The collision model of the Crimean orogen - the experience of the finite element method

Authors

  • V. V. Gonchar Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i6.2013.116526

Abstract

Finite elements method is attracted for numerical modeling of crust deformation of Crimea Mountains within hypothesis of its collisional formation. Elastic and elastoplastic (Coulomb) ap-proaches are used. As a result next basic positions of collisional model are proved: 1) localized indenter compression of margin of Scythian plate from side of East Black Sea basin; 2) lateral extru-sion of south-west part of orogen; 3) ramp-obductional mechanism of interacting crust microplate with continental margin. Seismicity is explained as localization of plastic deformation in set of restricted subduction of mantle lithosphere and owerthrusting crust plate. Gravitational maximum within south-west margin of Crimea Mountains is connected to extensional zone of extrusive block, Alushta-Batun zone of magnetic anomalies is regarded as manifestation of crustal indenter moving responsible for collisional setting in Crimea.

References

Бабак В. И. Очерк неотектоники Крыма // Бюлл. МОИП. Отд. геол. - 1959. - № 4. - С. 51-65.

Безухов Н. И., Лужин О. Б. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. - Москва: Высш. школа, 1974. - 198 с.

Бугров А. К. О решении смешанной задачи теории упругости и теории пластичности грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1974. - № 6. - С. 20-23.

Бурьянов В. Б., Макаренко И. Б., Оровецкий Ю. П., Старостенко В. И. Геологическая природа Крымско-Кавказской гравитационной зоны // Геофиз. журн. - 1998. - 20, № 6. - С. 45-53.

Геология СССР. Т. 8. Крым. Ч. I. Геологическое описание. - Москва: Недра, 1969. - 576 с.

Гинтов О.Б. Полевая тектонофизика и ее применение при изучении деформаций земной коры Украины. - Киев: Феникс, 2005. - 568 с.

Гинтов О. Б., Муровская А. В. Проблемы динамики земной коры Крымского полуострова в мезокайнозое (тектонофизический аспект) // Геофиз. журн. - 2000. - 22, № 2. - С. 39-60.

Гончар В. В. Глубинное строение и условия формирования окраин Черного моря // Изв. вузов. Геология и разведка. - 2009. - № 5. - С. 3-11.

Гончар В. В. Особенности напряженного состояния пород на юго-западе Горного Крыма // Изв. вузов. Геология и разведка. - 1998. - № 5. - С.14-22.

Гончар В. В. Поле напряжений Горного Крыма и его геодинамическая интерпретация // Доп. НАНУ. - 2003. - № 3. - С. 97-104.

Гончар В. В. Последовательность полей напряжений и возраст складчатости Восточного Горного Крыма (по данным кинематического анализа с учетом вращения слоев) // Геофиз. журн. - 2013. - 35, № 4. - С. 170-175.

Гончар В. В., Паталаха Е. И., Гинтов О. Б. Модели растяжения и приразломного волочения в палеотектонических реконструкциях Горного Крыма // Доп. НАНУ. - 2005. - № 6. - С. 112-119.

Гончар В. В., Трегубенко В. И., Токовенко В. С. Режимы деформирования и взаимодействие плит Черноморско-Крымской области конвергенции // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. - 2007. - № 2. - С. 5-18.

Ентин В. А., Гинтов О. Б., Гуськов С. И. Еще раз о природе Крымской гравитационной аномалии // Геофиз. журн. - 2010. - 32, № 6. - С. 119-134.

Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. - Москва: Мир, 1975. - 541 с.

Казанцев Ю. В. Тектоника Крыма. - Москва: Наука, 1982. - 112 с.

Казьмин В. Г., Лобковский Л. И., Пустовитенко Б. Г. Современная кинематика микроплит в Черноморско-Южно-Каспийском регионе // Океанология. - 2004. - № 4. - С. 600-610.

Качанов Л. М. Основы теории пластичности. - Москва: Наука, 1969. - 420 с.

Лобковский Л. И. Геодинамика зон спрединга, субдукции и двухъярусная тектоника плит. - Москва: Наука, 1988. - 252 с.

