Научные достижения Лаборатории за последние годы

(в квадратных скобках – ссылки на публикации сотрудников Лаборатории за последние годы ХХ века и в ХХI веке)

Основные научные результаты, полученные в последние годы, посредством сочетания компьютерного и физического моделирования процесса формирования разномасштабных тектонических структур (от кливажа на уровне зерен до срединно-океанского хребта и коллизионного орогенного пояса) и сопоставления с природными структурами:

 

I.     За последние годы XX века

В области геотектоники и геодинамики:

 

·         Разработана концепция компенсационной организации тектонического течения, объясняющая сосуществование вертикальных и горизонтальных тектонических движений и разнообразных геодинамических обстановок, в которых формируются различные структурные парагенезы [19, 25, 59].

·          На примере конкретных регионов это показано в [5, 7, 9]

·         На основе разработанной концепции обосновано положение об «иерархическом чередовании» двух типов геодинамических тел – ячеек и доменов. Ячейки некоторого ранга состоят из взаимно компенсирующих друг друга (как по латерали, так и по вертикали) доменов сжатия и растяжения, а те, в свою очередь, из ячеек и доменов более высокого ранга [20, 72].

 

·         Это положение дополнено представлением о таком же «иерархическом чередовании» объемов, испытывающих пластическую (более однородную) и разрывную (более неоднородную) деформацию [21, 33].

·         На базе всего предыдущего разработана концепция компенсационной, многоярусной и иерархической геодинамики, или  геодинамики иерархически соподчиненных геосфер, сочетающая в себе положительные элементы фиксизма и мобилизма [22–25, 28, 29, 73, 74, 77].

·         С помощью этой концепции появилась возможность объяснить с единых позиций формирование соподчиненных структур самого различного ранга: экваториальную асимметрию Земли [63], системы поперечных (в спрединговых «талассо-орогенных» поясах) и продольных (в коллизионных орогенных поясах) поднятий и впадин [27, 76], структурный парагенез рифтовых долин и трансформных разломов срединно-океанских хребтов [36, 37, 61, 67, 78–81], неоднородность складчатости [7] – как результат совместного функционирования геодинамических систем разного ранга.

 

В области структурной геологии и тектонофизики:

 

 

 

·         Разработана динамическая модель среды со структурой в приложении к изучению механизмов тектогенеза [43, 45, 46, 48, 50].

·         В рамках модели среды со структурой выявлены и типизированы различные структурные парагенезы и их ансамбли [15, 38, 40–42, 44, 52, 53, 57, 64, 83].

·         Разработаны методы физического моделирования структурных парагенезов на средах с исходными структурами [17, 49, 51, 82].

 

·        Выявлены обстановки, при которых в условиях горизонтального сжатия формируются (вместо складчатости) структуры шарьяжного парагенеза; проведена типизация последних[31, 32, 35, 54, 55, 60, 65, 66].

 

 

·        

Это рис. Г 8

 
Конкретизированы некоторые аспекты роли флюидов и магматизма в тектогенезе и структурообразовании [5, 7, 15, 34, 39, 47, 62, 75].

·         Начата разработка нового направления – стресс-анализа горных пород (как ветви, параллельной давно и успешно развивающемуся стрейн-анализу) [16, 18, 68–71].

·         Типизированы ориентировки микроструктурных форм (ассоциаций зерен кварца и других минералов), возникающих при простом и чистом сдвиге и химическом перераспределении вещества при складкообразовании, формировании шарьяжей и становлении интрузий [10, 14].

·         Показано сродство разномасштабных структурных парагенезов, возникающих в горных породах и полимерах как эквивалентных веществах при различных механизмах деформации [11–13].

 

II. В начале XXI века

В области геотектоники и геодинамики:

·         Начата и продолжается разработка модели формирования структурных парагенезов и их ансамблей в рамках геодинамики иерархически соподчиненных геосфер, толщ и пород [101, 109–111, 156], в том числе в синергетическом аспекте [174]. Концепция иерархической геодинамики получила высокую оценку ведущих специалистов [103, 104] как «важное достижение отечественной науки» на пути к построению адекватной модели глобальной геодинамики.

·         Выявлена связь иерархической геодинамики с иерархической геодинамической цикличностью; намечена эволюция иерархической геодинамики, начиная с архея: постепенный охват ею все более глубоких недр Земли [170, 172, 185].

·         Установлено, что отношение мощности геосфер, в которых функционируют конвективные геодинамические системы разного ранга, к длительности соответствующих геодинамических циклов является величиной с весьма узким диапазоном значений (0,45±10 см/год) и поэтому может быть квалифицировано как внеранговая «геодинамическая константа» [144, 165, 171].

·         Показано, что скорость деформации, в отличие от относительно постоянной скорости конвективного потока -  внеранговой «геодинамической константы» - обратно пропорциональна мощности геосфер, в которых функционируют конвективные геодинамические системы разного ранга [159, 165, 171]

·         Разработана кинематическая модель северной компоненты дрейфа континентов как причины расширения Южного и сокращения Северного полушариев Земли [122, 164, 173, 196]. Обоснован подъем с всесторонним горизонтальным растяжением Антарктики и опускание с всесторонним горизонтальным сжатием Арктики как причины существования глобального фона поля напряжений  [196].

