В зонах растяжения и сжатия сопоставить деформации маркеров с РДС сложнее, так как заранее трудно определить область зоны, в пределах которой сформируется магистральный сместитель, чтобы установить маркер по центру. Анализ удлинения маркера, наиболее близко расположенного к магистральному шву зоны растяжения, также позволяет выявить состояния предразрушения (рис. 7). В такие моменты скорость деформации - смещение за единицу времени - заметно снижается с последующим возрастанием, что наблюдается на 573, 720 и 960 секундах эксперимента. При этом величина периодов образования особых состояний в среднем составляет ~ 200 секунд.
Обсуждение полученных результатов
Основные закономерности деформационного процесса в моделях помогают нам составить самые общие представления о процессах структурообразования в зонах разломов в природе. Несомненно, разломообразование в гетерогенной геологической среде при изменчивой геодинамической активности намного сложнее и многообразнее по сравнению с однородными моделями, деформируемыми с постоянной скоростью. Тем не менее многие экспериментально выявленные закономерности в том или ином виде проявляются и в природе.
Рис. 5. Динамика изменения количественных параметров в зоне сдвига.
А - угол между направлением длинной оси эллипса-маркера и простиранием зоны, Б - размер длинной оси эллипса-маркера, В-плотность разрывов в центральной части зоны
Рис. 6. Динамика изменения длинной оси эллипса-маркера в зоне растяжения
Проведенное моделирование показало, что структурные перестройки, сопровождающиеся быстрым усложнением сети разрывов, происходят в разломной зоне регулярно и могут быть «предсказаны». При равномерной скорости деформирования в зонах крупных разломов литосферы каждые 2 или 4 млн лет (согласно расчетам по теории подобия) должны возникать особые динамические состояния с формированием разрывных диссипативных структур. Масштабно-иерархическое строение внутриразломных систем разрывов предполагает возникновение в зонах разломов РДС разных масштабов и с разной периодичностью. При этом соотношение масштаба и периодичности должно быть близким к закону Гутенберга - Рихтера. Так, самые значительные деформации наблюдаются через наиболее продолжительный период времени и, по-видимому, генерируются всей зоной. Разрывные диссипативные структуры, формирующиеся перед этим событием, охватывают всю зону. В пределах сегментов зоны деформации характеризуются меньшими величинами, а РДС образуются чаще. Последние маркируют в моделях состояния предразрушения. Дальнейшее исследование выявленных закономерностей может представлять интерес для прогноза землетрясений.
Кроме того, установленная специфика формирования зон крупных разломов может быть причиной периодичности магматических образований. Так, в работе Н.Л. Добрецова [7] показано, что периодичность вулканических извержений от сотен тысяч до миллионов лет обусловлена перестройками в зонах спрединга и субдукции. С магматическими породами часто связаны месторождения полезных ископаемых. Существует многочисленная группа месторождений в зонах крупных разломов земной коры [5; 12], оруденение в пределах которых связано с особенностями внутренней структуры разрывных нарушений. Также в работе [5] отмечено вероятное влияние временной неравномерности формирования внутренней структуры дизъюнкти - вов на распространение в их зонах месторождений, косвенным подтверждением которого являются значительные различия проявлений магматизма и оруденения в разломных зонах разных стадий развития. Результаты проведенного моделирования дополняют известные представления о неравномерности процесса разломообразования, в связи с чем могут быть полезными при изучении структур рудных полей и месторождений, особенно с полициклическим развитием оруденения.
Заключение
Известная динамика формирования крупных разломов дополнена выявленной периодичностью образования в моделях особых состояний предразрушения. В эти моменты формируются разрывные диссипативные структуры. Последние, по-видимому, являются разноранговыми. Выявлена периодичность формирования разрывных диссипативных структур наибольшего ранга, охватывающих всю разломную зону. Период их образования составляет 200 секунд при сжатии и растяжении и 240 секунд в условиях простого сдвига. В пределах локального участка зоны простого сдвига намечается дополнительно интервал с меньшим периодом формирования разрывных диссипативных структур, составляющим 120 секунд. В соответствии с теорией подобия в природе подобные структуры должны формироваться каждые 2 или 4 млн лет. Выявленные закономерности требуют дальнейшего изучения, так как имеют практические следствия.
