О генезисе напряжений в коре островной дуги по результатам численного моделирования

Ребецкий Ю.Л., Погорелов В.В., Мягков Д.С., Ермаков В.А.


DOI: 10.31431/1816-5524-2018-3-39-54-73

Аннотация

Изучается механизм генерации напряжений в Японской островной дуге тихоокеанской активной континентальной окраины. Основой исследований являются результаты тектонофизической реконструкции природных напряжений и численное геомеханическое моделирование. Моделирование велось в двухмерной упруго-пластической постановке методом конечных разностей, основным исследуемым параметром являлась структура получаемого напряженного состояния (ориентации главных осей тензора напряжений и другие параметры физического состояния). Установлено, что давление со стороны тихоокеанской зоны спрединга формирует режим горизонтального сжатия как в коре океанского, так и в коре континентального склона. Режим нагружения, отвечающий мелкомасштабной конвекции в астеносфере, хоть и не дал полного соответствия данными о природных напряжениях, но все же давал распределения напряжений более приближенные к природным. Выполненные численные расчеты показали, что эрозионные процессы (эскарпогенез) существенно улучшают результаты в модели с мелкомасштабной конвекции
в астеносфере, формируя напряженное состояние наиболее, близкое к природному.

Ключевые слова

напряжения; островная дуга; литосфера; землетрясение; механизм нагружения

Полный текст:

PDF

Литература

Балакина Л.М. Общие закономерности в направлениях главных напряжений, действующих в очагах землетрясений Тихоокеанского сейсмического пояса // Известия АН СССР. Серия геофизическая. 1962. № 1. С. 1471−1483. [Balakina L.M. General regularities in the directions of the main stresses in the foci of earthquakes of the Pacific seismic belt // Izv. USSR Academy of Sciences. Ser. Geophysics. 1962. № 1. P. 1471−1483. (in Russian)].

Введенская А.В. К дискуссии по поводу теоретической модели очага землетрясения // Изв. АН СССР. Сер. геофизическая № 2. 1961. С. 261−263. [Vvedenskaya A.V. To the discussion about the theoretical model of the earthquake source // Izv. USSR Academy of Sciences. Ser. Geophysics. 1961. № 2. P. 261−263. (in Russian)].

Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 535 с. [Gzovsky M.V. Fundamentals of Tectonophysics. Moscow: Nauka, 1975. 535 p. (in Russian)].

Демин С.С., Никитин Л.В. Условия оживления сейсмогенности сдвиговых тектонических разломов // ДАН. 1991. Т. 321. № 5. С. 932−937. [Demin S.S., Nikitin L.V. Conditions of recovery of seismogenetic shear tectonic faults // Doklady Akademii nauk. 1991. V. 321. № 5. P. 932−937. (In Russian)].

Друккер Д., Прагер В. Механика грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. М.: Мир, 1975. С. 166−177.[Drucker D.C., Prager W. Soil Mechanics and plastic analysis or limit design // Mechanics. New in foreign science. Iss. 2. Determining the laws of soil mechanics. Moscow: Mir, 1975. P. 166−177. (in Russian)].

Ермаков В.А. Островные дуги и их роль в эволюции континентальной окраины (новый взгляд на известные факты) // Вулканология и сейсмология. 2005. № 5. С. 3−18. [Ermakov V.A. Island arcs and their role in the evolution of the continental margin (a new look at the known facts) // Vulkanalogiya I seismologiya. 2005. № 5. P. 3−18. (in Russian)].

Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 176 с. [Kostrov B.V. The Mechanics of the earthquake. M.: Nauka, 1975. 176 p. (in Russian)].

Лобковский Л.И., Баранов Б.В. Клавишная модель сильных землетрясений в островных дугах и активных континентальных окраинах // ДАН. 1984. Т. 275. № 4. С. 843−847. [Lobkovsky L.I., Baranov B.V. Keyboard model of large earthquakes in island arcs and active continental margins // Doklady Academii Nauk. 1984. V. 275. № 4. P. 843−847. (in Russian)].

Мягков С.Д., Ребецкий Ю.Л. Эволюция структуры течения и рельефа коры эпиплатформенных орогенов под воздействием мелкомасштабной астеносферной конвекции // Вестник КРАУНЦ. 2016. Вып. 29. № 1. С. 89−100. [Myagkov S.D., Rebetsky Yu.L. Evolution of flow structure and topography of EPI-platform orogenic crust under the influence of small-scale asthenospheric convection // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2016. № 1(29). P. 89−100. (in Russian)].

Николаевский В.Н. Механические свойства грунтов и теория пластичности // Механика твердых деформируемых тел. Т. 6. Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ АН СССР. 1972. С. 5−85. [Nikolayevsky V.N. Mechanical properties of soils and theory of plasticity // Mechanics of solid deformable bodies. V. 6. The results of science and technology. Moscow: VINITI, USSR Academy of Sciences. 1972. P. 5−85. (in Russian)].

