1. JGD
  2. Всі випуски
  3. 1(16), 2014
  4. Моделювання напружено-деформованого стану осадового комплексу автохтону в зоні динамічного впливу насувного клину

Моделювання напружено-деформованого стану осадового комплексу автохтону в зоні динамічного впливу насувного клину

JGD.
2014;
Випуск 16, Номер 1
: pp. 58-71
https://doi.org/10.23939/jgd2014.01.058
Надіслано: Травень 13, 2014
Автори:
  1. Л.М. Хом’як
  2. М. М. Хом’як
1
Львівський національний університет імені Івана Франка
2
Львівський національний університет імені Івана Франка

Мета. Комп’ютерне моделювання в межах механіки суцільних середовищ є потужним інструментом для отримання якісних та кількісних параметрів деформацій у геологічному середовищі. Мета роботи – дослідження полів напружень і деформацій осадового комплексу автохтону внаслідок переміщення насувного клину. Об’єктом є шарувата товща з різними геометричними та механічними параметрами, обмежена фундаментом палеобасейну та клином насуву, що її стискає, з урахуванням гравітаційних сил і сил тертя на контакті.Методика. Побудовано низку двовимірних скінченно-елементних моделей динамічного впливу клину насуву на автохтонну осадову товщу. Вони враховують шарувату будову, різні механічні властивості шарів, передачу тектонічного стиснення через механічний контакт з урахуванням тертя, морфологію поверхні розлому та залежність від швидкості деформування. Розраховано напружено-деформований стан гірських порід перед насувним клином. Для візуалізації використано методику комплексного аналізу інваріантів деформацій та напружень. Подано розподіли еквівалентних деформацій та напружень, усестороннього тиску, максимальних дотичних напружень, траєкторії напружень і лінії ковзання, що їх перетинають під кутом внутрішнього тертя, а також зони вірогідного тріщиноутворення, визначені за критерієм Байєрлі. Разом вони є найважливіші для геологічної інтерпретації.Результати. Вивчені на моделях поля напружень і деформацій дають підстави стверджувати, що кожне наступне насувне порушення в автохтоні виникало перед фронтальною структурою алохтону та мало первинно дугоподібну поверхню. Розміри насувних структур найбільше залежать від потужності осадової товщі та перешарування компетентних і некомпетентних шарів, меншою мірою – від швидкості насування.Наукова новизна. Наведено пояснення морфології, розмірів насувів та закономірностей розподілу полів напружень і деформацій всередині цих структур.Практична значущість. Виявлені закономірності механізму становлення насувів важливо враховувати для вирішення дискусійних питань тектонічного районування та структурної еволюції Українських Карпат, інтерпретації геофізичних даних про глибинні частини покривів та їхній параавтохтон, зокрема, у зв’язку з пошуками нафтогазоносних структур.

метод скінчених елементів
Українські Карпати
  1. Геологическое строение и горючие ископаемые Украинских Карпат / С.С. Круглов, В.В. Глуш­ко, В.А. Шакин и др. – М.: Недра, 1971. – 392 с.
  2. Гнилко О.М. Тектонічне районування Карпат у світлі терейнової тектоніки. Стаття 2. Флішові Карпати – давня акреційна призма / О.М. Гнилко // Геодинаміка. – 2012. – 1(12). – С. 67–78.
  3. Изучение геолого-геофизических материалов по Скибовой и Кросненской зонам Складчатых Карпат с целью выявления перспективных на нефть и газ объектов: отчет по теме за период 1988–1990 гг. / В.В. Глушко, В.В. Кузовенко, Л.П. Мышкин, В.Е. Шлапинский. – Львов, Тематическая партия, 1990. – 142 с. – (фонди ДП "Західукргеологія").
  4. Крупський Ю.З. Геодинамічні умови формування і нафтогазоносність Карпатського та Волино-Подільського регіонів України / Крупський Ю.З. – К. : УкрДГРІ, 2001. – 144 с.
  5. Кульчицький Я. Основні проблеми геологічної будови та пошуків корисних копалин Карпат­ського регіону / Я. Кульчицький, П. Лозиняк, М. Петрашкевич // Праці наукового това­риства ім. Шевченка: геологія, геофізика, хемія, біохемія, матеріялознавство, механіка матеріялів. – 1997. – Т. 1. – С. 25–45.
  6. Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность природных горных массивов / Ю.Л. Ребецкий. – М.: ИКЦ “Академкнига”, 2007. – 406 с.
  7. Ступка О.С. Тектоніка Українських Карпат – досягнення і проблеми / О.С. Ступка // Геологія і геохімія горючих копалин. – 2001. – № 2. – С. 27–37.
  8. Физические свойства минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах: справочник / М.П. Воларович, Е.И. Баюк, И.С. Томашевская, В.М. Добрынин. – [2-е изд.]. – М. : Недра, 1988. – 255 с.
  9. Фурман В.В. Методика комплексного аналізу деформацій та напружень скінченно-елементних моделей насувоутворення / В.В. Фурман, М.М. Хом’як, Л.М. Хом’як // Геодинаміка. – 2007. – 1(6). – С. 85–94.
  10. Хом’як Л.М. Насуви в геологічній еволюції Українських Карпат та динамічні умови їх формування за даними комп’ютерного моделювання. Автореф. дис. … канд. геол. наук. – Львів: ЛНУ імені Івана Франка. – 2010. – 21 с.
  11. Хом’як Л.М. Моделювання напружено-деформованого стану осадового комплексу в зоні субдукції та динамічні умови формування ранніх насувів Українських Карпат / Л.М. Хом’як, М.М. Хом’як // Геодинаміка. – 2013. – 1(14). – С. 142–153.
  12. Albertz M. Critical state finite element models of contractional fault-related folding: Part 2. Mechanical analysis / M. Albertz, P.F. Sanz // Tectonophysics. – 2012. – Vol. 576–577. – P. 150–170.
  13. Buiter S.J.H. A review of brittle compressional wedge models / Susanne J.H. Buiter // Tectonophysics. – 2012. – Vol. 530–531. – P. 1–17.
  14. Carter N.L. Flow properties of continental lithosphere / Carter N.L., Tsenn M.C. // Tectonophysics. – 1987. – Vol. 136. – P. 27–63
  15. Couzens-Schultz B. A. Stress determination in active thrust belts: An alternative leak-off pressure interpretation / Brent A. Couzens-Schultz , Alvin W. Chan // J. of Struct. Geol. – 2010. – Vol. 32. – P. 1061–1039.
  16. Dean S.L.Geometries of frontal fold and thrust belts: Insights from discrete element simulations / S.L. Dean, J.K. Morgan, T. Fournier // J. of Struct. Geol. – 2013. – Vol. 53. – P. 43–53.
  17. Evansa M. A. On the distribution of fluids in folds: A review of controlling factors and processes / Mark A. Evansa, Mark P. Fischer // J. of Struct. Geol. – 2012. – Vol. 44. – P. 2–24.
  18. Gerya T. Introduction to Numerical Geodynamic Modelling / Taras V. Gerya. – Cambridge University Press, 2010. – 358 p.
  19. Graya G. G. Overview of continuum and particle dynamics methods for mechanical modeling of contractional geologic structures / Gary G. Graya, Julia K. Morgan, Pablo F. Sanz // J. of Struct. Geol. – 2014. –Vol. 59. – P. 19–36.
  20. Henk A. Stress and fracture prediction in inverted half-graben structures / Henk A., Nemčok M. //J. of Struct. Geol. – 2008. –Vol. 30. – P. 81–97.
  21. Hydromechanical modelling of an excavation in an underground research laboratory with an elastoviscoplastic behaviour law and regularization by second gradient of dilation / Roland Plassarta, Roméo Fernandesb, Albert Girauda, Dashnor Hoxhac, François Laigled // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2013. – Vol. 58. – P. 23–33.
  22. Jarosinskia M. Mechanics of basin inversion: Finite element modelling of the Pannonian Basin System / M. Jarosinskia, F. Beekman, L. Matenco, S. Cloetingh // Tectonophysics. – 2011. – Vol. 502. – P. 121–145.
  23. Jing L. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering / Jing L. // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2003. –Vol. 40. – P. 283–353.
  24. Koehn D. Two-dimensional numerical modeling of fracturing and shear band development in glacier fronts / Daniel Koehn, Till Sachau // J. of Struct. Geol. – 2014. –Vol. 44. – P. 133–142.
  25. Nemčhok M. Thrustbelts. Structural architecture, thermal regime and petroleum systems / Nemchok M., Schamel S., Gayer R. – Cambridge University Press, 2005. – 541 p.
  26. Pospíšil L. Geophysical model of the Carpathian-Pannonian lithosphere. Geological and geophysical data analyses / Pospíšil L. and Nemčok M. – Lambert Academic Publishing, Saarbrucken, 2010. – 205 p.
  27. Ramsay J.G. The techniques of modern structural geology. Vol. 3. Applications of continuum mechanics in structural geology / Ramsay J.G., Lisle R.G. – Elsevier, 2000. – 701–1061 p.
  28. Simpson G. Mechanics of non-critical fold–thrust belts based on finite element models / Guy Simpson // Tectonophysics. – 2011. – Vol. 499. – P. 142–155.
  29. Smart K. J. Geomechanical modeling of stress and strain evolution during contractional fault-related folding / Kevin J. Smart, David A. Ferrill, Alan P. Morris, Ronald N. McGinnis // Tectonophysics. – 2012. – Vol. 576–577. – P. 171–196.
  30. Wissing S.B. Numerical models of Alpine-type cover nappes / Wissing S.B., Ellis S., Pfiffner O.A. // Tectonophysics. – 2003. – Vol. 367. – P. 145–172.