В частности, энергия сейсмического события корреспондирует с длиной образовавшегося или активизировавшегося разлома, в связи с чем вероятен прогноз сильных событий на основе анализа графиков повторяемости землетрясений. Для прогноза сильнейших землетрясений необходим анализ сейсмичности в пределах всей зоны и за наиболее продолжительный период времени. Сейсмические события с меньшей магнитудой должны генерироваться сегментами зоны, системами разломов или отдельными разломами. Они происходят чаще, но в меньших по размерам объемах земной коры. Для выявления особых состояний предразрушения необходимо при анализе графиков повторяемости учитывать землетрясения, вызванные формированием зоны соответствующего ранга, и за определенный период времени.
Другое прикладное значение выявленных закономерностей связано с изучением структур рудных полей и месторождений полезных ископаемых. Как показало физическое моделирование, формирование зоны разлома является периодическим процессом, в ходе которого возможны благоприятные условия для внедрения магмы и рудоотложения. С подобным процессом в природе могут быть связаны фазы или этапы оруденения, наблюдаемые через фиксированные промежутки времени.
Список литературы
1. Борняков С.А. Стадии развития сдвиговой зоны и их отражение в соотношениях амплитуд смещения с длинами разрывов / С.А. Борняков, С.И. Шерман // Геология и геофизика. - 2003. - Т. 44. - №7. - С. 712-718.
2. Борняков С.А. Диссипативные структуры зон разломов и критерии их диагностики (по результатам физического моделирования) / С.А. Борняков, В.А. Брусков, А.В. Черемных // Геология и геофизика. - 2008. - Т. 49. - №2. - С. 179-187.
3. Борняков С.А. Диссипативные процессы в зонах разломов (по результатам физического моделирования) / С.А. Борняков, Н.В. Семенова // Геология и геофизика. - 2011. - Т. 52. - №6. - С. 862-870.
4. Борняков С.А. Многоуровневая самоорганизация деструктивного процесса в сдвиговой зоне (по результатам физического моделирования) / С.А. Борняков, С.И. Шерман // Физ. мезомеханика. - 2000. - Т. 3. - №4. - С. 107-115.
5. Внутренняя структура континентальных разломных зон: прикладной аспект / К.Ж. Семинский [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал «ГЕО», 2005. - 293 с.
6. Динамика формирования генеральных разломов в зонах растяжения литосферы (результаты физического моделирования) / С.И. Шерман [и др.] // Физ. мезомеханика. - 2002 Т. 5, №2. - С. 79-86.
7. Добрецов Н.Л. О периодичности и разномасштабных факторах вулканических извержений // Геология и геофизика. - 2015. - Т. 56. - №12. - С. 2107-2117.
8. Закономерности развития систем разрывов в деструктивных зонах литосферы (результаты физического моделирования) / А.В. Черемных [и др.] // Фракталы и прикладная синергетика: Тр. ФиПС-03 / под ред. В.С. Ивановой, В.У. Новикова. - М. 2002 - С. 94-98.
9. Разломообразование в литосфере: зоны сдвига / С.И. Шерман [и др.]. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1991. - 262 с.
10. Разломообразование в литосфере: зоны растяжения / С.И. Шерман [и др.]. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1992. - 228 с.
11. Разломообразование в литосфере: зоны сжатия / С.И. Шерман [и др.]. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1994. - 263 с.
12. Семинский Ж.В. Тектонофизический анализ обстановок локализации рудных полей и месторождений в разломных зонах земной коры / Ж.В. Семинский, К.Ж. Семинский // Геология рудных месторождений. - 2004. - №6. - С. 695-708.
13. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разрывных зон: тектонофизический аспект / К.Ж. Семинский. - Новосибирск: ГЕО, - 2003. - 244 с.
14. Тарасова А.А. Экспериментальное исследование закономерностей пространственно-временной активизации разломов в деструктивных зонах литосферы / А.А. Тарасова, С.А. Борняков // Изв. ИГУ. Сер. Науки о Земле. - 2014. - Т. 9. - С. 118131.
15. Черемных А.В. Динамика роста разломов зон растяжения литосферы (результаты моделирования) // Тектоника неогея: общие и региональные аспекты: материалы 34-го Тектон. совещания. - М., - 2001. - Т. 2. - С. 290-294.
16. Шерман С.И. Физический эксперимент в тектонике и теория подобия // Геология и геофизика. - 1984. - №3. - С. 8-18.
17. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature / B.B. Mandelbrot. - N.Y.: Freeman, 1982. - 121 p.
