Oбразования кольцевых дислокаций

О ПРИРОДЕ КОЛЬЦЕВЫХ ДИСЛОКАЦИЙ И КОЛЬЦЕВЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ (МАТЕРИАЛЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ)

Е.А. Мясников,
Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток
Source: http://www.kscnet.ru/ivs/publication/whirlwinds/masnikova.htm

Тектоногенные морфоструктуры центрального типа (КД) и кольцевые гидротермальные проявления (KГП) не всегда удается объяснить с позиции основных существующих гипотез образования кольцевых структур или морфоструктур центрального типа [Морфотектонические ..., 1988; Делемень, 1988; и др.]. Большинство моделей опираются на ортомагматическую концепцию, утверждающую, что оруденение и контролирующие его структуры являются производными магматических инъекций разного состава, возраста и формационной принадлежности.
Значительная часть кольцевых, дуговых, сигмоидных и вихревых дислокаций, не связанных с магматическими процессами, но также выполняющих роль гидротермальных каналов, может возникать: в результате ротации жестких массивов (а), вращения блоков консолидированного основания (б), взаимодействия литосферных глыб различных размеров (в, г), в результате сопряженных сдвигов и сдвиго-раздвигов (д), на конце растущих (раздвигающихся) трещин (е) и др. (Ли Сы-гуан, 1958; Hoagland et al., 1972; Уткин, 1980; Шахтыров, 1985; Кац и др., 1990; и др.).

1. Некоторые результаты моделирования кольцевых дислокаций в жидких и газообразных средах. На основании результатов физических экспериментов в жидких и газообразных средах (P. Вуд, 1901; Шабанов, Шубин, 1981; и др.) и принципиальной возможности существования аналогичных явлений в твердых средах, а также определенной идентичности рисунков полученных экспериментальных и реально существующих природных структур, вполне вероятно, что часть КД и КГП может иметь пульсационно-вращательную природу в результате ударных, взрывных или других порционно-энергетических напряжений. В экспериментальной физике для описания данных явлений употребляется термин «вихревое кольцо- поступательно-вращающееся кольцо»(ПВК), которое обозначает кольцевой сгусток более или менее плотного вещества, или того же вещества, но отличных физико-механических характеристик, вращающего вокруг самого себя по направлению своего поступательного движения за счет вязкого трения с вмещающей средой.
В результате экспериментальных наблюдений как в жидких, так и в газообразных средах было установлено, что ПВК состоит из пучка спиральных линий (газообразные или водные нитевидные сгустки), отражающих характер распределения энергетических плотностей в самом кольце. В боковой проекции ПВК имеет «хвост» (похожий на хвост кометы), который образуется за счет трения внешних участков кольца об среду миграции при движении вперед.

Вмещающая среда вокруг ПВК также вращается. Особенности вращательного движения спиралевидных линий в кольце характеризуются увеличением угловой скорости вращения по мере продвижения к центру кольца. При этом очень важно, что IIBK могут генерировать структуры, имеющие форму не только колец, но и дуг или полумесяца и т.д., а их границы могут быть как четкими, так и расплывчатыми.

Образуются ПВК в результате взаимодействия ударной или энергетической волны с какой-либо мембраной. В процессе продвижения фронта волны в участках расслоенности и изменения реологических свойств происходит разбегание волны от центра ее возникновения к периферии.

Изучение влияния геометрической формы исходных отверстий (источников энергии или зон напряжений) показало, что из одного или нескольких пространственно сопряженных источников получается одно ПВК одной и той же морфологии. Но в любом случае ПВК образуются лишь при выходе отдельными порциями, т.е. в виде пульсаций, а не непрерывной струей, в устоявшуюся (без конвективных потоков) вмещающую среду.

Возникновение ПВК может происходить вблизи друг друга и в разное время, причем неоднократно, в результате чего в силу вступают процессы их взаимодействия. Опыты в газообразных средах показывают, что кольца, имеющие большую скорость вращения, отскакивают друг от друга, но, если кольца вращаются медленно, они соединяются. В момент соединения форма ПВК очень неустойчивая. Соединяемые кольца при этом могут скачком менять свое пространственное положение на 90º (вертикальное), а затем медленно возвращаются обратно, приобретая форму прежних колец. Данные состояния взаимодействующих друг с другом ПВК очень важны, в частности при моделировании сейсмоопасных и других катастрофических геодинамических ситуаций.

Аналогичные вышеописанным процессы и явления возможны и в земной коре. Роль мембраны могут выполнять участки расслоения земной коры и мантии или зоны пологих тектонических нарушений (например, надвиги) или другие границы резкого изменения реологических свойств субстрата, а роль диафрагмы (отверстия различных размеров в мембране) - зоны и узлы пересечения разломов разной мощности, транcкоромантийные инверсионные зоны типа «труба дегазации» и др.

