Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

Насуви в геологічній еволюції українських Карпат та динамічні умови їх формування за даними комп'ютерного моделювання

04.00.01 - загальна та регіональна геологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Хом'як Леонід Миколайович

Львів - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі загальної та регіональної геології геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка.

Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Сіворонов Альберт Олексійович,

професор кафедри загальної та регіональної геології

Львівського національного університету

імені Івана Франка.

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Ступка Орест Степанович,

Інститут геології та геохімії горючих копалин НАН України,

завідувач відділу проблем геології Карпат;

кандидат геологічних наук, доцент

Бубняк Ігор Миколайович,

Львівський національний університет імені Івана Франка,

доцент кафедри фізики Землі.

Захист відбудеться " 28 " жовтня 2010 р. о 15³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.051.04 геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 5.

Автореферат розіслано " 24 " вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат геолого-мінералогічних наук Є.М. Сливко

Загальна характеристика роботи

1. Розроблено новий структурно-еволюційний метод визначення часового інтервалу становлення конседиментаційних насувів на підставі структурних співвідношень різновікових комплексів порід, подібності будови, віку наймолодших відкладів у розрізі окремої алохтонної одиниці, супутніх змін складу та структурно-текстурних особливостей відкладів, а також матеріалів палеогеодинамічних реконструкцій.

2. Вперше вирізнено чотири етапи формування складчасто-насувних структур території Українських Карпат, що відбулися в ранній крейді, ранньому палеогені, пізньому еоцені та пізньому олігоцені-ранньому неогені.

3. На підставі геологічних даних та комп'ютерного моделювання детально описано часові межі становлення складчасто-насувних дислокацій кожного етапу, виявлено закономірності їхнього розташування та будови, розкрито геодинамічні передумови формування в контексті еволюції Карпато-Панонського регіону.

4. Предметно обґрунтовано тісний зв'язок режиму седиментації й розподілу фацій у карпатському палеобасейні з проявами тектонічних рухів та формуванням насувних структур, вирізнено стадії седиментації.

5. Вперше побудовано двовимірну комп'ютерну модель карпатського палеобасейну ранньокрейдової епохи, уточнено механізм формування ранніх насувів і вивчено вплив на розвиток деформацій морфології дна та змінної потужності осадового комплексу.

насув геологічна еволюція будова

6. Наведено аргументоване модельними полями напружень і деформацій пояснення морфології, розмірів та особливостей внутрішньої будови насувних структур, досліджено динамічні умови їхнього формування.

Практичне значення одержаних результатів. Вирізнення та детальний опис етапів становлення насувів Українських Карпат сприяє виробленню нового підходу для уточнення геологічної будови та розвитку регіону. З урахуванням отриманих результатів запропоновано зміни в структурно-фаціальних схемах районування та подано оригінальний авторський варіант тектонічного поділу регіону. Наведені пояснення структурного положення, повноти розрізу та особливостей внутрішньої будови окремих насувів можуть бути використані в процесі геологічного довивчення окремих ділянок. Виявлені закономірності механізму становлення насувів та їхня морфологічна типізація доповнюють структурний критерій прогнозу перспектив нафтогазоносності території. Описаний у роботі вплив динаміки формування насувних структур на процес седиментації потрібно враховувати під час вирішення питань стратиграфії та кореляції розрізів, а також літологічних і седиментологічних досліджень відкладів регіону.

Особистий внесок здобувача. Усі головні результати та висновки, викладені в роботі, отримані здобувачем самостійно. Автором особисто розроблено структурно-еволюційний метод визначення віку конседиментаційних насувів, вирізнено та описано етапи формування структури Українських Карпат, обґрунтовано їхні часові межі. Праці [2, 4, 9, 11] опубліковані здобувачем одноосібно. У працях [1, 3, 5, 6, 8, 10, 12] розроблено геологічне обґрунтування будови й контактно-крайових умов комп'ютерних моделей флішового комплексу відкладів за умов колізійного стиснення, виконано структурну та геодинамічну інтерпретацію результатів. Групу параметрів модельних полів напружень і деформацій, важливих для пояснення механізму та умов формування насувів, виділено автором у працях [7, 13].