·         Построена геодинамическая модель, позволяющая трактовать мантийные источники CFB, OIB и MORB в срединно-океанских хребтах как следствие нижнего центростремительного конвективного мантийного потока, сопряженного с верхним центробежным потоком, ответственным за процесс спрединга [113].

 

·         Установлено, что в зонах спрединга формируются системы поперечных поднятий с «корнями» и впадин с «антикорнями» в результате мелкомасштабной двухъярусной валиковой конвекции в геосфере астеносфера+литосфера, возбуждаемого инверсией плотности на их границе в обстановке повышенного теплового потока [112, 115, 116]. Проведено физическое моделирование процесса растяжения такой поперечно-структурированной среды [115, 123, 141, 186]. При растяжении, направленном вдоль поперечных поднятий, в пределах последних возникали перпендикулярные к ним трещины отрыва – аналоги рифтовых долин (РД) срединно-океанских хребтов (СОХ). Эти трещины при своем разрастании достигали поперечных впадин, после чего, для продолжения процесса растяжения, их концы соединялись сдвиговыми трещинами, возникавшими вдоль этих впадин и имитировавшими трансформные разломы (ТР) СОХ. Из результатов моделирования следует: 1) Структурный парагенез СОХ, РД и ТР формируется в результате интерференции двух конвективных геодинамических систем разного ранга – крупномасштабной конвекции в верхней мантии океана, ответственной за процесс спрединга и формирование СОХ, и упомянутой мелкомасштабной конвекции. 2) Спрединговому растяжению подвергается поперечно-структурированная среда, в которой сдвиговые ТР образуются, вопреки канонам тектонофизики, в направлении растяжения вдоль поперечных впадин, под которыми кора и литосфера утонена и аномально разогрета восходящими потоками поперечной конвективной системы. На примере двух явлений различного ранга – кливажа в складчатых областях и трансформных разломов срединно-океанских хребтов, – ориентированных в «запрещенном» канонами тектонофизики направлении (параллельно оси максимального растяжения), установлена и подтверждена экспериментально роль анизотропии  среды, созданной в ходе ее деформации [123]. Тем самым на базе механики структурированной среды показана общность механизма формирования структур совершенно различного масштабного ранга [186].

 

·         Система окраинное (внутреннее) море – островная дуга – глубоководный желоб получила трактовку как результат интерференции процессов субдукции, коллизии и мантийного диапиризма, при которой резко асимметричный компенсационный нисходящий поток на периферии мантийных диапиров является возможной причиной дугообразности зон океанической и континентальной субдукции [7, 8].

 

·         Показано, на природных примерах и путем физического моделирования, что конвекция и адвекция в геосферах Земли представляют собой два различных процесса [140]. Они функционируют относительно независимо друг от друга, но интенсивность адвекции в виде плюмов, интрузий и других внедрений разного ранга возрастает в областях восходящего конвективного потока соответствующего ранга в обстановке горизонтального сжатия внизу и компенсационного горизонтального растяжения наверху.

 

 

В области структурной геологии и тектонофизики:

·         Выявлена относительность некоторых базовых понятий тектонофизики, таких как тектоническое течение, однородность деформации, пластическая и разрывная деформация, критерии подобия при физическом моделировании [189, 195].

·         Поставлена проблема выявления истинной (абсолютной) кинематики противоположных крыльев разрывных нарушений разного ранга [177], продемонстрированная на примере соотношения компьютерных и физических моделей активного и пассивного рифтинга [175, 176, 182, 184]. Показана возможность выявления такой кинематики [163], подтвержденная компьютерным и физическим моделированием [169, 177]. Посредством моделирования показана неизбежность «перерождения» пассивного рифтинга в активный, а также неизбежность формирования «плечей» рифта при активном рифтинге [175, 176]

 

·         В рамках разработанной ранее динамической модели структурообразования показано, что закономерные сочетания разномасштабных структурных форм (структурные парагенезы) являются результатом процессов самоорганизации деформируемой геологической среды. Проведен критический анализ различных подходов к моделированию геологической среды и показано, что условия деформирования природных объектов наиболее адекватно отражает релаксационный подход Дж. Максвелла, адаптированный к учету неоднородностей деформируемой системы. Проведена типизация разномасштабных структурных парагенезов и их ансамблей; построена генетическая классификация структурных парагенезов, соответствующих различным геодинамическим обстановкам [124, 127, 128, 132, 133, 146, 147, 151].

 

·         Выяснен механизм образования муллион-структур и разрывов, параллельных осевым поверхностям складок (дизъюнктивов сжатия). Показано, что они формируются в виде швов, перпендикулярных оси максимального сжатия в результате лавинообразного процесса растворения под давлением [186, 194].

