Численное моделирование напряжений Западного фланга Зондской субдукционной области

Погорелов В.В., Конешов В.Н., Ребецкий Ю.Л.

Аннотация

В работе обсуждается проблема адекватного выбора параметров реологической модели геосреды и корректного учета влияния гравитационных сил на общее напряженное состояние. Показано, что учет упругой сжимаемости материала является одним из определяющих факторов для выполнения подобия между модельным и физическим объектом. Прочими важными вопросами постановки задачи численных экспериментов являются поведение материала после достижения предельного состояния, влияние флюидного давления, а также история деформирования и нагружения. Расчеты проводились методом конечного элемента, реализованном в программном комплексе UWay. Использовалась упруго-пластическая модели среды с критериями текучести Друккер – Прагера и Мизиса для двумерного профиля вкрест Западного фланга Зондской субдукционной области. Подбор параметров прочности в соответствии с результатами реконструкции природных напряжений по механизмам очагов землетрясений позволило выделить области локализации пластических деформаций, которые хорошо соотносятся с системами листрических разломов, существующими в исследуемом регионе. Установлено, что полученный результат устойчив к вариациям задания модельного движения океанической среды, и, следовательно, является результатом совокупного влияния истории нагружения и реологических свойств модели.

Ключевые слова

напряжения; упруго-пластическое деформирование; численное моделирование; тектонофизика

Полный текст:

PDF

Литература

Антипов А.А. Строение тектоносферы Зондской зоны субдукции на основе геофизических данных // Автореф. дисс. канд.геол.-мин. наук. М: МГУ, 2006. 32 с.

Власов А.Н., Мерзляков В.П. Усреднение деформационных и прочностных свойств в механике скальных пород. М.: из-во АСВ, 2009. 208 с.

Власов А.Н., Мнушкин М.Г., Яновский Ю.Г. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния волокнонаполненых полимерных композитов при нагружении вплоть до момента разрушения // Механика композитных материалов и конструкций. 1999. Т. 5. № 4. С. 167-184.

Гатинский Ю.Г., Рундквист Д.В., Владова Г.Л. и др. Зоны субдукции: действующие силы, геодинамические типы, сейсмичность и металлогения // Вестник ОГГГГН РАН. 2000. № 2 (12). http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/2-2000/subduction.htm.

Гзовский М.В. Основы тектонофизики // М.: Наука, 1975. 535 c.

Григорьев А.С., Волович И.М., Михайлова А.В., Ребецкий Ю.Л. Задача о кинематике и напряженном состоянии слоя в связи с анализом современных движений в платформенных областях // Известия АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 7. С. 38-54.

Гуревич Г.И. Об исходных предпосылках моделирования в тектонофизике // Труды ИФЗ АН СССР. 1959. № 2 (169). С. 75-144.

Гутерман В.Г. Механизм тектогенеза (по результатам тектонофизического моделирования). Киев: Наукова Думка, 1987. 172 с.

Ильюшин А.А. Пластичность. М.: Гос. техн. из-во, 1948. 375 с.

Киссин И.Г. Метаморфогенная дегидратация пород земной коры как фактор сейсмической активности // ДАН. 1996. Т. 351. № 5. С. 679-682.

Киссин И.Г. Флюиды в земной коре. Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.

Кременецкий А.А., Овчинников Л.Н., Нартикоев В.Д., Лапидус И.В. Комплекс геохимических и петрологических исследований глубоких и сверхглубоких скважин. Глубинные Исследования Недр в СССР // Докл. сов. геологов на XXVII сессии Междунар. Геологич. конгр. Л.: 1989, С. 212226.

Методы решения центральной вычислительной задачи гравиметрии, магнитометрии, геодезии и геоинформатики: сб. науч статей. М.: Изд. ИФЗ РАН, 2007. 221 с.

Михайлова А.В. Деформации и напряжения в слое над движущимися блоками фундамента (по результатам математического и физического моделирования) // Физика Земли. 2010. № 5. С. 70-76

Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Мир, 1969. Т. 2. 863 c.

Николаевский В.Н. Тензор напряжений и осреднение в механике сплошных сред // Прикл. мех. мат. 1975. Т. 39. Вып. 2. С. 374-379.