Фактичний матеріал. Робота виконана на підставі вивчення та аналізу матеріалів з геологічної будови регіону, історії його розвитку, геодинамічних і палеогеографічних реконструкцій, опублікованих у вітчизняних і зарубіжних періодичних виданнях, монографіях, виробничих звітах. Вихідними даними стали також схеми тектонічного районування, геолого-структурні розрізи, стратифіковані розрізи й схеми їхньої кореляції Я.О. Кульчицького, В.В. Глушка, В.В. Кузовенка, В. Є. Шлапінського, В.О. Ващенка, Б.В. Мацьківа, М.Г. Приходька, що зберігаються у фондах ДП "Західукргеологія" НАК "Надра України". На підставі польових досліджень деталізовано відомості про внутрішню структурну організацію насувів та її зв'язок з літологічним складом розрізу. Значну частину аналітичних даних отримано в процесі комп'ютерного моделювання. Аналіз його результатів виконано за графічними матеріалами, на яких детально відображена еволюція модельних полів напружень і деформацій.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень за темою дисертації доповідалися та обговорювалися на: VIII науковій конференції молодих вчених та спеціалістів Інституту геології та геохімії горючих копалин НАН України та НАК "Нафтогаз України" (Львів, 2003); конференції молодих вчених ІГН НАНУ "Сучасні проблеми геологічної науки" (Київ, 2003); науковій конференції, присвяченій 60-річчю геологічного факультету ЛНУ імені Івана Франка (Львів, 2005); Міжнародній науковій конференції до 100-річчя від дня народження члена-кореспондента НАН України М.Р. Ладиженського та 55_річчя Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України "Проблеми геології та нафтогазоносності Карпат" (Львів, 2006); науковій конференції "Геофізичні технології прогнозування та моніторингу геологічного середовища" (Львів, 2008); XIV Міжнародній конференції "Связь поверхностных структур земной коры с глубинными" (Петрозаводск, Россия, 2008); конференціях Наукового товариства ім. Шевченка (Львів, 2008-2009); щорічних (2002-2009) звітних конференціях ЛНУ імені Івана Франка та наукових семінарах кафедри загальної і регіональної геології.

Публікації. Головні результати дисертаційної праці викладені в 13 наукових публікаціях, у тому числі в 7 статтях у наукових фахових виданнях та 6 тезах доповідей на наукових конференціях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, що налічує 204 найменування, 7 додатків. Робота містить 16 рисунків. Загальний обсяг - 221 сторінка, з них основного тексту 150 сторінка, літературні джерела займають 23 сторінки, додатки - 39 сторінок.

Автор щиро вдячний науковому керівнику, доктору геолого-мінералогічних наук, професору А.О. Сіворонову та усім співробітникам кафедри загальної та регіональної геології ЛНУ імені Івана Франка за всебічне сприяння, важливі рекомендації та моральну підтримку. Окрему подяку висловлюю кандидатам фізико-математичних наук, доцентам кафедри фізики Землі В.В. Фурману та М.М. Хом'яку за допомогу у проведенні комп'ютерного моделювання. Автор вдячний також професору В.В. Шевчуку та доценту Л.З. Скакуну за цінні поради й об'єктивні зауваження під час підготовки дисертації, а також старшому науковому співробітнику ІГГГК НАНУ О.М. Гнилку та провідним геологам Тематичної партії ДП "Західукргеологія" В.В. Кузовенку і В.В. Шлапінському за консультації з питань геологічної будови Українських Карпат.

