оценка величины напряжений в простейших случаях
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНЫЕ ПАРАГЕНЕЗЫ
4.1. Элементарные геодинамические обстановки
4.1.1. Комбинаторный анализ различных вариантов элементарных
геодинамических обстановок
4.1.2. Роль первоначально горизонтальной слоистости в принципиальном
различии элементарных геодинамических обстановок
4.1.3. Представление реальных геодинамических обстановок в земной коре
в виде сочетания элементарных обстановок
4.2. Структурные формы (элементы структурных парагенезов) в разных
элементарных геодинамических обстановках
4.2.1. Горизонтальное сжатие
4.2.2. Горизонтальное растяжение
4.2.3. Горизонтальный сдвиг в горизонтальной плоскости
4.2.4. Горизонтальный сдвиг в вертикальной плоскости
4.2.5. Вертикальный сдвиг
4.3. Пространственное сочетание элементарных геодинамических обстановок
и соответствующих им структурных парагенезов как результат
компенсационной организации тектонического течения в земной коре
4.3.1. Взаимная компенсация вертикальных и горизонтальных тектонических
движений
4.3.2. Компенсация (в шахматном порядке) горизонтального сжатия на
одних участках горизонтальным растяжением на соседних (по латерали и
вертикали) участках
4.3.3. Геодинамическая ячейка: координация компенсирующих друг друга
движений и деформаций вращением отдельных участков
4.3.4. Структурная ячейка как комплекс взаимно совместимых структурных
парагенезов
4.3.5. Две формы поверхностного горизонтального потока
4.4. Смена элементарных геодинамических обстановок и наложение
соответствующих им структурных парагенезов в процессе тектонического
течения
4.4.1. Координаты Эйлера для характеристики поступательного движения и
вращения и координаты Лагранжа для характеристики деформации
4.4.2. Роль поступательной компоненты тектонического течения в
перемещении элементарных объемов горных пород на участки с иной
геодинамической обстановкой
4.4.3. Роль вращательной компоненты тектонического течения в изменении
знака или направления деформации элементарного объема
4.4.4. Последовательное наложение разных структурных парагенезов и
проблема механизма их наложения
4.4.6. Моделирование на ЭВМ в компьютерном классе
ЧАСТЬ II
ТЕКТОНОФИЗИКА СТРУКТУРИРОВАННОЙ СРЕДЫ
ГЛАВА 5. ФИЗИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ДЕФОРМАЦИЙ СТРУКТУРНО-
НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
5.1. Атомно-молекулярный подход
5.1.1. Идеальный кристалл
5.1.2. Реальные кристаллические структуры
5.1.3. Механизмы пластичности кристаллов
5.1.4. Влияние внешних условий деформирования на пластичность кристаллов
5.2. Физическая мезомеханика структурно-неоднородных сред
5.2.1. Сущность мезомасштабного подхода к изучению свойств и деформаций
твердых тел
5.2.2. Релаксационный подход к изучению пластической деформации
5.2.3. Синергетический подход к изучению пластической деформации
ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ С УЧЕТОМ
НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
6.1. Новые подходы к моделированию геологической среды и протекающих в
ней динамических процессов
6.1.1. Роль неоднородности геологической среды в протекании
динамических процессов
6.1.2. О связных и разрывных деформациях
6.2. Экспериментальное изучение деформаций структурированных сред в
приложении к механизмам тектогенеза
6.2.1. Влияние исходных неоднородностей среды на структурный результат
деформаций
6.2.2. Роль структурных неоднородностей в процессах деформирования
6.3. Динамическая модель структурообразования в геологической среде
6.3.1. Структурные уровни деформаций геологической среды
6.3.2. Функциональные различия уровней геологических структур
6.3.3. Релаксационный подход к описанию тектонических деформаций
6.3.4. Взаимосвязь релаксации напряжений со структурными
неоднородностями геологической среды
ГЛАВА 7. МЕХАНИЗМЫ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ И ФОРМИРОВАНИЕ ПАРАГЕНЕЗОВ
СТРУКТУРНЫХ ФОРМ
7.1. Деформации уровня зерен и проблема микротекстур
7.2. Морфология плоскостных микротекстур
7.2.1.Межзерновой кливаж
7.2.2. Сланцеватость
7.2.3. Кливаж плойчатости
7.3. Генезис микротекстур
7.3.1. Механизм образования межзернового кливажа
7.3.2. Образование сланцеватости
7.3.3. Генезис кливажа плойчатости
7.4. Складчатые деформации
7.4.1. Некоторые особенности строения и деформирования геологической
среды на уровне слоев
7.4.2. Теоретические и экспериментальные исследования формирования
складок продольного изгиба
7.5. Разрывные нарушения
7.5.1. Природа тектонических разрывов
7.5.2. Причины и механизмы зарождения зон локализованной деформации
7.6. Механизмы формирования некоторых, наиболее широко
распространенных парагенезов разномасштабных структурных форм
7.6.1. Кливажные парагенезы
7.6.2. Кливажно-складчатые парагенезы
7.6.3. Структурные парагенезы блоковых деформаций
