ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 7, с. 3-12
УДК 550.348.098+551.243
ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ
ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ. К ПРОБЛЕМЕ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНОГО ОРОГЕНЕЗА
© 2004 г. |К. И. Кузнецова)Н. В. Лукина1, Ю. Л. Ребецкий1, А. В. Михайлова1, О. А. Кучай2
1Институт физики Земли РАН, г. Москва 2Институт геофизики СО РАН, г. Новосибирск Поступила в редакцию 20.03.2001 г. После доработки 14.10.2003 г.
Для территории Восточной Сибири проведена корреляция расположения и формы области низко-плотностных масс верхней мантии с конфигурацией и морфологией новейших структур в пределах древней Сибирской платформы, огибающего ее новейшего орогенического пояса и Байкальской внутриконтинентальной рифтовой системы.
На основе исследования кинематики активных разломов и знаков компонент тензора сейсмотектонической деформации (СТД) делается вывод, что на воздымающейся в новейшее время Сибирской платформе преобладает горизонтальное растяжение, а отдельные части орогенического кольца находятся в различном напряженном состоянии. В работе эти различия связываются с направлениями перемещения верхнемантийного вещества, на порядок менее вязкого, чем вещество земной коры. Новейшие поднятия, образовавшиеся перед фронтом течения верхнемантийного вещества, находятся в условиях горизонтального сжатия. В тылу же возникают условия растяжения. Показана корреляция расположения новейших тектонических структур с рельефом глубинных границ, преимущественно с рельефом кровли астеносферы, реконструированной по величине теплового потока. Посредством расчета двумерной математической модели, состоящей из трех слоев разной вязкости (на примере Байкальской рифтовой системы и Яблонового хребта за ее пределами), исследовался механизм трансформации горизонтального растяжения в горизонтальное сжатие в верхнем слое ("земной коре") в результате течения низкоплотностного вещества нижнего слоя ("астеносферы"). Получена аналогия с морфологией природных новейших структур.
В работе делается вывод о едином генезисе различных типов неотектонических структур Восточной Сибири, обусловленных течением вещества астеносферы и неровным рельефом ее кровли.
ВВЕДЕНИЕ
Причины новейшего внутриконтинентального орогенеза рассматриваются авторами статьи, в первую очередь, как зависимость напряженного состояния земной коры от перемещений вещества верхней мантии. Земная кора имеет вязкость, на порядок превосходящую по величине вязкость вещества верхней мантии и на два порядка вязкость астеносферы [Жарков, 1978]. Поднимаясь из недр, вещество астеносферы деформирует верхнюю мантию и земную кору и, встречая их сопротивление, начинает двигаться горизонтально с разной скоростью, создавая участки растяжения и сжатия, а, следовательно, и условия для возникновения неотектонических структур. В этом состоит взаимообусловленность деформаций верхних оболочек Земли, являющаяся предметом наших исследований.
Подход к пониманию механизма новейшего орогенеза лежит через анализ комплекса данных: геофизических о свойствах и мощностях верхней мантии и астеносферы; сейсмотектонических, геологических и неотектонических о новейших де-
формациях нижних и верхних горизонтов земной коры и, наконец геоморфологических и аэрокосмических - о рельефе земной поверхности.
В пределах Восточной Сибири нашими исследованиями охвачены: 1) древняя Сибирская платформа, выраженная в рельефе Средне-Сибирским плоскогорьем; 2) обрамляющий платформу новейший орогенический пояс, представленный незамкнутым кольцом горных хребтов длиной около 8000 км, и 3) внутриконтинентальная Байкальская рифтовая система (БРС) (рис. 1). Для этой территории были сопоставлены карты: плотностных неоднородностей верхней мантии, скоростей прохождения поперечных сейсмических волн в верхнем (50 км) слое мантии, толщины литосферы, толщины земной коры, теплового потока, механизмов очагов землетрясений, трех компонент сейсмотектонической деформации (СТД), неотектонической структуры и амплитуд новейших движений, кинематики активных разломов и рельефа земной поверхности. Комплек-сирование этих данных позволило выявить корреляционные связи между глубинным строением
Рис. 1. Аномалии плотности вещества верхней мантии: отрицательные (минус) и положительные (плюс) (по [М.Е. Артемьеву, 1975]); значения вертикальной компоненты сейсмотектонической деформации (в квадратиках): сокращение (минус) и удлинение (плюс), (рассчитаны О.А. Кучай по методике Ю.В. Ризниченко); горные хребты (жирные линии) новейшего орогенического пояса Восточной Сибири.
и пространственным расположением различных типов неотектонических структур региона.
ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ И НОВЕЙШИЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ
Плотностные неоднородности верхней мантии и тепловой поток. Известно, что значительная часть обширного региона Восточной Сибири характеризуется отрицательными аномалиями плотности вещества верхней мантии [Артемьев, 1975; 1991]. Контур разуплотненных масс располагается в пределах южной части древней Сибирской платформы, конформно с ее границей, а максимально разуплотненных масс - под БРС. В целом, этот контур вытянут с юго-запада на северо-восток (рис. 1). Для этой территории характерны и
наименьшие скорости прохождения поперечных сейсмических волн в верхнем 50-километровом слое мантии, равные 4.30-4.45 км/сек, по сравнению с 4.55-4.70 км/сек и более в северной части платформы [Кожевников, Зорин, 1997].
