Программа курса "Тектонофизика и экспериментальная тектоника"

Приложение 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Учебно-методическое объединение по классическому университетскому образованию Учебно-методической Совет по геологии

УТВЕРЖДАЮ

Председатель Совета

_____________________

'___'__________________200_____г.

Магистерская программа дисциплины

ТЕКТОНОФИЗИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕКТОНИКА

Рекомендуется для направления подготовки

020300 Геология

Москва 200__ г.

1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина 'Тектонофизика и экспериментальная тектоника' читается в 9‑10-м семестрaх магистрантам. Она относится к базовой части учебного цикла математических и естественнонаучных дисциплин, являясь фундаментальной дисциплиной. Она основана на предшествующих фундаментальных курсах 'Физика', 'Структурная геология и геологическое картирование', 'Тектонофизика' и 'Геотектоника и геодинамика'. Дисциплина имеет своей целью дать и в конце курса направлена на приобретение первых навыков экспериментального воспроизведения тектонических структур разного масштабного ранга в Лаборатории тектонофизики и геотектоники им. В.В. Белоусова Кафедры динамической геологии.

Задачи дисциплины: получение начальных сведений о тектонофизике, принципах и методах физического моделирования тектонических структур.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины магистрант должен:

Знать: основы механики деформаций и разрушения твердых тел; особенности механизма тектонических деформаций; принципы и методы экспериментальной тектоники; особенности физического моделирование тектонических структур разного ранга.

Уметь: отличать однородность сплошной среды и ее деформаций от неоднородности этой среды и ее деформаций в геологических телах разного масштабного ранга; понимать тектоническое течение как сочетание поступательного движения, вращения и деформации элементарных объемов геологической сплошной среды; различать в напряженном состоянии общее напряжение, равномерное всестороннее сжатие (давление) и девиаторное напряжение, а также роль этих видов напряжения в деформации элементарного объема; различать механизмы пластической деформации в зависимости от ранга деформируемого тела; учитывать относительность понятий о пластической и разрывной деформации в зависимости от соотношения размеров тел и нарушающих их сплошность разрывов (трещин); учитывать различия и изменчивость деформационных свойств горных пород и толщ при разных значениях 'внешних' параметров (температуры, литостатического давления и наличия флюидов); оценивать влияние силы тяжести на тектонические деформации.

Демонстрировать умение соблюдать условия геометрического и физического подобия при физическом моделировании тектонических деформаций; конструировать простейшие приборы и подбирать эквивалентные материалы для такого моделирования.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
Вид учебной работы	Всего часов	9	10
Общая трудоемкость дисциплины	78	26	52
Аудиторные занятия:
Лекции	18	12	6
Практические занятия (ПЗ)	4	4	-
Семинары (С)	4	2	2
Лабораторные работы (ЛР)	14	-	14
Самостоятельная работа:
Реферат	28		28
Виды промежуточного контроля:
Контрольные работы письменные	4	4	-
Тестовый контроль	2	2	-
Зачет	2	2	-
Экзамен может проходить на основании 3 промежуточных работ и оценки за реферат	2	-	2

4. Разделы дисциплины и виды занятий

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

?? п.п.	Наименование раздела дисциплины	Лек-ции	Практ. зан.	Лаб. зан.	Семин.	СРС
1	Основы механики деформаций и разрушения твердых тел	+	+		+
2	Особенности механизма тектонических деформаций	+	+		+
3	Принципы и методы экспериментальной тектоники	+	+	+
4	Физическое моделирование тектонических структур разного ранга	+		+		+

4.2. Содержание разделов дисциплины

п.п.

Наименование

раздела дисциплины

Содержание работы

Основы механики деформаций

и разрушения твердых тел

1.1. Представление о земной коре как механически неоднородной среде. Неоднородности разных рангов. Возможность применения понятия сплошной среды с учетом дискретного строения реальных геологических тел (минералов, пород, толщ). Однородность и неоднородность, изотропия и анизотропия сплошной среды.

1.2. Тектоническое течение как сочетание поступательного движения, вращения и деформации элементарных объемов геологической сплошной среды. Понятие о течении в механике сплошной среды. Тектоническое течение. Относительность понятия однородности деформации применительно к телам разного масштабного ранга. Взаимосвязь полей поступательного перемещения, вращения и деформации элементарных объемов геологической сплошной среды.

1.3. Напряженное состояние сплошной среды. Главные оси напряжений. Общее напряжение как сочетание равномерного всестороннего сжатия и девиаторного напряжения, роль этих составляющих в деформации элементарного объема.