Погорелов В.В., Конешов В.Н., Ребецкий Ю.Л. Численное моделирование напряжений западного фланга зондскойсубдукционной области // Вестник КРАУНЦ Науки о Земле. 2010. Вып. 16. № 2. С. 174−192. [Pogorelov V.V., Kenesov V.N., Rebetsky Yu.L. Numerical modeling of the stress of the Western flank of the Sundasubduction region // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2010. № 2(15). P. 174−192. (in Russian)].

Ребецкий Ю.Л. Механизм генерации тектонических напряжений в областях больших вертикальных движений // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 1. С. 66−73. [Rebetsky Yu.L. Mechanism of generation of tectonic stresses in the areas of large vertical movements // Fizicheskaya mezomekhanika. 2008. V. 11. № 1. P. 66−73. (in Russian)].

Ребецкий Ю.Л. Напряженно-деформированное состояние и механические свойства природных массивов по данным о механизмах очагов землетрясений и структурно-кинематическим характеристикам трещин // Автореф. дис. док. физ.мат. наук. М.: Изд. ОИФЗ, 2003. 56 с. [Rebetsky Yu.L. The stress-strain state and mechanical properties of natural massifs by data about mechanisms of the earthquakes and to structurally-kinematic characteristics of fractures // Avtoref. dis. dock. fiz. mat. nauk. Moscow: Izd. OIFZ, 2003. 56 p. (in Russian)].

Ребецкий Ю.Л. Напряженное состояние земной коры Курил и Камчатки перед Симуширскими землетрясениями // Тихоокеанская геология. 2009. Т. 28.№ 5. С. 70−84. [Rebetsky Yu.L. Stress state of the Earth’s crust of the Kurils Islands and Kamchatka before the Simushir earthquake // Russian Journal Pacific of Geology. 2009. V. 3. № 5. P. 477−490].

Ребецкий Ю.Л., Алексеев Р.С. Тектоническое поле современных напряжений Средней и Юго-Восточной Азии // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. Вып. 1. С. 257−290. [Rebetsky Yu.L., Alekseev R.S. The field of contemporary Tectonic stresses in Central and South-East Asia // Geodinamika i tektonofizika. 2014. V. 5. № 1. P. 257−290. (in Russian)].

Ребецкий Ю.Л., Маринин А.В. Поле тектонических напряжений до Суматра-Андаманского землетрясения 26.12.2004. Модель метастабильного состояния горных пород // Геология геофизика. 2006. Т. 47.№ 11. С. 1192−1206. [Rebetsky Yu.L., Marinin A.V. Preseismic stress field before Sumatra-Andaman earthquake of 26.12.2004. A model of metastable state of rocks // Russian Geology and Geophysics. 2006. V. 47. № 11. P. 1173−1185].

Ребецкий Ю.Л., Мягков Д.С. Обратные задачи геодинамики и роль ротационных инерционных сил (Ответ на работу А.В. Викулина «Проблема ротационных движений в геологии» // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. Вып. 30. № 2. С. 88−95. [Rebetsky Yu.L., Myagkov D.S. Inverse problems of geodynamics and the role of rotational inertial forces (the Response to the work of A.V. Vikulin, «The Problem of rotational movements in Geology» // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2016. 2(30). P. 88−95. (in Russian)].

Ребецкий Ю.Л., Полец А.Ю. Напряженное состояние литосферы Японии перед катастрофическим землетрясением Тохоку 11.03.2011 // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. Вып. 2. С. 469−506. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0137 [Rebetsky Yu.L., PoletsA.Yu. The state of stresses of the lithosphere in Japan before the catastrophic Tohoku earthquake of 11 march 2011 // Geodinamika i tektonofizika. 2014. V. 5. № 2. P. 469−506. (in Russian)].

Стефанов Ю.П. Некоторые особенности численного моделирования поведения упруго-хрупкопластичных материалов // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 3. С. 129−142.[Stephanov Yu.P. Some features of the numerical modeling of elastic-brittle-ductile materials // Fizicheskaya mezomekhanika. 2005. V. 8. № 3. P. 129−142. (in Russian)].

Хаин В.Е., Лимонов А.Ф. Региональная геотектоника. М.: МГУ, 2004. 270 с. [Khain V.E., Limonov A.F., Regional geotectonics. Moscow: MSU, 2004. 270 p. (in Russian)].

Шеменда А.И. Критерии подобия при механическом моделировании тектонических процессов // Геология и геофизика. 1983. №10. С. 10−19. [Shemenda A.I. Similarity criteria at mechanical modeling of tectonic processes // Geologiya i geofizika. 1983. №10. P. 10−19. (in Russian)].

