Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Рис. 1. Типичные сколы Риделя (R и R') и трещины отрыва (T) в обстановке сдвига.

Рис. 2. (по [1], с сокращением). Модель возникновения полого падающих и круто падающих сейсмических очагов (толстые черные отрезки) на материковом склоне островной дуги. Белые стрелки - направление движения океанической плиты, черные стрелки - оси напряжения сжатия, односторонние черные стрелки - смещение крыльев действующей плоскости в очаге. В кружках слева показаны в укрупненном виде смещения в очагах землетрясений.

Введение. Как известно, сопряженные трещины или разрывы скалывания (в частном случае - сколы Риделя R и R' в обстановке сдвига) возникают симметрично относительно оси максимального сжатия σ₃ под углом ≤ 45° к этой оси. Трещины же отрыва или раздвиги возникают по нормали к оси максимального растяжения σ₁ (рис. 1). В настоящее время укрепилось мнение, что чаще всего в зонах сдвига доминируют сколы R, образующие небольшой угол с осью такой зоны.

В последнее время появились сведения о существенной роли R'-сколов в зонах субдукции, в которых сильные, но не-цунамигенные землетрясения чередуются во времени с сильными цунамигенными землетрясениями (рис. 2).

Постановка задачи. Наше исследование было направлено на выявление факторов, под влиянием которых в геодинамических обстановках сдвига преобладают в одних случаях синтетические сколы Риделя R (близко-параллельные плоскости сдвига), а в других случаях - антитетические сколы Риделя R' (близко-перпендикулярные плоскости сдвига).

Сдвиговые обстановки в широком смысле этого слова можно подразделить на два типа. Первая (рис. 3а) в аспекте развития в ней сколов Риделя изучена несравненно лучше, чем вторая (рис.3б). Первая обстановка многократно моделировалась и, главное, она исключает возникновение аномалий силы тяжести и компенсирующей эти аномалии изостазии.

Рис. 3. Геодинамические обстановки: а - горизонтального сдвига вдоль вертикальной плоскости ("сдвиговая" обстановка в геологическом смысле этого слова). б - горизонтального сдвига вдоль горизонтальной же плоскости ("надвиго-поддвиговая" обстановка в геологическом смысле).

Рис. 4. Выраженность сколов Риделя при простом сдвиге образца из влажной глины: а - мелкие примерно одинаково развитые сколы R и R'. Малая величина сдвига. б - отчетливое преобладание сколов R' при небольшом увеличении угла сдвига.

Сколы Риделя в обстановке горизонтального сдвига вдоль вертикальной плоскости (см. рис. 3а). Вначале формируются сколы обоих типов, но по мере дальнейшего сдвигания довольно скоро начинают резко преобладать R-сколы (рис. 4). Главный фактор такого преобладания - явление вращение этих трещин после их возникновения [2-4]. Конкретные количественные расчеты были произведены нами [5]. Роль вращения сколов была подтверждена.

В природе в сдвиговых зонах (типа рис. 3а) наблюдается сходная картина. Например, в нефтегазоносных структурах типа "пропеллера" в осадочном чехле Западно-Сибирской плиты главной структурной формой являются R-сколы в виде сбросо-сдвигов [6].

Представляется, что сколы Риделя формируются вначале как цепочки более мелких кулисообразно расположенных трещин отрыва, возникших под действием нормальных напряжений. И лишь в процессе дальнейшего сдвигания трещины отрыва объединяются в единый скол. Эта версия была уже высказана нами ранее и получила экспериментальное подтверждение [7].

Проведенные нами опыты показывают, что в такой относительно крупнозернистой среде, как песок, сколы Риделя образуются именно таким образом (рис. 5). Это хорошо видно невооруженным глазом [6]. В глинистых же породах, где размер частиц составляет сотые и тысячные доли миллиметра, этот процесс происходит в скрытом (микроскопическом) виде.

Рис. 5. Формирование сколов Риделя из трещин отрыва при простом сдвиге образца из песка: а - мелкие трещины отрыва, кулисообразно расположенные вдоль будущего скола Риделя R. Малая величина сдвига. б - трещины отрыва поворачиваются и объединяются в сколы Риделя R при увеличении угла сдвига.