Лобковский Л. И., Николаевский В. Н., Карякин А. В. Геолого-геофизические следствия серпентинизации океанической литосферы // Бюлл. МОИП. Сер. Геология. - 1986. - Вып. 4. - С. 3 -12.

Мейснер А. Л. Основные разломы вала Шатского и их влияние на формирование структуры Восточно- Черноморского региона // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. - 2009. - № 4. - С. 14-19.

Милеев В. С., Барабошкин Е. Ю., Розанов С. Б., Рогов М. А. Тектоника и геодинамическая эволюция Горного Крыма // Бюл. МОИП. Отд. Геология. - 2009. - 84, вып. 3. - С. 3-23.

Молодые платформы и альпийский складчатый пояс. Литосфера Центральной и Восточной Европы / Гл. ред. А. В. Чекунов. - Киев: Наук. думка, 1994. - 331 с.

Муровская А. В. Напряженно-деформированное состояние Западного Горного Крыма в олигоценчетвертичное время по тектонофизическим данным // Геофиз. журн. - 2012. - 34, № 2. - С. 109-119.

Никишин А. М., Ваньер М., Ершов А. В., Лаврищев В. А., Митюков А. В. Келловейско-современная история и геодинамика Крымско-Западнокавказско- Восточночерноморского региона // Осадочные бассейны и геологические предпосылки прогноза новых объектов, перспективных на нефть и газ: Материалы совещания. - Москва: ГЕОС, 2012. - С. 314-319.

Осипов Г. В., Свистунов Ю. И., Терехов А. А. О возможной природе Алуштинско-Батумской магнитной аномалии на Черном море // Геотектоника. -1977. - № 1. - С. 74-79.

Паталаха Е. И., Гончар В. В. Растяжение в Горном Крыму: парадокс или закономерность? // Геолог. журн. 1999. - №4. - С. 81-88.

Паталаха Е. И., Гончар В. В., Сенченков И. К., Червинко О. П. Инденторный механизм в геодинамике Крымско-Черноморского региона. Прогноз углеводородов и сейсмоопасности. - Киев: ЕМКО, 2003. - 226 с.

Паталаха Е. И., Гончар В. В., Трегубенко В. И. Новый взгляд на современный орогенез Горного Крыма: механизм процесса // Геолог. журн. - 2003. - № 1. - С. 118-126.

Паталаха Е. И., Сенченков И. К., Гончар В. В. Вязкая модель плитной тектоники Черноморского региона // Океанология. - 2006. - № 5. - С. 703-714.

Паталаха Е. И., Сенченков И. К., Трофименко Г. Л. Проблемы тектоно-геоди на ми чес кой эволюциию юго-западного форланда Восточно-Европейского кратона и его орогенического обрамления. - Киев, 2004. - 234 с.

Пустовитенко Б. Г., Пустовитенко А. А., Капитанова С. А. Экспериментальные данные о процессах в очагах Черноморских землетрясений // Сейсмологический бюллетень Украины за 2005 год. - Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2007. - С. 152-163.

Сегерлинд Л. Дж. Применение метода конечных элементов. - Москва: Мир, 1979. - 392 с. Сейсмологический бюллетень Украины за 1986- 2008 гг. - Симферополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидро физика», 1988-2010.

Скрипченко Н. С., Пруцкий Н. И. Магнитная аномалия Западно-Черноморской впадины как признак серпентинизированной коры // Тектоника и геодинамика континентальной литосферы: Материалы совещания. - Москва: ГЕОС, 2003. - С. 192-194.

Смольянинова Е. И., Михайлов В. О., Ляховский В. А. Численное моделирование региональных и локальных полей напряжений в северной части Черного моря // Физика Земли. - 1997. - № 4. - С. 74-82.

Старостенко В. И., Бурьянов В. Б., Русаков О. М., Соловьев В. Д. Неоднородности литосферы по данным изучения геофизических полей // Геология шельфа УССР. Тектоника. - Киев: Наук. думка, 1987. - С. 67-75.

Тектонофациальный анализ и проблемы геодинамики / Памяти Е. И. Паталахи. - Киев: ОМГОР, 2008. - 295 с.