References
1. Bomyakov S.A., Sherman S.I. Multilevel self-organization of destruction in a shear гone (data of physical modeling). Physical Mesomechanics. [Fizicheskaja mezomehanika], 2000, vol. 3, no. 4, pp. 107-115 (in Russian).
2. Bornyakov S.A., Sherman S.I. Multistage evolution of strike-slip faults reflected in their displacement-fault length relationship (tectonophysical modeling). Geologija i geof^ika [Geology and Geophysics], 2003, vol. 44, no. 7, pp. 712-718 (in Russian).
3. Bornyakov S.A., Truskov V.A., Cheremnykh A.V. Dissipative structures in fault гones and their diagnostic criteria (from physical modeling data). Geologija i geof^ika [Geology and Geophysics], 2008, vol. 49, no. 2, pp. 138-143 (in Russian).
4. Bornyakov S.A., Semenova N.V. Dissipative processes in fault zones (based on physical modeling results). Geologija i geofrnka [Geology and Geophysics], 2011, vol. 52, no 6, pp. 862-870 (in Russian).
5. Dobretsov N.L. Periodicity and driving forces of volcanism. Geologija i geof^ika [Geology and Geophysics], 2015, vol. 56, no. 12, pp. 1663-1670 (in Russian).
6. Sherman S.I., Seminsky K. Zh., Bornyakov S.A. et al. Raгlomoobraгovanie v li - tosfere: гony sdviga [Faulting in the lithosphere. Wrench fault zones]. Novosibirsk, Nauka, 1991. 262 p.
7. Sherman S.I., Seminsky K. Zh., Bomyakov S.A. et al. Razlomoobrazovanie v li - tosfere: zony rastjazhenija [Faulting in the lithosphere. Extensional zones]. Novosibirsk, Nau - ka, 1992. 228 p.
8. Sherman S.I., Seminsky K. Zh., Bornyakov S.A. et al. Razlomoobrazovanie v li - tosfere: го^ sгhatija [Faulting in the lithosphere. Compressional zones]. Novosibirsk, Nauka, 1994. 263 p.
9. Seminskii Zh.V., Seminskii K. Zh. Tectonophysical analysis of environments for localization of ore fields and deposits in fault zones of the earth's crust. Geologija rudnyh mes - torozhdenij [Geology of Ore Deposits], 2004, vol. 46, no. 4, pp. 252-262 (in Russian).
10. Seminsky K. Zh. Vnutrennjaja struktura kontinental'nyh razryvnyh zon: tektonofizi - cheskij aspect [Internal structure of continental fault гones: tectonophysical aspect]. Novosibirsk, GEO, 2003. 244 p.
11. Seminsky K. Zh., Gladkov A.S., Lunina O.V. et al. Vnutrennjaja struktura kontinental'nyh razlomnyh zon: prikladnoj aspekt [Internal structure of continental fault гones: applid aspect]. Novosibirsk, Geo, 2005. 293 p.
12. Tarasova A.A., Bornyakov S.A. Experimental study of regularities space and temporal fault activation in destructive zones of shear. Izvestiya IGU. Ser. «Nauki o Zemle». The Bulletin of Irkutsk State University. Series «Earth Sciences», 2014, vol. 9, pp. 118-131 (in Russian).
13. Cheremnykh A.V. Dynamics of fault zones stretching of the lithosphere (modeling results). Tektonika neogeja: obshhie i regional'nye aspekty [Neogea tectonics: General and regional aspects]. Moscow, 2001, vol. 2, pp. 290-294 (in Russian).
14. Cheremnykh A.V., Bornyakov S.A., Gladkov A.S. et al. Regularities of formation of the ruptures systems in the destructive гones of the lithosphere (physical modeling results). Fraktaly iprikladnaja sinergetika [Fractals and applied synergetics]. Moscow, 2003, pp, 94-98 (in Russian).
15. Sherman S.I. The physical experiment in the tectonics and the similarity theory. Ge - ologiia i geofizika [Geology and Geophysics], 1984, no. 3, pp. 8-18 (in Russian).
16. Sherman S.I., Cheremnykh A.V., Bornyakov S.A. et al. Dynamics of major faulting in extension гones of the lithosphere (Physical modeling results). Fizicheskaja mezomehanika [Physical Mesomechanics], 2002, vol. 5, no. 2, pp. 73-79 (in Russian).
17. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature. N. Y, 1982, 121 p.