ГЕОТЕКТОНИКА, 2014, № 4, с. 23-43
УДК 551.248.2
НОВЕЙШЕЕ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ ВОСТОКА РУССКОЙ ПЛИТЫ И УРАЛА ПО МАКРО- И МЕЗОСТРУКТУРНЫМ ДАННЫМ
© 2014 г. М. Л. Копп1, В. Е. Вержбицкий2, А. А. Колесниченко1, Т. Ю. Тверитинова5, Н. Ю. Васильев3, В. А. Корчемагин4, А. О. Мострюков5, А. И. Иоффе1
Геологический институт РАН, 119017, Москва, Пыжевский пер., д. 7 e-mail: mlkopp@mail.ru
2Институт океанологии РАН им. П.П. Ширшова, 117851, Москва, Нахимовский просп., д. 36 3Российский государственный геолого-разведочный университет, 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23 4Донецкий национальный технический университет, Украина, 83001, Донецк, ул. Артема, д. 58 5Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта, 123995, Москва, Б. Грузинская ул., д. 10
Поступила в редакцию 02.09.2013 г.
В статье впервые представлена картографическая реконструкция новейшего поля напряжений юго-востока Русской плиты и Южного Урала, выполненная на основе компьютеризированного структурно-кинематического анализа обширного массива замеров мезоструктурных кинематических маркеров. Ее сопоставление с макро- и мезоструктурными данными о динамике новейших дислокаций на платформе приводит к следующим выводам: (1) пространственные вариации этого поля отражают давление на платформенную литосферу стрессов, исходящих от коллизионного орогена Кавказа—Копетдага и внутриплитного линейного поднятия новейшего Урала, предположительно связанного с Центральноазиатской зоной коллизии; (2) при прохождении через неоднородную кору платформы коллизионные напряжения искажались: в вертикальном разрезе сжатие (особенно в сдвиговом стресс-режиме) снижалось вверх и даже замещалось растяжением над растущими козырьками надвигов и вершинами валов, а в плановой проекции сжатие (в том числе, в сдвиговом режиме) возрастало на поднятиях фундамента; около же синеклиз, напротив, усиливались растяжение и направленное к ним латеральное выжимание масс по сдвигам; (3) результаты реконструкции, сделанной на основе анализа данных разного масштаба и типа: материалов макро- и мезоструктур-ных наблюдений, а также обрабатывавшихся разными способами статистического анализа (при лидирующем использовании компьютерных программ) принципиально не противоречат, но дополняют друг друга. В комплексе они предоставляют наиболее полную картину новейшего напряженного состояния; (4) результаты работы могут быть использованы в прикладных целях — для уточнения кинематики известных разрывов, особенно выявления сдвиговых смещений, и анализе приуроченности внутриплатформенных землетрясений к разрывам и флексурам той или иной кинематики, в целом же они свидетельствуют о перспективности тектодинамического анализа при решении регионально-тектонических задач.
Ключевые слова: внутриплитные дислокации, мезоструктура, неотектоника, поле напряжений, Русская плита, Урал
Б01: 10.7868/80016853X14040067
ВВЕДЕНИЕ
Предмет статьи — динамика формирования широко развитых на платформенных территориях востока Русской плиты и Урала новейших дислокаций. Представленные пучками валов (иногда со взбросами в ядре), эти структуры невелики по амплитуде: наклон слоев редко превышает 10°— 20°. Однако именно эти дислокации определили рельеф Русской равнины и Урала, строение многих нефтяных и соляных месторождений. Они же контролируют редкие проявления сейсмичности. Между тем, природа этих структур до сих пор вы-
зывает активные дискуссии. Не выработаны признанные представления об их возрасте (внутри кайнозоя), а также о степени унаследованности от древних структур. Остается неясным их вклад в суммарную структуру чехла и иногда преувеличивается: на некоторых изданных картах массовость изображения слабо подтвержденных альпийских разрывов сжатия (надвигов и сдвигов) иногда выглядит необоснованной, и непонятно, почему при таком сильном сжатии слои лежат почти горизонтально. При этом повышенное внимание уделяется надвигам, хотя встречаются также
сдвиги и сбросы. Структуры растяжения часто вообще игнорируются, но, как будет показано, участки растяжения распространены не менее широко.
Особенные споры идут по поводу происхождения рассматриваемых дислокаций. В целом они связываются с горизонтальным сжатием [14, 15, 17, 22, 23, 38-41, 43, 45, 46, 52-54], но при этом высказываются разные, а иногда и полярные мнения по поводу происхождения напряжений: связаны ли они с взаимодействием литосферных плит или же с местными внутриплитными источниками. Предпочтительно рассматриваются так называемые удаленные стрессы (far fields, far stresses), исходящие от активных границ плит, но при этом высказываются диаметральные мнения по поводу источников напряжений: их связывают то с коллизией на южной границе Евразийской плиты [21, 22, 39-41, 52, 53], то с давлением от зоны спрединга на севере [14, 20, 50]. В то же время некоторые полагают, что передача напряжений на столь большие (более 1000 км) расстояния от границ плит вообще невозможна физически [37, Ю.Л. Ребецкий (устное сообщение)].
