Электронный вариант доклада на XXXIII тектоническом совещании, 2000 г.

Н.В.Короновский, В.С.Захаров

КОЛЕБАНИЯ БЛОКОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ ЮЖНОГО КРАЯ СКИФСКОЙ ПЛИТЫ (СЕВЕРНОЕ ПРЕДКАВКАЗЬЕ), ВСВЯЗИ С ОБРАЗОВАНИЕМ ПЕРЕДОВЫХ ПРОГИБОВ

Материалы XXXIII тектонического совещания, М., Геос, 2000, с.232-235.

В пределах северного форланда складчатого сооружения Б.Кавказа находятся три передовых прогиба: Западно-Кубанский, Восточно-Кубанский и Терско-Каспийский (рис. 0).

Место этих прогибов нетрадиционно, т.к. "настоящие" передовые прогибы должны были бы находиться перед южным склоном Б.Кавказа, надвинутым на Куринскую и Рионскую межгорные впадины, аналоги истинных передовых прогибов. Почему северные прогибы возникли там, где их не должно быть? Горно-складчатое сооружение Б.Кавказа охватывает южный раздробленный край Скифской эпипалеозойской плиты, собственно складчатый альпийский комплекс (нижняя юра - верхний эоцен) и северную часть Закавказского массива (микроконтинента) ("История Большого Кавказа"). Абстрагируясь от деталей, общую картину взаимодействия двух жестких плит на этапе жесткой коллизии (поздний миоцен - антропоген) [1] можно изобразить так, как это представлено на рисунке 1. В процессе сближения южной и северной реологически хрупких плит по южному краю Скифской плиты возникла система диагональных сдвигов [2] затухающих в северном направлении и спровоцированных перемещением к северу Аравийской плиты.

Сдвиговые зоны, возникнув в плиоцене - антропогене в условиях субмеридионального сжатия, раздробили южную кромку Скифской плиты, вовлеченную в активные тектонические процессы при одновременном поддвиге к северу Закавказского микроконтинента (рис. 1).

При взаимодействии системы левых и правых сдвигов, раздробивших край плиты, возникали впадины, в обстановках присдвиговых растяжений. Они и явились ваннами передовых прогибов, образовавшихся как-бы 'не на своем месте'.

Подтверждение реальности этого процесса не только в имеющихся геологических данных, но и в проведенном математическом моделировании. Коллизионное горообразование объясняется развитием вязких течений в нижней коре, в результате которых происходит нагнетание материала к области коллизии, что приводит к утолщению коры [3]. При этом верхняя кора деформируется упругим образом, а затем, при достижении предела прочности, происходит ее хрупкое разрушение. Субвертикальные разломы раздробляют верхний коровый слой на отдельные блоки, которые будучи относительно слабо связанными друг с другом, в основном силами трения, 'плавают' на вязком основании - нижней коре, находясь в состоянии, близком к равновесию. Наименьшие размеры блоков (до 10 км) относятся к зоне наибольших напряжений, где сосредоточены основные деформации, т.е. к коллизионному поднятию.

В динамике таких блоков, помимо сил трения и плавучести, значительную роль играют силы упругости, возникающие при их изгибе. Область блоков, соответствующая области предгорных прогибов, отделяется разломами от орогена. Воздымающийся (вследствие нагнетания нижнекорового материала) ороген за счет сил трения передает свое вертикальное движение соседним с севера блокам. Они также начинают подниматься, однако из-за наличия набора блоков, образовавшихся вследствие сдвигов, а также из-за нелинейности сил трения, характер движения получается весьма сложным.

Рис. 3 Для исследования динамики поведения системы построим предельно упрощенную модель. Рассмотрим линейную цепочку N жестких блоков, имеющих массу mi (i - номер блока) плотности r1, плавающих в вязкой жидкости (вязкость h) плотностью r2 (r1<r2). Полагаем, что каждый блок прикреплен к пружине жесткостью ki (что соответствует упругости, характеризующей каждую 'клавишу'), таким образом, что в состоянии гидростатического равновесия пружина не растянута. (рис.3) Каждый блок соприкасается с соседними боковыми поверхностями , а сцепление обеспечивается силой трения. Все блоки соприкасаются и взаимодействуют силами трения с одним общим ведущим блоком, соответствующему воздымающемуся горному сооружению, который двигается вертикально со скоростью Uo. Динамика каждого блока определяется балансом действующих на него силы тяжести, силы Архимеда, силы упругости, сил трения со стороны соседних и ведущего блоков, силы вязкого сопротивления. Уравнения, описывающее движение блоков имеют вид: mi xi// = - ki xi + FAi - mi g - Fi - Fi-1 - Fi+1 - C vi , где xi - вертикальное смещение i-го блока (i = 1,:,N) относительно положения равновесия, vi - его скорость, C - коэффициент вязкого сопротивления, FAi - архимедова сила, Fi , Fi-1, Fi+1 - силы 'сухого' трения, действующие со стороны ведущего блока, левого и правого соседей соответственно, двумя штрихами обозначена вторая производная по времени. Рис. 4 Сила сухого трения является нелинейной функцией относительной скорости смещения поверхностей взаимодействующих блоков. Рассмотрен реалистический закон трения, в котором 'трения покоя' (при нулевой относительной скорости) больше 'трения движения'. (рис.4) В результате численного решения системы получены функции изменения координат и скорости для каждого из блоков с течением времени. На рисунке 5 представлены результаты расчетов для системы 9 блоков. Поведение отдельных блоков обнаруживает колебания вокруг одного, двух, иногда трех положений равновесия, перескоки между которыми разделены различными промежутками времени. В целом в поведении системы, при абсолютно точном задании всех параметров, обнаруживаются элементы хаоса (детерминированный хаос). Сходная по виду картина наблюдается и при некотором разбросе параметров. Однако любое малое изменение параметров скорости и трения приводит к тому, что поведение каждого блока может измениться (т.е. моменты 'перескоков' становятся другими), но при этом сохраняется общий режим. Таким образом, построена модель поведения блоковой системы, отдельные элементы которой связаны силами трения (нелинейными). В такой системе отдельные блоки, участвуя в общем процессе переработки поступающей энергии, могут вести себя относительно независимо, соседние блоки могут участвовать в 'перескоках' и в одинаковом, и в противоположных направлениях: один двигается вверх, другой вниз. Данная модель объясняет некоторые аспекты заложения и эволюции Северокавказских предгорных прогибов. Посмотреть динамику системы (анимационный GIF-файл, 285 Kb) Литература 1. Короновский Н.В., Демина Л.И. Коллизионный этап развития кавказского сектора альпийского складчатого пояса: геодинамика и магматизм. // Геотектоника. 1999. ?2. С.17-35. 2. Расцветаев Л.М. Сдвиги и альпийская геодинамика Кавказского региона. // Геодинамика Кавказа. М.: Наука. 1989. С.109-112. 3. Захаров В. С. Тепловой режим и динамика коллизионной зоны: результаты моделирования. Вестник МГУ. Сер. Геология. 1999. ?2. С.18-23. Page design: їВ.С.Захаров E-mail: zakharov@dynamo.geol.msu.ru Лицевая страничка Кафедральная страничка Факультетская страничка