1.4. Взаимоотношение напряжений и деформаций (элементы реологии). Механизмы пластической деформации в зависимости от ранга деформируемого тела. Релаксация и ползучесть.

1.5. Прочность и разрушение тел. Относительность понятий о пластической и разрывной деформации в зависимости от соотношения размеров тел и нарушающих их сплошность разрывов (трещин). Разрывная деформация некоторого объема среды как механизм пластической деформации более крупного объема, альтернатива пластической деформации соразмерного объема и координатор пластической деформации более мелких объемов. Разрывное нарушение как предельный случай неоднородности деформации.

Особенности механизма тектонических деформаций

2.1. Деформационные свойства горных пород и толщ. Различия и изменчивость деформационных свойств горных пород и толщ при разных значениях 'внешних' параметров. Роль поровых и трещинных флюидов. Зависимость деформационных свойств геологических тел от их ранга и размера (минералов, пород, слоистых толщ пород). Влияние неоднородности и анизотропии строения тел на их деформационные свойства.

2.2. Неустойчивость пластической деформации однородной среды. Разрывообразование как предельный случай неустойчивости пластической деформации. Энергетическая причина неустойчивости деформации. Усиление неустойчивости деформации в случае неоднородной среды.

2.4. Влияние силы тяжести на тектонические деформации. Тектоническое течение, обусловленное силой тяжести. Инверсия плотности в земной коре, причины ее возникновения и ее роль в тектонических деформациях. Критерий устойчивости Рэлея. Условия возникновения конвекции. Условия функционирования конвекции в линейной или купольной формах.

2.5. Геологическая среда как неоднородная иерархически построенная система разномасштабных структурных элементов

2.6. Влияние неоднородности геологической среды на процесс и результат протекания динамических процессов.

Принципы и методы экспериментальной тектоники

3.1. Специфика тектонических деформаций, обусловленная большими объемами горных пород и длительностью процесса. Значение метода моделирования. Принципы физического моделирования тектонических деформаций. Условия геометрического и физического подобия.

3.2. Техника физического моделирования. Эквивалентные материалы. Упрощение моделирования в случае автоматического выполнения условий подобия. История физического моделирования. Воспроизведение различных структурных форм с применением эквивалентных материалов.

Физическое моделирование

тектонических структур разного ранга

4.1. Иерархическая геодинамика. Ограниченность концепции тектоники литосферных плит. Иерархия геосфер и толщ Земли как основа создания концепции иерархической геодинамики. Геодинамика иерархически соподчиненных геосфер.

4.2. Панглобальная геодинамическая система 0-го ранга (ГС-0). Моделирование дифференцированного вращения геосфер Земли и западной компоненты дрейфа континентов. Моделирование сети планетарной трещиноватости.

4.3. Глобальная геодинамическая система 1-го ранга (ГС-1). Возможности моделирования дрейфа континентов. Перспективы моделирования распада и возникновения суперконтинентов.

4.4. Субглобальная геодинамическая система 2-го ранга (ГС-2). Моделирование спрединга. Моделирование субдукции.

4.5. Надрегиональная геодинамическая система 3-го ранга (ГС-3). Моделирование мантийных диапиров под задуговыми бассейнами и сопряженных с ними зон субдукции. Моделирование системы продольных поднятий и впадин в зонах коллизии. Моделирование шарьяжей. Моделирование рифтовых систем. Моделирование системы поперечных впадин в зонах спрединга. Моделирование трансформных разломов.

4.6. Региональная геодинамическая система 4-го ранга (ГС-4). Моделирование системы антиклинориев и синклинориев и осложняющих их складок. Моделирование соляных куполов. Моделирование разрывных нарушений различного кинематического типа - сбросов, взбросов, сдвигов.

4.7. Локальные геодинамические системы мелкомасштабных рангов. Моделирование отдельных складок. Моделирование кливажа. Моделирование трещиноватости и мелких разрывов. Моделирование тектонического разлинзования слоев и будинажа.

4.8. Моделирование тектонических деформаций с учетом неоднородностей геологической среды. Эксперименты с введением в деформируемый объем исходной макроструктуры: а) зерен и их агрегатов; б) слоистости.

5. Лабораторный практикум

?? п.п.

