geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2022-2-4geophystech-240Research ArticleСтатьиРазвитие необратимой деформации и полос локализованного сдвига при горизонтальном сжатии осадочного слояDevelopment of irreversible deformation and localized shear bands under horizontal compression of the sedimentary layerhttps://orcid.org/0000-0002-5543-0919ТатауроваА. А.TataurovaA. A.

Научный сотрудник лаборатории геофизических исследований и региональной сейсмичности Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Основные научные интересы: геомеханическое моделирование, напряженно-деформированное состояние геосреды.

TataurovaAA@ipgg.sbras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2004-955XСтефановЮ. П.StefanovY. P.

Доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории геофизических исследований и региональной сейсмичности Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Основные научные интересы: исследования в области геомеханики; разработка моделей, описывающих поведение горных пород за пределом упругости, включая процессы необратимой деформации и формирования зон локализации, численного исследования деформационных процессов в земной коре.

StefanovYP@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН<br> 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS<br> Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090Russian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН<br> 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3 <br><br> Институт физики прочности и материаловедения СО РАН<br> 634055, Томск, просп. Академический, 2/4РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS<br> Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090 <br><br> Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS<br> Akademichesky Ave., 2/4, Tomsk, 634055Russian Federation20222912202202414Copyright &#x00A9; Татаурова А.А., Стефанов Ю.П., 20222022Татаурова А.А., Стефанов Ю.П.Tataurova A.A., Stefanov Y.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/240

В рамках упругопластической модели рассмотрено развитие необратимой деформации при горизонтальном сжатии осадочного слоя, лежащего на жестком основании. Изучено влияние прочностных параметров среды и трения в основании на конфигурацию зон пластичности и локализацию деформации. Выполнены аналитические оценки глубин, на которых развивается необратимая деформация, а также их изменения в результате роста горизонтальных напряжений. С помощью численного моделирования показаны особенности зарождения и развития полос локализованного сдвига. Построены схемы, иллюстрирующие характер развития полос локализации в зависимости от свойств среды.

Within the framework of the elastoplastic model, the development of irreversible deformation during horizontal compression of a sedimentary layer lying on a rigid foundation is considered. The influence of strength parameters of the medium and friction in the base on the configuration of plasticity zones and localization of deformation has been studied. Analytical estimates are made of the depths at which irreversible deformation develops, as well as their changes as a result of an increase in horizontal stresses. With the help of numerical simulation, the features of the origin and development of localized shear bands are shown. Schemes are constructed illustrating the nature of the development of localization bands depending on the properties of the medium.