Николаевский В.Н. Граница Мохоровичича как предельная глубина хрупко-дилатансионного состояния горных пород // ДАН. 1979. Т. 249. № 4. С. 817-820.

Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М. Недра, 1996. 446 с.

Рамберг Х. Моделирование деформаций земной коры с применением центрифуги. М.: Мир, 1970. 224 с.

Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность горных массивов. М.: Академкнига, 2007. 406 с.

Ребецкий Ю.Л. О возможном механизме генерации в земной коре горизонтальных сжимающих напряжений // ДАН. 2008. Т. 423. № 4. С. 538-542.

Ребецкий Ю.Л. Напряжения и реология пород земной коры // Десятая Уральская молодежная научная школа по геофизики. Пермь: из-во Горного института УрО РАН, 2009. С. 258-279.

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.

Ребецкий Ю.Л., Михайлова А.В., Сим Л.А. Тектонофизическое моделирование структур сдвигания // Проблемы тектонофизики. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. 2008. М.: из-во ИФЗ РАН. С. 103-140.

Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде MSC.Visual NASTRAN для Windows. М.: из-во НТ Пресс, 2004. 552 с.

Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / под ред. Б.Е. Победри. М.: Мир, 1979. 392 с.

Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М.: Недра, 1992. 223 c.

Стоянов С.С. Механизм деформирования разрывных зон. М.: Недра, 1979. 144 с.

Страхов В.Н., Керимов И.А., Степанова И.Э. разработка теории и компьютерной технологии построения линейных аналитических аппроксимаций гравитационных и магнитных полей. М.: ИФЗ РАН, 2009. 254 c.

Терцаги К. Теория механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1961. 507 с.

Трубицын В.П. Уравнения тепловой конвекции для вязкой сжимаемой мантии Земли с фазовыми переходами // Физика Земли. 2008. № 12. С. 83-91.

Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. М.: из-во ДМК Пресс, 2001. 448 с

Экспериментальная тектоника в теоретической и прикладной геологии // Сб. научн. статей. М.: Наука, 1985. С. 50-62.

Bird P. Testing hypotheses on plate-driving mechanisms with global lithosphere model including topography, thermal structure, and faults // JGR 1998. V. 103. № B5. P. 10115-10129.

Bock Y., Prawirodirdjo L., Genrich J.F. et al. Crustal motion in Indonesia from Global Positioning System measurements // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № B8. P. 2367-2388.

Brace W.F. Volume changes during fracture and frictional sliding // A Rev. Pure and Applied geoph. 1978. V. 116. P. 603-614.

Burov E., Poliakov A. Erosion and rheology controls on synrift and postrift evolution: Verifying old and new ideas using a fully couped numerical model // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. № B8. P. 16461-16481.

Byerlee J.D. Brittle-ductile transition in rocks // J. Geophys. Res. 1968. V. 73, № 14. P. 47414750.

Byerlee J.D. Friction of Rocks // Pure and applied geophys. 1978. V. 116. P. 615-626.

Cande S.C., Kent D.V. Revised calibration of the geomagnetic polarity timescale for the late Cretaceous and Cenozoic // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 6093-6095

Carter N.L., Tsenn M.C. Flow properties of continental lithosphere // Tectоnophys. 1987. V. 136. P. 27-63.

Chlieh M., de Chabalier J.B., Ruegg J.C. et al. Crustal deformation and fault slip during the seismic cycle in the North Chile subduction zone, from GPS and InSAR observations // Geophys. J. Int. 2004. V. 158. P. 695-711.

Chlieh M., Avouac J-Ph., Hjorleifsdottir V. et al. Coseismic Slip and Afterslip of the Great Mw 9.15 Sumatra–Andaman Earthquake of 2004 // Bull. Seism. Soc. Am. 2007. V. 97. №. 1A. P. S152-S173.

Cloethingh S., Burov E. Thermomechanical structure of European continental lithosphere: contstraints from rheological profiles and EET estimates // Geophys. J. Int. 1996. V. 124. P. 695-723.

Curray, J. R., Moore D.G., Lawver L.A., et al. Tectonics of the Andaman Sea and Burma // Geol. Geophys. Invest. Cont. Mar. 1978. V. 29. P. 189-198.