7.7. Деформационные объемные эффекты и связанные с ними парагенезы
структурных форм
7.7.1. Дилатансионные эффекты при механических испытаниях горных пород
7.7.2. Деформационные объемные эффекты в реальной геологической среде
7.7.3. Деформационно-химические парагенезы
7.7.4. Роль объемных эффектов в механизмах структурообразования
ГЛАВА 8. СКЛАДЧАТО-ПОКРОВНЫЕ ПАРАГЕНЕЗЫ
8.1. Понятие покровов (шарьяжей) и их классификация
8.2. Строение покровов-пластин и условия их образования
8.2.1. Характеристика комплексов, слагающих покровы-пластины, и
основные черты структуры
8.2.2. Условия формирования покровов-пластин
8.2.3. Структурные парагенезы складчато-покровных областей
8.2.4. Кинематика движения покровов-пластин
8.2.5. Складки в складчато-покровных областях
8.2.6. Шарьяжные системы
8.2.7. Структуры шарьяжного парагенеза в физических моделях
8.3. Кинематическое моделирование шарьяжей
8.3.1. Роль кинематического моделирования
8.3.2. Компьютерное моделирование
8.4. Проблема происхождения покровов
ЧАСТЬ III
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ОБСТАНОВКАХ И
ПОРОЖДЕННЫХ ИМИ СТРУКТУРНЫХ ПАРАГЕНЕЗАХ
ГЛАВА 9. ПАРАГЕНЕЗ РИФТОВЫХ ДОЛИН И ТРАНСФОРМНЫХ РАЗЛОМОВ
СРЕДИННО-ОКЕАНСКИХ ХРЕБТОВ КАК ПРИМЕР СОЧЕТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИКИ
СПЛОШНОЙ СРЕДЫ И МЕХАНИКИ СТРУКТУРИРОВАНОЙ СРЕДЫ
9.1. Кливаж
9.2. Трансформные разломы срединно-океанских хребтов
ГЛАВА 10. РАНГОВЫЙ АНАЛИЗ - ОБЩАЯ ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О
СТРУКТУРНЫХ ПАРАГЕНЕЗАХ
10.1. Термины, используемые в ранговом анализе структурных парагенезов
10.1.1. Геодинамические и структурные домены
10.1.2. Геодинамические и структурные ячейки
10.1.3. Геодинамические и структурные системы
10.2. Понятие о рангах геодинамических систем и соответствующих им
структурных систем
10.2.1. Иерархия конвективных геодинамических и структурных систем
10.2.2. Иерархия "неконвективных" геодинамических и структурных систем
10.2.3. Иерархическое чередование пластической и разрывной деформаций
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В ГЕОДИНАМИКУ ИЕРАРХИЧЕСКИ СОПОДЧИНЕННЫХ ГЕОСФЕР
11.1. Необходимость модернизации концепции тектоники литосферных плит
11.1.1. "Фиксизм" и "мобилизм".
11.1.2. Ограниченность концепции тектоники литосферных плит
11.1.3. Иерархия геосфер и толщ Земли как основа создания концепции
иерархической геодинамики
11.2. Надглобальная геодинамическая система 0-го ранга (ГС-0)
11.2.1. Западная и северная компоненты дрейфа континентов
11.2.2. Надглобальная геодинамическая система нулевого ранга (ГС-0)
11.2.3. Ячейка и домены ГС-0
11.3. Глобальная геодинамическая система 1-го ранга (ГС-1)
11.3.1. Тектоника литосферных плит как "претендент" на роль ГС-1
11.3.2. Двухъячейковая геодинамическая система 1-го ранга (ГС-1)
11.3.3. Интерференция геодинамических систем 0-го и 1-го рангов (ГС-0 и
ГС-1).
11.4. Субглобальная геодинамическая система 2-го ранга (ГС-2)
11.4.1. Плейт-тектоника и плюм-тектоника
11.4.2. Элементы плейт-тектоники как составные части геодинамической
системы 2-го ранга (ГС-2): спрединг
11.4.3. Элементы плейт-тектоники как составные части геодинамической
системы 2-го ранга (ГС-2): субдукция
11.4.4. Элементы плейт-тектоники как составные части геодинамической
системы 2-го ранга (ГС-2): коллизия
11.4.5. Интерференция геодинамических систем 1-го и 2-го рангов (ГС-1 и
ГС-2)
11.4.6. Возможное функционирование ГС-2 ниже верхней мантии
11.5. Надрегиональная геодинамическая система 3-го ранга (ГС-3).
11.5.1. Геодинамическая система 3-го ранга (ГС-3): купольная форма
конвекции
11.5.2. Геодинамическая система 3-го ранга (ГС-3): валиковая форма
конвекции
11.5.3. Интерференция геодинамических систем 2-го и 3-го рангов (ГС-2 и
ГС-3)
11.6. Региональная геодинамическая система 4-го ранга (ГС-4).
11.7. Геодинамический парагенез конвекции и адвекции в геосферах
разного ранга
11.7.1. Различная "судьба" терминов "конвекция" и "адвекция"
11.7.2. Отличие конвекции от адвекции
11.7.3. Адвекция в геодинамических системах (ГС) разного ранга
11.8. Перспективы развития концепции геодинамики иерархически
соподчиненных геосфер
11.8.1. Внеранговая "геодинамическая константа": отношение мощности
геодинамических систем к длительности геодинамических циклов разного
ранга
11.8.2. Положение континентов в иерархии геодинамических систем
11.8.3. Концепция нелинейности применительно к иерархической геодинамике
11.8.4. Иерархическая геодинамика и металлогения
Заключение. Современное
состояние и перспективы тектонофизики
Этапы развития тектонофизики
Современное состояние тектонофизики
Перспективы тектонофизики
Предметный указатель
Рекомендуемая литература
Приложение 1. Список
обозначений физических величин и некоторых символов
Приложение 2. Список формул (с
краткими пояснениями)
|