Сколы Риделя в обстановке горизонтального сдвига вдоль горизонтальной плоскости (см. рис. 3б). Эксперименты показывают, что и в этой обстановке преобладают сколы R [6]. Однако, поскольку предполагается, что цунамигенные землетрясения обусловлены именно развитием сколов R' (рис. 2), следующим этапом нашего исследования было выявление влияния дополнительных факторов.

Одним из таких факторов является сила тяжести, которая в рассмотренной выше обстановке горизонтального сдвига вдоль вертикальной плоскости (характерной для зон сдвига, см. рис. 3а) вызывала только литостатическое давление. В интересующем же нас случае сама по себе сила тяжести должна препятствовать формированию крутопадающих сколов Риделя R' - взбросов поверхности океанского дна, вызывающих цунами.

Однако одно из проявлений силы тяжести - ее аномалия в зонах субдукции - потенциально способна вызвать противоположный эффект. Субдукция порождает на только "структурную пару" - глубоководный желоб и островную дугу, но и резкое нарушение гравитационного потенциала - отрицательную аномалию силы тяжести в области желоба и положительную аномалию в зоне дуги. Это нарушает изостатическое равновесие. Формирование же крутого скола - взброса, направленного со стороны желоба [8] (см. также рис. 2), восстанавливает это равновесие.

Намечается и возможное объяснение закономерного чередования цунамигенных и не-цунамигенных землетрясений, установленного в [1]. Здесь вероятно влияние того же изостатического фактора, когда очередной импульс субдукции, стимулирующей формирование пологого скола (см. рис. 2), одновременно способствует углублению глубоководного желоба и тем самым увеличению отрицательной аномалии силы тяжести. А формирование крутого скола (см. рис. 2) является ответной изостатической реакцией.

Не исключено, что открытые В.Н. Вадковским так называемые "сейсмические гвозди" - субвертикальные цепочки очагов слабых землетрясений в зонах субдукции [9] - являются цепочками трещин отрыва, последующее объединение которых в единый скол Риделя R' вызовет крупную вертикальную подвижку морского дна и последующее цунами.

Литература
1. Рогожин Е.А., Захарова А.И. Сейсмотектоника очаговых зон цунамигенных землетрясений // Геофизические исследования. 2006. Вып. 6. С. 3-12.
2. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука. 1975. 536 с.
3. Стоянов С. Механизм формирования разрывных зон. М.: Недра. 1977. 144 с.
4. Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Структуры разрушения в глубине зон сдвигания. Результаты тектонофизического моделирования // Проблемы тектонофизики. К сорокалетию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН / Под ред. Ю.Л. Ребецкого. М.: 2008. С. 103-140.
5. Рожин П.Н., Селезенева Н.Н. Различная эволюция сколов Риделя R и R' в связи с проблемой генезиса цунамигенных землетрясений // Современная тектонофизика. Методы и результаты. Под ред. Ю.Л. Ребецкого. М.: ИФЗ, 2009. С. 195-203.
6. Короновский Н.В., Гогоненков Г.Н., Гончаров М.А., Тимурзиев А.И., Фролова Н.С. Роль сдвига вдоль горизонтальной плоскости при формировании структур <пропеллерного> типа // Геотектоника. 2009. N 5. С. 50?64.
7. Гончаров М.А., Талицкий В.Г. Зарождаются ли <трещины скалывания> путем скалывания? // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1998. N 3. С. 18-22.
8. Балакина Л.М., Москвина А.Г. Цунамигенное землетрясение 1 апреля 1946 г. в архипелаге Лисьих островов (Алеутская островная дуга) // Физика Земли. 2010. N 6. С. 35-48.
9. Вадковский В.Н. Что происходит в окрестности сильных землетрясений Японии структурах // Области активного тектоногенеза в современной и древней истории Земли / Под ред. Ю.В. Карякина. Т. 1. М.: 2006. С. 70-72.