Наиболее высокий тепловой поток констатируется в центральной части БРС (70-90 мВт/м2 и более), а также в депрессии между хребтами Верхоянским и Черского (70-90 мВт/м2); на Сибирской платформе он невысок [Лысак и др., 1992]. Корреляция этих данных с толщиной литосферы позволила К.Г. Леви оценить глубину залегания кровли астеносферы [Карта..., 1986], которая имеет минимальные значения (менее 50 км) в пределах БРС и максимальные (более 200 км) в северной части Сибирской платформы. Земная кора наиболее тонкая (35.5-37 км) над областью на-
именьшей плотности верхнемантийных масс в БРС, а наиболее толстая (до 55 км) - под новейшими горными сооружениями [Тектоническая..., 1977; Сейсмическое., 1977].
Механизмы очагов землетрясений и сейсмотектоническая деформация (СТД) характеризуют напряженно-деформированное состояние сейсмоактивной части земной коры. По данным о механизмах очагов землетрясений, новейший орогенический пояс испытывает субгоризонтальное юго-запад-северо-восточное сжатие и соответственно северо-запад-юго-восточное растяжение [Геодинамические., 1987; Геодинамика., 1985; Имаев, 1986; Имаев и др., 1990; Жалковский и др., 1995]. Механизмы очагов землетрясений БРС свидетельствуют о субгоризонтальном растяжении системы в юго-восточном направлении [Сейсмическое., 1977; Геология., 1985].
Вертикальная компонента тензора СТД, рассчитанная O.A. Кучай по методике Ю.В. Ризни-ченко (рис. 1), дала положительные значения в горных хребтах, обрамляющих Сибирскую платформу. Соответственно, здесь отрицательны либо меридиональная, либо широтная горизонтальные компоненты тензора (либо обе < 0), т.е. происходит субгоризонтальное сокращение. В БРС констатируется отрицательное значение вертикальной компоненты СТД, что подтверждает субгоризонтальное растяжение рифтовой системы.
Неотектонические структуры и кинематика активных разломов согласуются с деформациями и напряженным состоянием сейсмогенного слоя земной коры.
Древняя Сибирская платформа в новейшее время испытала сводообразное поднятие от первых сотен до 1000 метров, а в пределах северной части даже до 1700 м [Карта новейшей., 1979; Гришин и др., 1985]. При этом в ее пределах сформировались структуры растяжения: возникшие в последние 130 тыс. лет активные раздвиги и сбросы северо-запад-юго-восточного простирания в северной части и меридиональные в южной (рис. 2). Границей платформы является активный в настоящее время краевой шов. На западе и севере он представляет собой взброс над молодой ЗападноСибирской плитой, Хатангским прогибом и шельфом моря Лаптевых [Карта., 1986; Лукина, Па-тык-Кара, 2002]. На востоке, юге и юго-западе платформенные структуры пододвинуты под Верхоянский хребет, Сетте-Дабан, Алданский щит и горные системы Восточного Саяна. При этом перед хребтами сформировались новейшие передовые прогибы. Юго-восточная граница платформы с БРС представляет собой сбросовую структуру, выраженную Приморским или Обручевским и Северо-Байкальским активными разломами. Сбросом является краевой шов Сибирской платформы
на западе у южной оконечности Енисейского кряжа [Лукина, 1996].
Амплитуды новейших тектонических поднятий орогенического пояса составляют 2500-3000 м. Кинематика активных разломов в разных его частях неодинакова. Для восточного сегмента типичны надвиги и взбросы, субмеридиональные правые и субширотные левые взбросо-сдвиги, свидетельствующие об условиях горизонтального ЮЗ-СВ сжатия и СЗ-ЮВ растяжения. Для западных хребтов, южного окончания Енисейского кряжа и Кузнецкого Алатау, характерны структуры растяжения: активные сбросы и раздвиги [Неотектоника., 1988].
Таким образом, новейшие горизонтальные растягивающие усилия в центре Сибирской платформы трансформируются за ее пределами на СВ и В в субгоризонтальное сжатие. Это свидетельствует об асимметричном субгоризонтальном движении низкоплотностного вещества верхней мантии под Сибирской платформой с ЮЗ на СВ, создающем перед своим северо-восточным и восточным фронтом условия горизонтального сжатия, а на западе, в тылу, - условия растяжения. Эти представления согласуются с выводом М.Е. Артемьева [1991] о перемещении разуплотненных масс верхней мантии под Евразией с запада на восток. Таким образом, Сибирская платформа не пассивна, как это считалось ранее [Тулохонов, 1984], по отношению к ее новейшему горно-складчатому обрамлению.
Аналогичная картина трансформации горизонтального растяжения в горизонтальное сжатие была описана нами на примере Алтае-Саян-ской области, где горизонтальное растяжение над астеносферным сводом сменилось над его склонами субгоризонтальным сжатием в коре, обусловившим формирование новейших орогеничес-ких сооружений [Кузнецова и др., 1999]).
Байкальская р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.