Основний зміст роботи

У першому розділі наведено огляд наукових праць, в яких вивчено проблеми, близькі до теми дисертації. Увагу зосереджено, передусім, на результатах досліджень, виконаних з метою виявлення та обґрунтування віку палеотектонічних рухів, вивчення деформаційного режиму під час становлення насувів та геодинамічних умов розвитку регіону в альпійську тектонічну епоху. Висвітлено також стан досліджень за напрямом комп'ютерного та фізичного моделювання насувних структур.

У другому розділі описано різновікові комплекси порід, що утворюють покриви Українських Карпат. Розглянуто головні риси будови розрізу стратиграфічних підрозділів регіону та їхню фаціальну мінливість. Наведено погляди різних дослідників на спірні питання стратиграфічного розчленування флішових відкладів, кореляції розрізів окремих районів та тектонічного районування території загалом.

У третьому розділі вирізнено та описано етапи становлення насувної структури Українських Карпат. Для визначення часових меж формування окремих насувів розроблено структурно-еволюційний метод. Крім традиційних структурних ознак датування палеотектонічних рухів, він об'єднує низку додаткових критеріїв: стратиграфічну повноту й подібність будови розрізу, однотипність внутрішнього структурного впорядкування насувів, зміну літологічного складу відкладів у горизонтальних і вертикальних фаціальних рядах та загальну геодинамічну еволюцію регіону.

Для опису спрямованих системних змін у геологічному розвитку регіону використано поняття етапу. Етап відповідає одній або декільком тектонічним фазам формування насувних структур, що зумовили зміну палеогеографічної ситуації, перебудову палеобасейну й закономірну еволюцію седиментаційного режиму. В дисертації вирізнено чотири етапи, які за періодом найінтенсивніших тектонічних рухів названі, відповідно, ранньокрейдовим, ранньопалеогеновим, пізньоеоценовим і пізньоолігоценово-міоценовим. Можливий і дрібніший поділ, що вже відповідатиме тектонічним фазам, однак вони не охоплюватимуть якісно відмінних епох в еволюції регіону.

Ранньокрейдовий етап об'єднує три тектонічні фази, які мали різні структурні наслідки для території Українських Карпат. Перші покриви регіону почали формуватися на межі юрського та крейдового періодів (андійська фаза) унаслідок зіткнення терейну Тисія з Мармароською континентальною мікроплитою. Становлення Діловецького й Білопотоцького покривів у метаморфічних комплексах докембрійських та палеозойських порід супроводжувалося зміною палеогеографічної ситуації та складу відкладів. Свідченням цього є піщана товща з конгломератами беріасу, яка осаджувалася перед фронтом зазначених покривів та неузгоджено перекрила вулканогенно-карбонатну серію порід (каменепотоцька світа). Дещо північніше заклався переддуговий жолоб, де вже з пізньоготеривського віку почали формуватися флішові відклади (рахівська й білотисенська світи). У решті акваторії палеобасейну карбонатна седиментація упродовж ранньої крейди також поступово змінюється теригенною. Формуються темноколірні глинисті відклади спаської, шипотської (низи) та дулівської світ, в яких догори за розрізом поступово збільшується частка псамітового матеріалу, і вони набувають ритмічної будови. Це - стадія переходу до флішового режиму седиментації.

Головні тектонічні події ранньокрейдового етапу відбулися у ранньоавстрійську фазу (барем-апт). В баремський вік у бік флішового басейну почав насуватися Білопотоцький покрив. У процесі його переміщення зазнав інтенсивних дислокацій вулканогенно-осадовий комплекс порід, що в сучасній будові відповідає Каменепотоцькому покриву. Під час активізації тектонічних рухів наприкінці апту завершилося формування Діловецького й Білопотоцького покривів, які приєдналися до південніших структур та утворили з ними терейн Тисо-Дацію. У західній частині карпатського палеобасейну в ранньоавстрійську фазу постав терейн Алькапа. Молодші за віком насуви згруповані у пояси алохтонних структур, що утворилися внаслідок дислокацій осадового виповнення карпатського палеобасейну на периферії терейнів Тисо-Дації та Алькапи. Унаслідок переміщення терейну Тисо-Дації на північний схід наприкінці апту утворився Рахівський покрив (рис.1). У процесі становлення зазначених покривів збільшилася територія суходолу, біля якого формувалася соймульська олістострома, а білотисенський фліш заміщувався псамітами буркутської літофації [2].