Терехов А. А., Шимкус К. М. Молодые осадки и надвиговые структуры в Прикрымской и Прикавказской зонах Черноморской впадины // Геотектоника. - 1989. - № 1. - С. 72-79.

Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике. - Москва: Недра, 1987. - 221 с.

Чекунов А. В. Крым в системе разломов Черноморского региона // Докл. АН УССР. Сер. Б. - 1990. - № 3. - С. 20-24.

Шрейдер А. А., Казьмин В. Г., Лыгин В. С. Магнитные аномалии и проблема возраста котловины Черного моря // Геотектоника. - 1997. - № 1. - С. 59-70.

Юдин В. В. Геодинамика Крыма. - Симфе ро поль: ДИАЙПИ, 2011. - 335 с.

Byerlee J. D., Brace W. F. Stick-slip, stable sliding and earthquakes - effect of rock type, pressure, strain rate and stiffnes // J. Geophys. Res. - 1968. - 73. - P. 6031-6037.

Davis D., Suppe J., Dahlen F. A. Mechanics of fold-andthrust belts and accretionary wedges // J. Geophys. Res. - 1983. - 88. - P. 1153-1172.

Delacou B., Sue C., Champangnac J.-D., Burkhard M. Present-day geodynamics in the bend of the western and central Alps as contrained by earthquake analys // Geophys. J. Int. - 2004. - 158. - P. 753-774.

Ellis S. Forces driving continental collision: reconci ling indentation and mantle subduction tectonics // Geology. - 1996. - 24. - P. 699-702.

Ellis S., Schreurs G., Panien M. Comparisons between analogue and numerical models of thrust wedge development // J. Struct. Geol. - 2004. - 26. - P. 1659-1675.

Hubert-Ferrari A., King G., Manighetti I., Armijo R., Meyer B., Tapponnier P. Long-term elasticity in the continental lithosphere; modelling the Aden Ridge propagation and the Anatolian extrusion process // J. Geophys. Res. - 2003. - 153. - P. 111-132.

Ismail I. A. H., Murrell S. A. F. The effect of confining pressure on stress-drop in compressive rock fracture // Tectonophysics. - 1990. - 175. - P. 237-248.

Lallemand S., Schnurle P., Malavieille J. Coulomb theory applied to accretionary and nonaccretionary wedges: possible causes for tectonic erosion and/or frontal accretion // J. Geophys. Res. - 1994. - 99, № B6. - P. 12033-12055.

Makel G., Walters J. Finite element analyses of thrust tectonics: computer simulation of detachment phase and development of thrust faults // Tectonophysics. - 1993. - 226. - P. 167-185.

Malavieille J. Late orogenic extension in mountain belts: insights from the Basin and Range and late Paleozoic Variscan belt // Tectonics. - 1993. - 12, № 5. - Р. 1115-1130.

Murrell S. A. F., Ismail I. A. H. The effect of decomposition of hydrous minerals on the mechanical properties of rocks at high pressures and temperatures // Tectonophysics. - 1976. - 31. - P. 207-258.

Saintot A., Angelier J., Chorowicz J. Mechanical significance of structural patterns identified by remote sensing studies: a multiscale analysis of tectonic structures in Crimea // Tectonophysics. - 1999. - 313. - P. 187-218.

Upton P. Modelling localization of deformation and fluid flow in a compressional orogen: implications for the Southern Alps of New Zeland // Amer. J. Sci. - 1998. - 298. - P. 296-323.

Vanderhaeghe O., Medvedev S., Fullsack P., Beaumont C., Iamieson R. A. Evolution of orogenic wedges and continental plateaux: insights from crustal thermal-mechanical models overlying subducting mantle lithosphere // Geophys. J. Int. - 2003. -153. - P. 27-51.

Vanderhaeghe O., Teysser C. Partial melting and flow of orogens // Tectonophysics. - 2001. - 342. - P. 451-472.

Published

2013-12-01

How to Cite

Gonchar, V. V. (2013). The collision model of the Crimean orogen - the experience of the finite element method. Geofizičeskij žurnal, 35(6), 146–164. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i6.2013.116526

Issue

Section

Articles