Наименование

раздела дисциплины

Наименование

лабораторных работ

Принципы и методы экспериментальной тектоники

Практический выбор, в соответствии с условиями подобия, эквивалентных материалов для экспериментального воспроизведения тектонических структур разного ранга

Физическое моделирование тектонических структур разного ранга

Практическое экспериментальное воспроизведение тектонических структур разного ранга

6. Реферат

Реферат подготавливается по мотивам любых разделов курса 'Тектонофизика и экспериментальная тектоника', выбирается студентом под руководством его научного руководителя и контролируется преподавателем, читающим 'Тектонофизика и экспериментальная тектоника'. В большинстве случаев основывается на результатах его экспериментальной работы и защищается на комиссии. На выполнение реферата отводится 2 месяца.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Гончаров М.А., Талицкий В Г., Фролова Н.С. Введение в тектонофизику. М.: Книжный дом 'Университет', 2005. 496 с.

2. Методы моделирования в структурной геологии / В.В. Белоусов, А.В. Вихерт, М.А. Гончаров и др. М.: Недра, 1988. 222 с.

3. Экспериментальная тектоника: (Методы, результаты, перспективы). М.: Наука, 1989. 302 с.

Дополнительная:

А. Тектонофизика

4. Белоусов В.В. Структурная геология. 3-е изд. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 244 с.

5. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.

6. Гончаров М.А. Кливаж // Очерки структурной геологии сложнодислоцированных толщ. 2‑е изд. М.: Недра, 1977. С. 93-119.

7. Гончаров М.А. Механизм геосинклинального складкообразования. М.: Недра, 1988. 264 с.

8. Гончаров М.А. Различные иерархические взаимоотношения пластической и разрывной деформаций // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1996. ? 5. С. 27-34.

9. Гончаров М.А. Количественные соотношения геодинамических систем и геодинамических циклов разного ранга // Геотектоника. 2006. ? 2. С. 3-23.

10. Гончаров М.А., Фролова Н.С. Поперечная неоднородность океанской литосферы как фактор формирования трансформных разломов СОХ: результаты физического моделирования // Геология, Геохимия и Геофизика на рубеже XX и XXI веков. Том 1. М.: Связь-Принт, 2002. С. 38-40.

11. Кирдяшкин А.Г. Тепловые гравитационные течения и теплообмен в астеносфере. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1989. 81 с.

12. Лебедева Н.Б. Роль неоднородностей горных пород в процессе образования кливажа // Геотектоника. 1976. ? 2. С. 31-43.

13. Лукьянов А.В. Пластическая деформация и тектоническое течение в литосфере. М.: Наука, 1991. 144 с.

14. М.В. Гзовский и развитие тектонофизики. М.: Наука, 2000. 350 с.

15. Николя А. Основы деформации горных пород. М.: Мир, 1992. 167 с.

16. Проблемы эволюции тектоносферы. М.: ОИФЗ РАН, 1997. 415 с.

17. Пущаровский Ю.М., Пущаровский Д.Ю. О тектоно-геодинамической модели Земли нового поколения - обзор проблемы // Геотектоника. 2006. ? 3. С. 3-8.

18. Разломообразование в литосфере. Зоны сдвига / С.И. Шерман, К.Ж. Семинский, С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1991. 262 с.

19. Разломообразование в литосфере. Зоны растяжения / С.И. Шерман, К.Ж. Семинский, С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1992. 228 с.

20. Разломообразование в литосфере. Зоны сжатия / С.И. Шерман, К.Ж. Семинский, С.А. Борняков и др. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1994. 263 с.

21. Рамберг Х. Сила тяжести и деформации в земной коре. М.: Недра, 1985. 399 с.

22. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал 'Гео', 2003. 244 с.

23. Тектонофизика сегодня (к юбилею М.В. Гзовского) / Отв. Ред. В.Н. Страхов, Ю.Г. Леонов. М.: ОИФЗ РАН, 2002. 436 с.

24. Трубицын В.П., Рыков В.В. Мантийная конвекция с плавающими континентами // Проблемы глобальной геодинамики. М.: ГЕОС, 2000. С. 7-28.

25. Хаин В.Е. Важное достижение отечественной науки (рецензия и комментарий к книге 'Введение в тектонофизику') // Геотектоника. 2006. ? 1. С. 95-96.

26. Хаин В.Е., Гончаров М.А. Геодинамические циклы и геодинамические системы разного ранга: их соотношение и эволюция в истории Земли // Геотектоника. 2006. ? 5. С. 3-23.

27. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики // М.: Изд-во МГУ, 1995. 476 с.