Завершився ранньокрейдовий етап наприкінці сеноману тектонічними рухами пізньоавстрійської фази. Зі свого фундаменту були тектонічно скальповані відклади білотисенсько-буркутського комплексу, що утворили Буркутський покрив. Свідченням цього є, зокрема, олістостромові відклади у розрізі яловецької світи Красношорського субпокриву.

Середньо-тонкоритмічна будова розрізу флішових відкладів рахівської та білотисенської світ зумовила складний парагенезис складчасто-розривних дислокацій. Такого типу алохтонні структури запропоновано виділяти у морфологічний тип складчастих насувів. Якщо у розрізі наявні буркутські пісковики, то загальна морфологія насувів відповідає складчасто-моноклінальним та моноклінальним структурам.

Ранньопалеогеновий етап. Становленню складчасто-насувних дислокацій цього етапу передувала активізація покривів ранньокрейдової генерації та здіймання території, яку вони займали. Свідченням цього є різка зміна складу відкладів у розрізах верхньої крейди. У Зовнішніх Карпатах тонкоритмічний фліш (яловецька, сухівська світи) поступово переходить у потужні піщані товщі з гравелітами та лінзами конгломератів (чорногорська, красношорська, тарничорська, терешівська світи), що формувалися перед фронтом ранньокрейдових насувів. Біля пасивної окраїни Європейського континенту псаміти (ямненська світа) осаджуються у палеоцені після перебудови палеобасейну у ларамійську фазу. Частка теригенного матеріалу збільшується також у розрізах верхньої крейди (кричевська світа, верхи пухівської світи) фундаменту Закарпатського прогину та Пенінського покриву. На цій підставі вирізнено стадію дистальної флішової седиментації (сеноман-ранній сантон), що наприкінці крейди та у ранньому палеогені змінюється гравітитово-флішовою седиментацією.

У ранньому палеогені насуви Українських Карпат формувалися у двох просторово розрізнених конвергентних зонах, приурочених до терейнів Алькапи та Тисо-Дації (рис.2). Переміщення на північний схід Алькапи зумовило становлення структур фундаменту Закарпатського прогину та Пенінського покриву. У фундаменті прогину вулканогенно-осадовий комплекс порід мезозою з різким стратиграфічним та структурним неузгодженням перекритий відкладами середнього та верхнього палеогену. Виявлені низкою свердловин повторення розрізу мезозою, його закономірні зміни з півдня на північ та субкарпатська зональність є аргументами насувної будови фундаменту [4]. На цьому етапі колізійне стиснення Алькапи досягло також Пенінської частини палеобасейну. Формування пакету дрібних лусок у невеликому за потужністю осадовому комплексі супроводжувалося гравітаційно-сповзневими явищами. У процесі насування алохтону та утворення кожної наступної луски незахоронені седиментацією олістоліти втискалися у слаболітифіковані відклади параавтохтону, що зумовило додаткову анізотропію механічних властивостей розрізу та складний парагенезис складчасто-розривних порушень [11].

У Зовнішніх Карпатах впродовж ранньопалеогенового етапу сформувався новий пояс насувних структур, що в сучасній будові відповідає Говерлянському, південній частині Красношорського (луски Красненської групи) та Терешівському (західна частина Буркутського покриву) субпокривам (див. рис.2). Будова їхнього розрізу свідчить про тотожне палеогеографічне положення та режим седиментації у вихідній частині палеобасейну. Нижня крейда зазначених субпокривів представлена літологічно близькими відкладами шипотської та білотисенської світ. Низам верхньої крейди (сеноман-нижній сантон) відповідає строкатоколірний глинистий фліш, а завершує розріз крейдової системи потужна товща товстошаруватих і масивних пісковиків з прошарками аргілітів, гравелітів та лінзами конгломератів. Залежно від будови розрізу формувалися складчасті луски (у відкладах шипотської, білотисенської, яловецької та сухівської світ) або ліпше виражені морфологічно дворівневі складчасто-моноклінальні насуви (за наявності у розрізі піщаних товщ).