Пластическая деформациялокализация деформацииразломнадвиговые структурытрениевнутреннее трениесдвиговая прочностьосадочный слойPlastic deformationdeformation localizationfaultthrust structuresfrictioninternal frictionshear strengthsedimentary layerРабота выполнена при поддержке проекта ФНИ № FWZZ-2022-0021 «Региональные особенности структуры земной коры и верхов мантии платформенных и складчатых областей Сибири, их напряженно-деформированное состояние по данным сейсмологии, гравиметрии и геомеханики».ReferencesДруккер Д., Прагер В. Механика грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. – М.: Мир, 1975. – С. 166–177.Andrews D.J. Rupture velocity for plane strain shear cracks // Journal of Geophysical Research. – 1976. – Vol. 81 (32). – P. 5679–5687, doi: 10.1029/JB081i032p05679.Малышев С.В., Худолей А.К., Гласмахер У.А., Казакова Г.Г., Калинин М.А. Определение этапов формирования юго-западной части Верхоянского складчато-надвигового пояса по данным трекового датирования апатита и циркона // Геотектоника. – 2018. – № 6. – С. 55–68, doi: 10.1134/S0016853X1806005X.Chemenda A.I., Cavalié O., Vergnolle M., Bouissou S., Delouis B. Numerical model of formation of a 3-D strike-slip fault system // Comptes Rendus Geoscience. – 2015. – Vol. 348 (1). – P. 61–69, doi: 10.1016/j.crte.2015.09.008.Николаевский В.Н. Определяющие уравнения пластического деформирования сыпучей среды // Прикладная математика и механика. – 1971. – № 35 (6). – С. 1017–1029.Dahlen F.A. Critical taper model of fold-and-thrust belts and accretionary wedge // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. – 1990. – Vol. 18. – P. 55–99, doi: 10.1146/ANNUREV.EA.18.050190.000415.Парфенов Л.М., Кузьмин М.И. Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия). – М.: МАИК Наука/Интерпериодика, 2001. – 571 с.Davis D., Suppe J., Dahlen F. Mechanics of fold-and-thrust belts and accretionary wedges // Journal of Geophysical Research. – 1983. – Vol. 82. – P. 1153–1172, doi: 10.1029/JB088iB02p01153.Полянский О.П., Коробейников С.Н., Бабичев А.В., Ревердатто В.В., Свердлова В.Г. Численное моделирование мантийного диапиризма как причины внутриконтинентального рифтогенеза // Физика Земли. – 2014. – № 6. – С. 124–137, doi: 10.7868/S0002333714060052.Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design // Quarterly of Applied Mathematics – 1952 – Vol. 10 (2) – P. 157–165, doi: 10.1090/qam/48291.Ребецкий Ю.Л. Поле глобальных коровых напряжений земли // Геотектоника. – 2020. – № 6. – С. 3–24, doi: 10.31857/S0016853X20060119.Gerbault M., Poliakov A.N., Daignieres M. Prediction of faulting from the theories of elasticity and plasticity: What are the limits? // Journal of Structural Geology – 1998. – Vol. 20 (2). – P. 301–320, doi: 10.1016/S0191-8141(97)00089-8.Стефанов Ю.П. Локализация деформаций и нарушений в геоматериалах. Численное моделирование // Физическая мезомеханика. – 2002. – № 5 (5). – С. 107–118.Malyshev S.V., Khudoley A.K., Glasmacher U.A., Kazakova G.G., Kalinin M.A. Constraining age of deformation stages in the south-western part of Verkhoyansk fold-and-thrust belt by apatite and zircon fission-track analysis // Geotectonics. – 2018. – Vol. 52 (6). – P. 634–646, doi: 10.1134/S0016852118060055.Стефанов Ю.П., Бакеев Р.А. Формирование цветковых структур нарушений в слое геосреды при разрывном горизонтальном сдвиге основания // Физика Земли. – 2015. – № 4. – С. 81–93, doi: 10.7868/S0002333715040110.Nikolaevskii V.N. Governing equations of plastic deformation of a granular medium // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. – 1971. – Vol. 35 (6). – P. 1017–1029, doi: 10.1016/0021-8928(71)90106-7.Стефанов Ю.П., Татаурова А.А. Влияние трения и прочностных свойств среда на формирование зон локализации деформации в надвиговых структурах // Физическая мезомеханика. – 2018. – № 21 (5). – С. 46–55, doi: 10.24411/1683-805X-2018-15005.Parfenov L.M., Kuzmin M.I. Tectonics, geodynamics and metallogeny of the Sakha Republic (Yakutia). – MAIK Nauka/Interperiodica, Moscow, 2001. – 571 p.Яковлев Ф.