·         На основе экспериментальных и эмпирических материалов впервые выявлен комплекс структурных парагенезов геодинамических обстановок транспрессии и транстенсии. Установлена цикличность кинематических инверсий (смены знаков сдвиговой компоненты) в условиях транспрессии и транстенсии в подвижных поясах разного возраста на различных континентах [180, 181]. Установлены  коррелятивные связи и согласованность между структурно-кинематическими, термодинамическими (p-T-t тренды) и палеомагнитными характеристиками подвижности материала земной коры в периоды кинематических инверсий транстенсивных и транспрессивных режимов в разновозрастных подвижных поясах.

 

·         Охарактеризованы феноменологические признаки и структурно-кинематическое выражение проявления ротационных процессов и структур планетарного масштаба. Для ряда линейных подвижных поясов Земли разного геоструктурного положения и времени проявления тектогенеза установлен факт устойчивого разворота против часовой стрелки вектора силового воздействия на пояс, запечатленного в интерференции разностадийных структурных парагенезов [166, 180, 181].

·         Проведены исследования, по проблеме разделения, в интегральной структуре полистадийно развивавшихся подвижных поясов, структурных парагенезов орогенного (альпийского) этапа развития и предшествующего ему этапа герцинского тектогенеза (Северный и Срединный Тянь-Шань). Изучены механизмы реализации подвижности и выведения на приповерхностные уровни (эксгумация) в процессе орогенеза ранее консолидированных пород средней коры [178, 179, 180, 181, 192, 193]. Выявлен новый тип структур - «слайс-структуры», характеризующие катакластическую деформацию гранитов при их тектоническом течении на постплатформенном орогенном этапе эволюции [192, 193].

·         На примере парагенеза кливажа, складок, разрывов и других структурных форм Байкало-Муйского пояса (Байкальская горная область) выявлена эволюция иерархически соподчиненных структурных форм, последовательность формирования которых является индикатором цепи тектонических событий региона: аккреция островодужных и микроконтинентальных террейнов в позднем рифее; транспрессивная обстановка (сочетание горизонтального сжатия со сдвигом) в конце кембрия – ордовике; формирование крупных шарьяжных пластин, вращающихся друг относительно друга [135].

 

 

·         Посредством физического моделирования получил разрешение парадокс ориентировки некоторых новейших нефтегазоносных брахиантиклиналей сдвиговых зон вдоль оси максимального сжатия [190]. С помощью компьютерного и физического моделирования установлен механизм формирования выявленных недавно в пределах этих брахиантиклиналей нефтегазоносных разрывных структур «пропеллерного» типа (на примере Западно‑Сибирской плиты), представляющий собой интерференцию двух элементарных типов сдвига - вдоль вертикальной плоскости и вдоль горизонтальной плоскости [187, 188, 191]. Такая ранее не исследованная геодинамическая обстановка обусловлена игнорировавшимся ранее сопротивлением осадочного чехла горизонтальному перемещению подстилающего фундамента [201]. Предложено именовать эту интерференционную геодинамическую обстановку «трансламинацией», по аналогии с известными также интерференционными обстановками транстенсии и транспрессии [197, 198, 202].

·         Выявлены связи кимберлитового магматизма и структуры кимберлитовых полей  с особенностями внутриплитных тектонических напряжений (на примере Восточно-Европейской и Сибирской платформ) [125, 126, 136].

·         Выявлены постдиагенетические изменения вещественных и структурно-текстурных характеристик терригенных толщ при формировании складчатого сооружения (на примере Большого Кавказа и Крыма) [114, 134, 143, 152].

 

·         Не выраженные в рельефе природные линеаменты платформенного чехла получили трактовку как результат фильтрации высоконапорных флюидов вдоль пассивных разломов фундамента [157].

 

·         Дана тектонофизическая трактовка природы эклогитов (на примере Северного Тянь-Шаня) [142, 161, 162].

·         Охарактеризована структурно-вещественная эволюция геопространства Кольской сверхглубокой скважины [149, 160].

·         Начата разработка модели различной эволюции двух типов сколов Риделя (R и R’) в связи с проблемой генезиса цунамигенных землетрясений, возникающих при формировании крутопадающих сколов второго типа [200].

 

 

·         Разработана классификация и построены модели эволюции кальдер Венеры в их связи с рифтогенными структурами; проведено сравнение кальдер Венеры с различными типами земных кальдер [154].

·         Посредством физического моделирования произведена трактовка тектоники и эволюции нов, арахноидов, корон и венцов на Венере [113, 117–121, 129–131, 137–139].

 

·          Проведено исследование геологического строения и эволюции рифтовых систем Венеры на основании: 1) глобального фотогеологического картирования рифтовых зон в масштабе 1:50 000 000, 2) детального фотогеологического картирования ряда отдельных характерных участков рифтовых зон, 3) выявления возрастных характеристик рифтовых зон, 4) изучения их топографических характеристик и характерных структурных парагенезов, 5) анализа результатов проведенного физического моделирования формирования и эволюции рифтовых зон [145, 153, 155].

·         Выявлены общие закономерности простирания поясов гряд на Венере [167, 168].

  

 

 

М.А. Гончаров также является соавтором статьи о перспективах динамической геологии [148] и рецензий [158, 199].