Під час ранньопалеогенового етапу внаслідок загального звуження палеобасейну й збільшення території денудації відбулося зближення південних фацій колізійної зони з північними фаціями пасивної окраїни платформи. Це зумовило часті зміни літологічного складу відкладів у вертикальних та латеральних рядах, що дає підстави виділяти стадію багатофаціальної флішової седиментації (еоцен). Палеоген Пенінського покриву формувався на фронтальних насувах ларамійської фази й має розріз моласоїдного типу. Північніше його у палеобасейні фаціально заміщували шопурсько-драгівський та біловезько-злінський комплекси відкладів.

Пізньоеоценовий етап. Упродовж середнього палеогену в земній корі регіону перманентно збільшувалися напруження стиснення, носіями яких були терейни Тисо-Дації та Алькапа разом з акреційними складчасто-насувними комплексами в облямуваннях. Уже в пізньому еоцені активізувався колізійний фронт Алькапи, внаслідок чого закрилася пенінська частина палеогенового басейну, яка на той час була безпосередньо в зоні конвергентної взаємодії (рис.3). Регенеровані насуви пенінського мезозою проникли у відклади еоцену й зумовили формування дрібних лусок двоповерхової будови. Наприкінці еоцену колізійне стиснення Алькапи поширилося вже на флішовий комплекс прилеглого палеобасейну, з якого утворився Магурсько-Монастирецький покрив.

Колізійний пояс терейну Тисо-Дації в пізньоеоценовий етап був доповнений Скупівським, Свидовецьким, Красношорським, Боржавським та Бачавським субпокривами (див. рис.3). У цих структурах наявний палеоцен-еоценовий елемент розрізу. Скупівський субпокрив морфологічно подібний на велику монокліналь-скибу, яка містить декілька лусок. Головну роль у них відіграє груборитмічний фліш верхньої крейди-палеоцену, а палеоцен-еоценовими відкладами виповнені тилові частини цих структур. Західніше пояс структур цього етапу продовжує Свидовецький субпокрив, складений лусками Близницької скиби. До насувів піренейської генерації в межах Красношорського субпокриву зачислено Вучківську та Вільшанську луски, в яких верхньокрейдово-палеогеновий груборитмічний піщаний фліш нарощений відкладами верхнього еоцену. У витоках р. Боржави вони перекриті насунутим далеко на північний схід Боржавським субпокривом, що представлений подібними за будовою Заньківською лускою та лускою Красної Гранки. Вони складені, переважно, піщаною товщею верхньої крейди-середнього еоцену. Подібну будову має розташований південно-західніше Бачавський субпокрив.

Тектонічні рухи піренейської фази зумовили зменшення поперечних розмірів та диференціації за глибиною карпатського палеобасейну, внаслідок чого на початку олігоцену в ньому формуються фаціально близькі відклади (менілітова, дусинська, лузька світи) та регіональні стратиграфічні горизонти (шешорський, нижньокременевий).

Пізньоолігоценово-міоценовий етап. Складчасто-насувні структури цього етапу мають найповніший розріз, складений відкладами крейди, палеогену та нижнього неогену. Колізійна зона Алькапи відставала, через що олігоценовий палеобасейн мав найбільшу ширину на заході, й, відповідно, його відклади фаціально повніше представлені у Західних Карпатах. Першим у ранньокрейдовий етап закрився залишковий міжтерейновий прогин, з осадового виповнення якого постали Вежанська, Дусинська та Турицька структури (рис.4). Дусинський насув охоплює поле розвитку олігоценових відкладів у межиріччі Латориці й Боржави. Турицька луска морфологічно виражена крупною брахіформною синкліналлю, крила якої складені відкладами палеоцен-еоцену та турицької світи олігоцену, а ядерна частина - пісковиками олігоцену. В середині олігоцену Вежанська, Турицька та Дусінська структури були насунуті з тилу на Терешівський субпокрив. Після цього терейни Алькапи та Тисо-Дації утворили єдиний колізійний фронт, що зумовив закриття залишкового олігоцен-міоценового басейну Зовнішніх Карпат.