Л. Опыт построение сбалансированной структуры восточной части Альпийского Большого Кавказа по данным колличественных исследований линейной складчатости // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. – 2012. – № 1 (19). – C. 191–214.Polyansky O.P., Babichev A.V., Reverdatto V.V., Sverdlova V.G., Korobeynikov S.N. Numerical modeling of mantle diapirism as a cause of intracontinental rifting // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. – 2014. –Vol. 50 (6). – P. 839–852, doi: 10.1134/S1069351314060056.Andrews D.J. Rupture velocity for plane strain shear cracks // Journal of Geophysical Research. – 1976. – Vol. 81 (32). – P. 5679–5687, doi: 10.1029/JB081i032p05679.Prevost J.H., Loret B. Dynamic strain localization in elasto-(visco) plastic solids, part 2. Plane strain examples // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1990. – Vol. 83. – P. 275–294, doi: 10.1016/0045-7825(90)90074-V.Chemenda A.I., Cavalié O., Vergnolle M., Bouissou S., Delouis B. Numerical model of formation of a 3-D strike-slip fault system // Comptes Rendus Geoscience. – 2015. – Vol. 348 (1). – P. 61–69, doi: 10.1016/j.crte.2015.09.008.Rebetsky Yu. L. Pattern of Global Crustal Stresses of the Earth // Geotectonics. – 2020. – Vol. 54 (6). – P. 723–740, doi: 10.1134/S0016852120060114.Dahlen F.A. Critical taper model of fold-and-thrust belts and accretionary wedge // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. – 1990. – Vol. 18. – P. 55–99, doi: 10.1146/ANNUREV.EA.18.050190.000415.Ruh J.B., Kaus B.J. Numerical investigation of deformation mechanics in fold-and-thrust belt: influence of rheology of single and multiple decollements // Tectonics. – 2012. – Vol. 31. – P. 1–23, doi: 10.1029/2011TC003047.Davis D., Suppe J., Dahlen F. Mechanics of fold-and-thrust belts and accretionary wedges // Journal of Geophysical Research. – 1983. – Vol. 82. – P. 1153–1172, doi: 10.1029/JB088iB02p01153.Schmalholz S.M., Podladchikov Y.Y. Viscoelastic Folding: Maxwell versus Kelvin Rheology // Geophysical Research Letters. – 2001. – Vol. 28 (9) – P. 1835–1838, doi: 10.1029/2000GL012158.Gerbault M., Poliakov A.N., Daignieres M. Prediction of faulting from the theories of elasticity and plasticity: What are the limits? // Journal of Structural Geology – 1998. – Vol. 20 (2). – P. 301–320, doi: 10.1016/S0191-8141(97)00089-8.Stefanov, Yu. P. Deformation localization and fracture of geomaterials: Numerical simulation // Physical Mesomechanics. – 2002. – Vol. 5. – P. 103–114.Prevost J.H., Loret B. Dynamic strain localization in elasto-(visco) plastic solids, part 2. Plane strain examples // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1990. – Vol. 83. – P. 275–294, doi: 10.1016/0045-7825(90)90074-V.Stefanov Y.P., Tataurova A.A. Effect of friction and strength properties of the medium on shear band formation in thrust structures // Physical Mesomechanics. – 2019. – Vol. 22 (6) – P. 463–472, doi: 10.1134/S1029959919060031.Ruh J.B., Kaus B.J. Numerical investigation of deformation mechanics in fold-and-thrust belt: influence of rheology of single and multiple decollements // Tectonics. – 2012. – Vol. 31. – P. 1–23, doi: 10.1029/2011TC003047.Stefanov Y.P., Bakeev R.A. Formation of flower structure in a geological layer at a strike-slip displacement in the basement // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. – 2015. – Vol. 4. – P. 535–547, doi: 10.1134/S1069351315040114.Schmalholz S.M., Podladchikov Y.Y. Viscoelastic Folding: Maxwell versus Kelvin Rheology // Geophysical Research Letters. – 2001. – Vol. 28 (9) – P. 1835–1838, doi: 10.1029/2000GL012158.Stockmal G.S., Beaumont C., Nguyen M., Lee B. Mechanics of thin-skinned fold-and-thrust belts: Insights from numerical models // GSA Special Paper. – 2007. – Vol. 433. – P. 63–98, doi: 10.1130/2007.2433(04).Stockmal G.S., Beaumont C., Nguyen M., Lee B. Mechanics of thin-skinned fold-and-thrust belts: Insights from numerical models // GSA Special Paper. – 2007. – Vol. 433. – P. 63–98, doi: 10.1130/2007.2433(04).Tataurova A., Stefanov Y., Suvorov V. Effect of changing basal friction on the formation of thrust // Trigger Effects in Geosystems. – Springer, Cham, 2019. – P. 169–177, doi: 10.1007/978-3-030-31970-0_19.Tataurova A., Stefanov Y., Suvorov V. Effect of changing basal friction on the formation of thrust // Trigger Effects in Geosystems. – Springer, Cham, 2019. – P. 169–177, doi: 10.1007/978-3-030-31970-0_19.Wilkins M.L. Computer simulation of dynamic phenomena. Berlin–Heidelberg – New York: Springer-Verlag, 1999. – 246 p.Wilkins M.L. Computer simulation of dynamic phenomena. Berlin–Heidelberg – New York: Springer-Verlag, 1999. – 246 p.Wu G., Lavier L.L., Choi E. Modes of continental extension in a crust wedge // Earth and Planetary Science Letters. – 2015. – Vol. 421. – P. 89–97, doi: 10.1016/j.epsl.2015.04.005.Wu G., Lavier L.L., Choi E. Modes of continental extension in a crust wedge // Earth and Planetary Science Letters. – 2015. – Vol. 421. – P. 89–97, doi: 10.1016/j.epsl.2015.04.005.Yakovlev F.L. Reconstruction of the balanced structure of the eastern part of Alpine Greater Caucasus using data from quantitative analysis of linear folding – case study // Bulletin KRAUNTs. Earth Sciences. – 2012. – Vol. 1 (19). – P. 191–214.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.