Результаты процесса продвижения энергетических ПВК могут быть зафиксированы в виде различий геофизических и петрофизических свойств пород, подвергшихся данному воздействию, а также различной степени трещиноватости и микротрещиноватости этих пород, характеризующихся участками сжатия и растяжения, имеющие соответствующую кольцевую и дуговую форму.

В реально существующих природных объектах КД и КГП широко распространы и в рельефе Земли проявляются за счет эффекта «просвечивания» через эндогенные, экзогенные и другие ландшафтные индикаторы.

При импульсных деформациях пород механическая энергия частично трансформируется в тепловую, что может существенно влиять на гезогеохимические выделения (известны аномальные «выбросы» радона, гелия, углекислого газа и др.) и формирование гидротермальных растворов (термальных и минеральных).

Под действием ударных волн землетрясений каталитическая активность глинистых и некоторых других минералов стимулирует активизацию физико-химических преобразований среды.

На многих эндогенных месторождениях Приамурья известны «бескорневые» жильные тела, в том числе и кольцевой формы, образованные за счет миграции глубинного вещества при воздействии ударных волн фильтропрессинга (Петров, 1978; Копылов, 1997; и др.).

Результатом этого являются некоторые месторождения штокверкового и меднопорфирового типов, в которых многократное воздействие ударных волн наряду с тектоническим дроблением и разрушением пород формируют метасоматические колонки локальных рудномагматических систем.

Пульсационно-кольцевую природу могут иметь некоторые месторождения углеводородов, пространственно приуроченные к морфоструктурам центрального типа (Чэнь Гуанхань, 1987; и др.).

Здесь возможно перемещение и концентрация углеводородов, благодаря ударным сбросам поровых давлений в глубинных нефте-газогенерирующих толщах осадочных впадин (Кузнецов и др., 1997; и др.).

Таким образом, наличие воды, повышенных температур, активных химических реакций многократных стрессов полей напряжений энергетических (ударных) волн и др., которые закономерно возникают в пределах кольцевых и дуговых дислокаций морфоструктур центрального типа, может приводить к формированию современных и палеогидротермальных проявлений и других важных явлений и процессов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Делемень И.Ф. Кольцевые структуры как индикаторы глубинного строения современных гидротермальных систем Камчатки. Автореф. канд. дисс. Владивосток, 1998. 28 с.
2. Кац Я.Г., Козлов В.В., Полетаев А.И. Ротационные структуры литосферы // Изв. Вузов, Геология и разведка. 1990. № 7. С.36-42.
3. Копылов М.И. Сейсмическая активность и металлогения Приамурья // Геология и и геофизика Приамурья (40 лет геофизической экспедиции). Хабаровск, 1997. С.45-53.
4. Кузнецов В.Е., Бормотов В.А., Войтенок А.А., Копылов М.И. Глубинные предпосылки нефтидогенеза в связи с прогнозной оценкой Среднеамурской впадины // Геология и геофизика Приамурья (40 лет геофизической экспедиции). Хабаровск, 1997. С.30-39.
5. Ли Сы-Гуан. Вихревые структуры Северо-Западного Китая. М., 1958.
6. Морфотектонические системы центрального типа Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1988. 216 с.
7. Мясников Е.А. Сейсмоопасные зоны и геоморфологические процессы по морфоструктурным данным (на примере Верхнего Приамурья) // Тез. докл.: Стихия. Строительство. Безопасность. Владивосток, 1997. С.106-107.
8. Николаев В. В., Семенов Р.М., Оскорбин Л.С. и др. Сейсмотектоника и сейсмическое районирование Приамурья. Новосибирск: Наука, 1989. 128 с.
9. Тащи С.М. Геодинамика и вопросы устойчивого развития территорий (Приморский край) // Тез. докл.: Стихия. Строительство. Безопасность. Владивосток, 1997. С. 39.
10. Уткин В.П. Сдвиговые дислокации и методика их изучения. М.: Наука, 1980. 142 с.
11. Чэн Гуанхань. Кольцевые структуры в регионе Северного Китая и формирование в них нефти и газа // Геология нефти и газа. 1987. Т. 6. С.454-459.
12. Шабанов С., Шубин В.О. вихревых кольцах // Опыты в домашней лаборатории, Библиотека «Квант». 19... Вып.4. С.18-25.
13. Шахтыров В.Г. Морфоструктуры центрального типа в сдвиговых зонах Северо-Востока СССР (в связи с проблемой структурной конвергенции) // Морфотектонические системы центрального типа Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1988. С.102-106.
14. Вуд Р. Вихревые кольца // Nature. 1901. С.10-15.
15. Hoagland R.G., Rosenfield А.К., Hahn G.Т. Mechanisms of Fast Fracture and Arrest in Stels // Metallurg. Transact.. 1972. Vol.3, N 1. Р.123-136.
http://www.kscnet.ru/ivs/publication/whirlwinds/andreev.htm