Активне переміщення Алькапи на північний схід ще в олігоцені призвело до поступової регресії моря з Дуклянської частини палеобасейну та деформування її осадового комплексу. Колізійне стиснення спершу поширилося на її південну смугу, де утворився Полонинський субпокрив. У сучасній будові він представлений низкою тектонічних останців, найбільшим з яких є напівостанець Полонини Рівної. В олігоцені також почергово утворилися насуви Березнянського та Ставнянського субпокривів. Переміщення Ставнянського субпокриву у бік олігоценового басейну супрводжувалося формуванням олістостроми та збільшенням у розрізі нижньоверховинської підсвіти псамітового матеріалу.

Наприкінці олігоценової епохи утворилися складчасто-насувні дислокації Кросненського покриву, а на межі палеогену-неогену - Скибового покриву. Висновок про таку послідовність становлення насувів зроблено на підставі результатів комп'ютерного моделювання. Виявлено, що тектонічне стиснення поширюється лише на ту частину шаруватого осадового комплексу, яка розташована перед колізійним фронтом, і, відповідно, зазнаватиме першочергового деформування. Потужність і фаціальна мінливість відкладів олігоцену у зазначених покривах зумовлені перманентним просуванням колізійного фронту на північний схід та формуванням насувів. Особливості будови Кросненського покриву визначили літологічний склад відкладів кросненської фації та їхня велика потужність, яка була співмірною або й переважала потужність інших стратиграфічних елементів розрізу.

Внаслідок поновлення тектонічних рухів на межі карпатію і баденію відклади південної частини моласового басейну сформували Бориславо-Покутський покрив. Свідченням цього є олістостромова товща у тиловій лусці Самбірського покриву та баденська трансгресія моря у бік платформи. Швидкість становлення структур Бориславо-Покутського покриву була меншою від синхронного опускання фундаменту неогенового басейну, що сприяло насуванню алохтонних тіл одне на одне в декілька ярусів та захороненню антиформних піднять фронтальної частини. Саме такі складко-луски стали головним типом структур, сприятливих для накопичення та консервації вуглеводнів.

Завершився етап формуванням у пізньому міоцені Самбірського покриву, що призвело до повного закриття неогенового басейну Передкарпаття. Покрив утворений відкладами стебницької та балицької світ отнанг-карпатського віку, і лише у ядерній частині деяких синкліналей збереглися відклади баденію.

У четвертому розділі наведено результати моделювання динамічних умов формування насувів. Комп'ютерне моделювання належить до новітніх методів структурного аналізу, в основі якого лежать співвідношення математичної фізики, розроблені для опису та передбачення деформацій у суцільних матеріалах або середовищах. Суть його полягає у розрахунку напружень у кожній точці моделі геологічного об'єкта, які виникають унаслідок дії об'ємних сил і зовнішніх навантажень, що призводять до деформацій різних типів. Побудова моделі потребує значних обґрунтованих спрощень складної багаторівневої організації природних об'єктів, прийняття певних припущень (про суцільність середовища, первинну будову, фізико-механічні властивості) та ігнорування другорядних чинників чи процесів. Попри це, можливість врахувати реальні розміри об'єктів, фізико-механічні властивості порід, оперувати широким діапазоном значень тиску і температури робить моделювання достатньо об'єктивним та незамінним інструментом дослідження динамо-кінематичних умов становлення геологічних структур.