Engdahl, E., Van der Hilst R., Buland R. Global teleseismic earthquake relocation with improved travel times and procedures for depth determination // Bull. Seism. Soc. Am. 1998. V. 88. P. 722-743.

Fitch T.J. Earthquake mechanisms and island arctectonics in the Indonesian-Philippine region // Bull.Seism.Soc.Am. 1970. V. 60. P. 565-591.

Fitch T.J. Plate convergence, transcurrent faults, and internal deformation adjacent to southeast Asia and the western Pacific // J. Geophys. Res. 1972. V. 77. P. 4432-4462.

Govers R., Wortel J.R., Cloethingh S.A.P.L, Stein C.A. Stress Magnitude estimates from earthquakes in oceanic plate interiors // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. № B8. P. 11749-11759.

Gradstein F.M., Agterberg F.P., Ogg J. et al. A Mesozoic time scale// J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 24051-24074.

Huchon P., Le Pichon X. Sunda Strait and Central Sumatra fault. // Geol. 1984. V. 12. №11. P. 668-672.

Kieckhefer R. M., Shor Jr. G.G., Curray J.R, Seismic refraction studies of the Sunda trench and forearc basin // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 863-889.

Kieckhefer R.M.; Moore G.F.; Emmel F.J. Crustal structure of the Sunda Forearc region west of central Sumatra from gravity data // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N.O B8. P. 7003-7012.

Kopp H., Klaeschen D., Flueh J. et al. Crustal structure of the Java margin from seismic wide-angle and multichanel refraction data // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. №. B2. P. 1029.

Lavier L.L., Buck W.R. Half graben versus large-offset low-angle normal fault: Importance of keeping cool during normal faulting // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, № B6. ETG 8.1-8.13.

McBride J.H., Karig D.E. Crustal structure of the outer Banda arc: new free-air gravity evidence // Tectonophys. 1987. V. 140. P. 265-273

Mercier J-C.C. Magnitude of the continental lithospheric stresses inferred from rheomorphic petrology // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. № B11. P. 6293-6303.

Mikhailov V.O., Tevelev A.V., Berzin R.G. et al. Constrants on the Neogen-Quaternary geodynamics of the Southern Urals: comparative study of neotectonic data and results of strength and strain modeling along the URSEIS profile // Geophys. Monograph. AGU, 2002. V. 132. P. 273-286.

Milsom J., Walker A. The Gravity Field of Sumatra. Geology of Sumatra // Geol. Soc. Mem. 2005. V. 31. P. 16-23.

Newcomb K., McCann W. Seismic history and seismotectonics of the Sunda arc // J. Geophys. Res.1987. V. 92. № B1. P. 421-439

Pauselli C., Federico C. Elastic modeling of the Alto Tiberian normal fault (central Italy): geometry and lithological stratification influences on the local stress field // Tectonophys. 2003. V. 374. P. 99-113.

Sibson R.H. Frictional constraints on thrust, wrench and normal faults // Nature. 1974. V. 249. № 5457. P. 542-544.

Sibson R.H. Implications of fault-valve behaviour for rupture nucleation and recurrence // Tectonophys. 1992. V. 211. P. 283-293.

Silver E.A., Reed D., McCaffrey R., Joyodiwiryo Y. Back arc thrusting in the Eastern Sobolev S.V., Petrunin A., Garfunkel Z., Babeyko A.Y. Thermo-mechanical model of Dead Sea Transform // Earth Plan. Sci. Lett. 2005. V. 238. P. 78-95.

Socquet, A., Vigny C., Chamot-Rooke N. et al. India and Sunda Plates motion and deformation along their boundary in Myanmar determined by GPS // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B05406.

Vlasov A.N., Yanovsky Yu.G., Mnushkin et al. Solving geomechanical problems with UWay FEM package // Computational Methods in Engineering and Science / Ed. V. P. Iu. Taylor & Francis, 2004. P. 453-461.

Vlasov A.N., Mnushkin M.G., Yanovsky, Yu.G. Objectoriented Approach in Programming of Finite Element Method // Proceedings of the Third International Conference on Advances of Computer Methods in Geotechnical and Geoenvironmental Engineering / Ed. S.A.Yufin, A.A. Balkema Publ. Co., 2000. P. 367-372.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2010 Погорелов В.В., Конешов В.Н., Ребецкий Ю.Л.

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»