28. Davis G.H., Reynolds S.J. Structural geology of rocks and regions. 2nd edition. New York: John Wiley & Sons, 1996. 776 p.

29. Mandl G. Mechanics of tectonic faulting. Elsevier, 1988.

30. Ramsay J.G. Folding and fracturing of rocks. New York: McGraw-Hill, 1967. 568 p.

31. Ramsay J.G., Huber M.I. The techniques of modern structural geology. V. 2. London: Academ. Press. Incorp., 1987. P. 309-700.

32. Smith A.D., Lewis Ch. Differential rotation of lithosphere and mantle and the driving forces of plate tectonics // Journal of Geodynamics. 1999. Vol. 28. N. 2/3. P. 97-116.

Б. Экспериментальная тектоника

33. Белоусов В.В., Гзовский М.В. Экспериментальная тектоника. М., Недра, 1964. 117с.

34. *Белоусов В.В., Гончаров М.А. Автоматическое выполнение условий подобия в простейших случаях тектонического моделирования // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев, Наукова думка. 1991. С. 16-20.

35. Бобряков А.П., Ревуженко А.Ф., Шемякин Е.И. Приливное деформирование планет: опыт экспериментального моделирования // Геотектоника. 1991. ? 6. С. 21-35.

36. *Бондаренко П.М. Моделирование надвиговых дислокаций в складчатых областях. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1976. (Тр. Ин-та геологии и геофизики, вып. 267.) 119 с.

37. Вихерт А.В. Эквивалентные вещества, полимеры и горные породы // Проблемы эволюции тектоносферы. М., ОИФЗ РАН, 1997. С. 259-274.

38. Громин В.И., Запорожченко А.А. Экспериментальная тектоника. Библиография (1812-1970 г.г.).

39. Грохольский А.Л., Ушаков С.А. Экспериментальное моделирование геодинамических процессов на границах литосферных плит // Жизнь Земли. Синергетика. Экология. Геодинамика. Музееведение: Сб. научн. тр. М.: Изд-во МГУ, 2001. С.162-194.

40. *Гутерман В.Г. Механизмы тектогенеза (по результатам тектонофизического моделирования). Киев: Наукова думка, 1987. 172 с.

41. *Гутерман В.Г. , Михайлова А.В. Физическое моделирование тектонических процессов и структур // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев, Наукова думка, 1991. С. 12-16.

42. *Лукьянов А.В. Эксперимент в тектонике // Экспериментальная тектоника: (Методы, результаты, перспективы). М.: Наука, 1989. С. 9-31.

43. *Шерман С.И. Современные проблемы экспериментальной тектоники // Экспериментальная тектоника и полевая тектонофизика. Киев, Наукова думка, 1991. С. 3-12.

44. Экспериментальная тектоника в теоретической и прикладной геологии. М., Наука, 1985.

45. Currie J.B. Experimental structural geology //Earth. Sci. Rev., 1966. Vol. 1. N 1.

Примечание. * обозначает наличие полного или частичного файла в комн. 821 (компьютерном классе): M:\USER\GONCH\УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ\МАГИСТРЫ.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

При освоении дисциплины необходима лаборатория, оснащенная приборами и эквивалентными материалами для экспериментального воспроизведения тектонических структур разного ранга, а также фотоаппаратом с соответствующей световой установкой для фотографирования экспериментальных образцов и компьютером для оформления экспериментов как в текстовом (с программой Word), так и в графическом (с программами Adobe Photoshop и CorelDraw), а для некоторых экспериментов и в аналитическом (с программой Basic) виде.

9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Рекомендуемые образовательные технологии: лекции, практические занятия с постановкой и решением прямых и обратных задач тектонофизики, семинары с обсуждением проблем тектонофизики, лабораторные работы с экспериментальным воспроизведением тектонических структур разного ранга, реферат как элемент подготовки для написания магистерской диссертации.

Для текущей и промежуточной аттестации магистрантов в 9-ом семестре выполняются 2 письменные контрольные работы по основным разделам (модулям) дисциплины.

Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020300 Геология.

Разработчики:

заведующий Лабораторией тектонофизики и геотектоники

им. В.В. Белоусова

Геологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова,

доктор геолого-минералогических наук /М.А. Гончаров/

старший научный сотрудник Лабораторией тектонофизики и геотектоники им. В.В. Белоусова

Геологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова,

кандидат геолого-минералогических наук /Н.С. Фролова/

Эксперты:

Зам. Пред. УМС по геологии,

профессор /В.А. Богословский/