Методика комп'ютерного моделювання. Комп'ютерне моделювання насувних структур складається з декількох етапів:

1) постановка проблеми, напрямів та завдань дослідження;

2) збір даних про геологічну будову, палеогеодинамічні умови, фізико-механічні властивості порід;

3) побудова серії моделей одного напряму;

4) здійснення розрахунків за допомогою програмного забезпечення, коректування параметрів моделі;

5) графічне представлення (візуалізація) результатів та, за потреби (залежно від можливостей програмного забезпечення), їхня додаткова обробка за спеціальною підпрограмою;

6) аналізування та інтерпретація результатів.

Для дослідження умов становлення насувів здійснено моделювання за трьома напрямами. На моделях першого напряму вивчено динамічні умови, механізм та чинники, що могли діяти під час зародження в ранній крейді перших насувних структур у флішовому комплексі порід. У рамках цього напряму побудовано декілька серій моделей для обґрунтування положення ранніх насувів, з'ясування впливу на розвиток деформацій кінематики переміщення терейну, морфології фундаменту флішового басейну, зміни потужності осадового комплексу (рис.5, а). Завдання другого напряму моделювання полягало у вивченні механізму та умов утворення кожного наступного насувного порушення в осадовому комплексі автохтона в процесі насування на нього алохтона (рис.5, б). Перевірено вплив на розподіл та величину модельних полів напружень і деформацій будови осадового комплексу, його потужності й шаруватої макротекстури, форми передового насуву алохтона та швидкості його переміщення. Третій напрям моделювання орієнтований на вивчення еволюції поля напружень та деформацій окремого насувного тіла під час його насування на параавтохтонний осадовий комплекс (рис.5, в).

Під час побудови серії моделей кожного напряму досліджень вихідними даними були геологічні матеріали про будову Українських Карпат загалом та окремих його покривів, регіональні геотраверси, результати палеогеодинамічних і палеогеографічних реконструкцій. Комп'ютерні моделі для вивчення насувних структур охоплюють комплекс параметрів за трьома головними складовими:

1) геометричні обриси і розміри;

2) структурне впорядкування і фізико-механічні властивості середовища;

3) крайові та контактні умови (задані тиски, переміщення, гравітація). З урахуванням значної протяжності насувів виконано двомірну (плоску) постановку моделей, які тотожні геологічним розрізам навхрест простягання структур [1, 9, 12].

Математична постановка фізично та геометрично-нелінійної контактно-крайової задачі містить співвідношення механіки суцільних середовищ для пружно-пластичного тіла за теорією текучості, з ізотропним зміцненням порід і врахуванням великих нелінійних деформацій та деформацій повзкості за степеневим законом. Для розв'язування системи рівнянь моделі використано метод скінченних елементів з покроковим у часі розрахунком параметрів напружено-деформованого стану (НДС) та ітераційним алгоритмом типу Ньютона-Рафсона для рівнянь рівноваги.

Аналіз отриманих результатів та їхню структурну інтерпретацію виконано за наступними параметрами НДС: величина і розподіл інваріантів напружень; траєкторії головних осей (у₁ і у₃) та площин максимальних дотичних напружень; величина і розподіл загальних деформацій та їхніх складових (пружних, пластичних), положення та орієнтація зон руйнування (за критерієм Байєрлі), параметр виду напружено стану Лоде-Надаї, класифікація розривних порушень за орієнтацією осей головних напружень [7, 13].