Bott M.H.P. The mechanics of oblique slip faulting // Geologyof Magazin. 1959. № 96. P. 109−117.

Chiba K., Iio Y., Fukahata Y. Detailed stress fields in the focal region of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake-Implication for the distribution of moment release // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64. P. 1157−1165. https://doi.org/10.5047/eps.2012.07.008.

François T., Burov E., Agard P., Meyer B. Buildup of a dynamically supported orogenic plateau: Numerical modeling of the Zagros/Central Iran case study // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. V. 15. Iss. 6. 2014. P. 2632−2654. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.01.022.

Hardebeck J.L. Coseismic and postseismic stress rotations due to great subduction zone earthquake // Geophysical Researches Letters. 2012. V. 39. P. L21313. https://doi.org/10.1029/2012GL053438.

Hasegawa A., Yoshida K., Asano Y. et al. Change in stress field after the 2011 great Tohoku-Oki earthquake // Earth and Planetary Science Letters. 2012. V. 355−356. P. 231−243. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.08.042.

Horowitz D.H. Mathematical Modeling of Sediment Accumulation in Deltic System // Quantitative Techniques for Analysis of Sediments. Oxford. 1976. P. 105−119.

Gerbault M., Cembrano J., Mpodozis C. et al. Continental margin deformation along the Andean subduction zone: Thermo-mechanical models // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2009. V. 177. Iss. 3−4. P. 180−205.

Iwasaki T., Levin V., Nikulin A., Iidaka T. Constraints on the Moho in Japan and Kamchatka // Tectonophysics. 2013. V. 609. C. 184−201. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2012.11.023.

Kaus B.J.P., Steedman C., Becker T.W. From passive continental margin to mountain belt: Insights from analytical and numerical models and application to Taiwan // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2008. V. 171. Iss. 1−4. P. 235−251. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2008.06.015.

Lin W., Saito S., Sanada Y. et al. Principal horizontal stress orientations prior to the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki, Japan, earthquake in its source area // Gephysical Researches Letters. 2011. V. 38. P. L00G10. https://doi.org/10.1029/2011GL049097.

McKenzie Dan P. The relation between fault plane solutions for earthquakes and directions of the principal stresses // Bulletin of the Seismological of Society of America. 1969. V. 59. № 2. P. 591−601.

Nakamura Y., Kodaira S., Cook B.J. et al. Seismic imaging and velocity structure around the JFAST drill site in the Japan Trench: low Vp, high Vp/Vs in the transparent frontal prism // Earth, Planets and Space. 2014. V. 66. P. 121−132. https://doi.org/10.1186/1880-5981-66-121.

Nikolaeva K., Gerya T.V., Connolly J.A.D. Numerical modelling of crustal growth in intraoceanic volcanic arcs // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2008. V. 171. Iss. 1−4. P. 336-356. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2008.06.026.

Nishizawa А., Kaneda К., Oikawa М. Seismic structure of the northern end of the Ryukyu Trench subduction zone, southeast of Kyushu // Earth, Planets and Space. 2009. V. 61. P. 37−40.

Nugraha A.D., Mori J., Ohmi Sh. Thermal structure of the subduction zone in western Japan derived from seismic attenuation data // Geophysical Researches Letters. 2010. V. 37. P. L06310. https://doi.org/10.1029/2009GL041522.

Rebetsky Yu.L., Polets A.Yu., Zlobin T.K. The state of stress in the Earth’s crust along the northwestern flank of the Pacific seismic focal zone before the Tohoku earthquake of 11 March 2011 // Tectonophysics. 2016. V. 685. P. 60−76. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.07.016.

Wallace R.E. Geometry of shearing stress and relation to faulting // Journalof Geology. 1951. № 59. P. 18−130.

Wilkins M.L. Computer Simulation of Fracture // Lawrence Livermore Laboratory, Rept. UCRL-75246. 1972.

Wilson J.T. Did the Atlantic close and then re-open? // Nature. 1966. V. 211. P. 676−681.

Zoback M.L., Zoback M.D., Adams J. Global patterns of tectonic stress nature // Nature. 1989. V. 341. № 6240. P. 211−215.

Zobak M.L. First- and second modern pattern of stress in lithosphere: The World stress map project // JGR. 1992. V. 97. № B8. P. 11703−11728.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2018 Ребецкий Ю.Л., Погорелов В.В., Мягков Д.С., Ермаков В.А.

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

683006, Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9,
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН,
редакционная коллегия журнала «Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле»
Тел.: (4152) 202048
Fax: (4152) 297982
Email: vestnik@kscnet.ru
 ISSN PRINT: 1816-5524 
ISSN ONLINE: 1816-5532

© Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
© Редакция журнала «Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле»