Курс лекций "Тектонические напряжения"

Лекция 1. / Ю.Л. Ребецкий/ Вопросы тектонофизики.

Объект исследований и теоретические вопросы тектонофизики. Методы тектонофизики в решении фундаментальных и прикладных задач. Главные прямые и обратные задачи тектонофизики: теория механизмов формирования тектоники геологических объектов земной коры; реконструкция – инверсия природных напряжений в земной коре из данных о трещинах и разрывах; физическое и геомеханическое моделирование. Тектонические напряжения – определения и главные методические направления.

Лекция 2. / Ю.Л. Ребецкий/  Природное напряженно-деформированное состояние геологических объектов земной коры, основные подходы в оценке его параметров.

Напряжения и деформации в геологических объектах, проблемы идентификации. Методы изучения: in-situ, геодезии, сейсмологии, геомеханики, структурной геологии, тектонофизики. Основы тектонофизического изучения природных напряжений. Реконструкция природных напряжений по данным о разрывных смещениях – обратная задача тектонофизики.

Лекция 3. / Ю.Л. Ребецкий/ Термины механики и геомеханический базис тектонофизики.

Напряжения и деформации – основные положения и соотношения механики. Диаграмма Мора и возможности ее интерпретации в приложении к проблемам тектонофизики. Терминология механики, развиваемая в приложении к проблемам геодинамики, сейсмологии и прикладным задачам горного дела. Основные параметры напряжений, используемые в геологии, горном деле, сейсмологии и геофизике – примеры их изображения. Трещинное течение – катакластические или псевдопластические деформации. Механические свойства  и реологические модели для литосферы и мантии.

Лекция 4. Методы тектонофизической реконструкции природных напряжений.

Лекция 5. / А.В. Маринин/ Структурно-геологические и полевые тектонофизические исследования при палеостресс-реконструкции.

Методы структурной геологии и тектонофизики в определении действующих сил и геодинамических обстановок геологического прошлого. Строение зон разрывных нарушений глобального, регионального и локального уровня. Структурные рисунки дизъюнктивных и пликативных деформаций на картах и диаграммах. Способы полевой документации геологических индикаторов разрывных смещений. Примеры реконструкции тектонических напряжений по данным о геологических индикаторах.

Лекция 7. Теоретический базис и алгоритмы метода катакластического анализа разрывных смещений (МКА). Теория МКА и основные этапы оценки параметров тензора напряжений и сейсмотектонических деформаций. Принципы механики хрупкого разрушения и пластического деформирования, лежащие в основе МКА. Понятие о нормированной и редуцированной диаграммах Мора. О масштабе усреднения напряжений в МКА. Подготовка данных и вопросы создания однородных выборок индикаторов разрывных смещений в приложении к проблемам изучения современных и палеонапряжений. Возможности мониторинга во времени современного напряженного состояния и разделения фаз деформирования для палеонапряжений. О возможности оценки коэффициента внутреннего трения массивов горных пород на диаграмме Мора. Процедуры расчета относительных компонент тензора напряжений на диаграмме Мора, опирающиеся на лабораторные эксперименты по разрушению образцов горных пород. Масштабный фактор в проблеме реконструкции природных напряжений. Динамические параметры землетрясений – источник данных для оценки величин напряжений и усредненной прочности сцепления массивов горных пород. О возможности оценки величины тектонического изотропного давления и давления флюида в трещинно-поровом пространстве на основе подхода Р.Сибсона и на основе уравнения сохранения вертикального импульса сил. Особенности нормированных и полных величин напряжений по данным геологических индикаторов разрывных смещений. Уравнения равновесия (движения) в приложении к проблемам инверсии напряжений.

Лекция 8. Алгоритм компьютерных программ STRESSseism и STRESSgeol, исходные – входные файлы данных, интерфейс программ, результаты расчетов в выходных файлах. Визуализации данных о напряженном состоянии в ГИС (географическая информационная система), вспомогательные программы для изображения сейсмологических данных и параметров напряжений в ARC View. Интернет-ресурс «Тектонические напряжения», возможности использования, перспективы развития.

Лекция 9. Результаты тектонофизической реконструкции природных коровых напряжений по сейсмологическим индикаторам разрывных деформаций. Примеры результатов инверсии  напряжений из сейсмологических данных о механизмах очагов землетрясений на основе МКА. Карты ориентации осей главных напряжений, нормированных величин девиаторной и шаровой компонент тензора напряжений. Внутриконтинентальные орогены: Алтае-Саяны, Тянь-Шан, Высокая Азия (Тибет, Гималаи, Памир, Гиндукуш), Китайская платформа, Кавказ, Анатолия и Загрос. Активные континентальные окраины: Курило-Камчатка, Япония, Ю.Америка, Западный фланг Зондской дуги, Восточное Средиземноморье, зона разлома Сан-Андреас. Внутриконтинентальные рифты: Байкал. Глобальное поле тектонических напряжений. Основные закономерности и их следствия в геодинамике.

Лекция 10. Генезис напряжений в коре и литосфере. Строение коры и мантии (современные данные). Напряженное состояние, обусловленное силой тяжести, наличие упругих и псевдопластических зон деформирования внутри литосферы. О влиянии вращения Земли на напряженное состояние литосферы. Потенциал силы тяжести и массовые силы в литосфере. Роль изостазии и поверхностных экзогенных процессов на характер внутрилитосферного течения и напряжений (по результатам математического и физического моделирования). Учет влияния разного типа остаточных напряжений в коре и их роль в опасных процессах в шахтах, карьерах и скважинах. О напряжениях в коре, возникающих из-за мелкомасштабной конвекции в астеносфере (по результатам математического моделирования). Внутрикоровое течение в тектонической динамо-паре “поднятие – впадина”. Соотношение напряжений в континентальной коре орогенов и для континентальных окраин. Напряжения в литосфере в рамках проблемы общемантийной термо-гравитационной конвекции (по результатам работ по численному моделированию). Скатертная тектоника в верхней мантии и данные сейсмотомографии.

Лекция 11. Особенности напряженного состояния и генезиса разрывов и складок земной коры. Типизация разломов и разломно-блоковое строение земной коры. Взаимосвязь напряжений и деформации горизонтального сжатия, растяжения и сдвига. Напряженное состояние в окрестности одиночных трещин, разрывов и их систем по результатам математического и физического моделирования. Связь напряжений в окрестности разлома и типов вторичных структур разрушения. Разрывы земной коры и методы тектонофизики в поиске областей повышенной пористости. Физические процессы в теле разлома. Структура систем трещин разрывов в зоне сдвигания. Механизмы формирования складок продольного и поперечного изгиба, типы складок. Физическое моделирование складок, их напряженное состояние и сопутствующие структуры разрушения. Проблема идентификации генезиса складок и прогноз коллекторов. Напряжения и деформации осадочного чехла над активным разломом кристаллического фундамента по результатам физического и математического моделирования (взброс, сброс, содвиг, раздвиг и др.). Зона горизонтального сдвигания – результаты математического и физического моделирования. Простой и чистый сдвиг. Роль силы тяжести, процессов эрозии и осадконакопления в характере деформирования чехла осадочных бассейнов.

Лекция 12. Тектонофизические методы поиска коллекторов и резервуаров в связи с проблемами рудной геологии и нефтегазоносных месторождений. Взаимосвязь вопросов геомеханической и тектонофизической моделей месторождения. Методы оценки параметров напряженного состояния в скважинном пространстве. Данные 3D сейсмики и микросейсмы гидроразрыва пласта – источник данных о напряжениях. Методы интерпретации и получения данных о напряжениях, пример реконструкции напряжений для месторождения Барент (США). Поле ориентации главных осей, области повышенного и пониженного тектонического давления, прогноз ориентации создаваемых макротрешин, выделение активных разломов и флюидопроводящих трещин. Прогноз областей повышенных коллекторских свойств по данным о напряжениях и разрывной тектонике месторождения, методика Л.А.Сим по выделению секторов сжатия и растяжения, оценка величин напряжений в СГМ. Устойчивость скважин в процессе бурения, тектонофизика в решении проблемы расчета оптимального давления буровой жидкости. Дальнодействующее влияние давления в скважине на напряженное состояние заскважинного массива.

Лекция 13. Тектонофизика в решении проблем сейсмических и геологических опасностей. Идеи Рэйда и Рихтера в проблеме достижения критического состояния в геологическом объекте. О механизмах диссипации упругой энергии в геологической среде: стандартные, тихие, медленные землетрясения и др. явления. Современное состояние проблемы прогноза землетрясений. Закономерности распределения напряжений в областях подготовки мегаземлетрясений переходных зон. Современная геомеханика разломов. О метастабильном состоянии зон разломов крупных землетрясений переходных зон. Тектонофизика в районировании коры и разломов по интенсивности кулоновых напряжений. Пассивные, активные и опасные участки разломов. Закономерности хрупкого, квазихрупкого и псевдопластического деформирования и диаграмма Мора.

Лекция 14. Новые идеи в проблеме генезиса напряжений в литосфере и тектонике литосферных плит. Новые данные о строении и состоянии нижней мантии, области низких скоростей и «кладбище слэбов». Глобальное поле тектонических напряжений. Соотношение напряжений в коре континентальных орогенов и активных континентальных окраин, проблема объяснения высокого уровня напряжений горизонтального сжатия в коре континентов. Эволюция литосферы и генезис напряжений Тибета – ключевой элемент новой парадигмы глобальной тектоники. Уровневая поверхность потенциала силы тяжести и данные GPS-геодезии о поверхности Земли. О возможности существования в литосфере малых тангенциальных массовых сил и влияние этих сил на геодинамику литосферных плит. Тектонические, реологические и динамические пары в коре поднятии – впадины. История деформирования как фактор возможных причин неустойчивости слоистости осадочного чехла впадин. Математическая модель неустойчивости дилатирующих пород в условиях нагрузки-разгрузки. Обобщенная модель генезиса напряжений в коре континентов и океанов.
Актуальные и перспективные задачи тектонофизики 21 века.