Під час аналізу графічних та числових даних комп'ютерного моделювання виявлено визначальний вплив на формування ранніх насувів кінематики колізійного процесу. Напруження та деформації, незалежно від інших чинників, локалізовані на моделях осадового комплексу безпосередньо у зоні конвергентної взаємодії, а з віддаленням від неї змінюються метастабільним літостатичним тиском. У випадку субгоризонтального стиснення осадового комплексу на початку колізії насувні порушення можуть мати пряму (від терейну) та зворотну (до терейну) вергентність, що залежатиме від морфології дна басейну та зміни потужності флішових відкладів. Сприятливими для формування насувних структур прямої вергентності є регіональний профіль дна флішового басейну з вираженою западиною переддугового жолобу та помірне зменшення потужності осадового комплексу від його осі у бік пасивної окраїни платформи. Перше розривне порушення насувного типу в осадовому комплексі утворилося в зоні колізії терейну з фундаментом флішового басейну. Про це свідчать нахил осьової частини області максимальних напружень та деформацій, зони руйнування та параметр Лоде-Надаї. У випадку насувного переміщення терейну можливе становлення розривних та складчастих структур лише прямої вергентності, а інші чинники стають другорядними. За обох кінематичних схем колізії шарувата будова флішового комплексу відкладів визначала величину напружень та деформацій у ньому залежно від літологічного складу, проте не впливала на положення та орієнтацію ранніх насувних структур [3, 5, 8].

У процесі насування структур алохтона напруження й деформації в автохтонному осадовому комплексі локалізувалися перед фронтальним насувом. Розподіл та величину інваріантів поля напружень визначали потужність осадового комплексу, будова його розрізу та форма площини фронтального насуву. Поперечні розміри насувної структури залежать, передусім, від потужності осадового комплексу: чим більша потужність розрізу, тим далі від фронтального насуву розташована зона руйнування. Величина напружень та деформацій швидше збільшувалася на моделях меншої потужності, що сприяло формування в рамках одного етапу більшого числа дрібних лусок (наприклад, Рахівського покриву). Кількість складчасто-насувних структур залежала також від швидкості деформування. Положення площини насування за кутом нахилу було різним на стадії виникнення магістрального розривного порушення та змінювалося в процесі становлення структури. Зона виникнення чергового насувного порушення на моделях узгоджувалася з шириною реальних структур за умови дугоподібної форми передової структури алохтона. У клиноподібній піднасувній частині автохтона формувалися подекуди луски неповного розрізу, складені, переважно, відкладами нижнього стратиграфічного рівня. В процесі подальшого переміщення насув займав достатньо похиле положення, у якому міг передавати колізійне стиснення прилеглому параавтохтону. Пологі до субгоризонтальних насуви формувалися за умови, що прилеглий басейн інтенсивно (або швидше за насування) поглиблювався. Розташовані вони, як правило, у фронті поясу насувів певної тектонічної фази становлення (Буркутський покрив, Ставнянський субпокрив, Берегова та Орівська скиби Скибового покриву).

Шарувата макротекстура осадового комплексу не впливає на місце виникнення у ньому чергового насувного порушення, однак зумовлює особливості деформацій у процесі його становлення [10, 12]. На моделях з шаруватою будовою осадового комплексу рівень еквівалентних напружень збільшується повільніше, порівняно з ізотропною моделлю. Інтенсивність деформацій та межі їхнього поширення уздовж осадового комплексу збільшуються від ізотропної до багатошарових моделей. У процесі становлення насувів пластичні деформації в пачках суттєво глинистих порід та ритмічного перешарування виразилися формуванням складчастих структур. Механізм контактної взаємодії реалізований через взаємне зміщення компетентних шарів по глинистих прошарках, які зазнали розсланцювання та тектонічного виклинювання між верствами грубошаруватих пісковиків. Ділянки виникнення крихких деформацій, передусім тектонічної тріщинуватості, на ізотропній моделі локалізовані в осьовій частині активної зони, що перетинає весь комплекс порід автохтону, а на багатошарових моделях приурочені до компетентних пачок розрізу в межах активної зони. Параметр Лоде-Надаї в межах останньої близький до нуля і відповідає зсувним деформаціям, що підтверджує також класифікація за положенням осей головних нормальних напружень. Масовий розвиток тріщин, паралельних до площини максимальних дотичних напружень, та їхнє проникнення від компетентних у некомпетентні пачки (верстви) розрізу призводить до утворення магістрального насувного порушення.

Висновки