Вышесказанное иллюстрирует важность знания динамики формирования рассматриваемых дислокаций. Однако именно она наименее изучена - если не считать единичных, но ярких работ на Тимане, Донбассе и в отдельных местах Московской синеклизы [14, 38, 50, 54]. Между тем, эти работы показали возможность применения в условиях платформенного чехла методик, основанных на фиксации ориентировки кинематических маркеров мезотектонического масштаба: зеркал и борозд скольжения, жил, стилолитов и т.п. Представительные кинематические маркеры встречаются повсеместно, в том числе, и в сла-
босцементированных породах верхнего мезозоя-кайнозоя [4, 22, 23, 30, 31, 34, 38]. Статистический анализ массовых замеров таких мезоструктур позволяет точно оценить параметры напряжений: ориентацию и наклон главных осей, характер стресс-режима (сжатие, растяжение, сдвиг и др.) и, в итоге, создать карты траекторий напряжений разного знака.
Поскольку общая картина поля новейших напряжений рассматриваемого региона отсутствовала, ее разработка явилась одной из задач проводимых в Геологическом институте РАН (с участием других организаций) исследований, инициированных акад. Ю.Г. Леоновым и продолжавшихся более 15 лет [13, 22, 40 и мн. др.]. Конкретным поводом для настоящего обобщения явилось то, что за это время авторы собрали уникальный массив данных, насчитывающий более 12000 полевых замеров кинематических маркеров. При этом, что особенно важно для наших целей, их значительная часть собрана в верхнемезозойских и кайнозойских породах, то есть эти данные характеризуют кайнозойское поле деформаций, а замеры в породах неогена-квартера напрямую относятся к новейшему этапу.
Частично результаты исследований (касающиеся Окско-Донского новейшего прогиба, Жигулевских и Саратовских дислокаций и свода Общего Сырта) обобщены в работе [22]. компьютерная обработка данных осуществлялась О.И. Гущенко. Рассматриваемая в статье территория включает, помимо перечисленных, регионы Южного Урала и Мугоджар, а на Русской плите — Керенско-Чембарские, Сурско-Мокшинские и Вятские дислокации, Донбасс и поднятия При-уралья. Таким образом, представляемая здесь реконструкция охватывает почти весь центр и во-
Рис. 1. Карта новейших напряжений востока Русской плиты и Урала
1, 2 — компьютерная реконструкция горизонтальных проекций главных нормальных осей эллипсоида напряжений (наклоны осей к горизонту направлены от точки в центре символа, а величина наклона обратно пропорциональна длине штриха): 1 — ось сжатия, 2 — ось растяжения; 3—16 — элементы макроструктуры, содержащие информацию о типе стресс-режима: 3—5 — пликативные структуры: 3 — контуры линейных мегавалов и брахиморфных поднятий, замкнутых и незамкнутых, 4 — оси валов и линейных антиклиналей, 5 — оси валов, новейший возраст которых, только предполагается; 6—14 — дизъюнктивные структуры и флексуры: 6—11 — откартированные разрывы, в том числе: 6 — разрывы неясной кинематики, 7 — взбросы и надвиги: а — установленные, б — предполагаемые по мезоструктурным данным, 8 — сбросы; 9—11 — сдвиги, с кинематикой: 9 — доказанной смещениями структур, 10 — предполагаемой по особенностям структурного рисунка, 11 — то же, с подтверждением по мезоструктурным данным; 12 — зоны мелких надвиговых деформаций и брекчирования; 13, 14 — флексуры: 13 — вертикальные (штрихи — по падению смыкающего крыла), 14 — горизонтальные, с кинематикой сдвига, предполагаемой по структурному рисунку; 15 — выделенные по внутренней кулисности зоны сдвига с неясными ограничениями; 16 — синеклизы; 17 — авлакогены; 18 — Уральский новейший внутриплитный ороген. Упоминаемые в тексте новейшие структуры (цифры в кружках): 1 — Промыслов-ско-Цубукский вал, 2 — Сальско-Манычский мегавал, 3 — Персиановский взброс, 4 — Северодонецкий взброс, 5 — Среднедонской новейший уступ, 6 — Доно-Медведицкие дислокации, 7 — Балыклейские грабены, 8 — Саратовские дислокации и Елшанско-Сергиевский взброс, 9 — Жигулевские дислокации и одноименный взброс, 10 — Керенско-Чембарские дислокации, 11 — Сурско-Мокшинские дислокации, 12 — Борлинский вал, 13 — Окско-Цнинский вал дислокации, 14 — Вятские дислокации (мегавал), 15 — новейший свод Общего Сырта, 16 — складчатые дислокации востока Общего Сырта, 17 — Бугульмнско-Белебеевское поднятие, 18 — Бельские дислокации Предуральского прогиба, 19 — Уфимское поднятие и Суксунский разрыв, 20 — Тулвинское поднятие и одноименный разрыв; 21—24 — Уральский новейший внутриплитный ороген, сегменты: 21 — Мугоджарский, 22 — Южноуральский, 23 — Среднеуральский, 24 — Североуральский; 25 — Лозьвинские дислокации, 26 — Зауральская новейшая структурная терраса
0 100 200 300 км
1_I_I_I
1 6
2 7
о 3 8
4 9
5 10
11 12
13
14
15
сток Русской плиты, а также Южный—Средний Урал вместе с Мугоджарами (рис. 1).
Помимо специальных мезотектонических исследований, проводилось обобщение литературных данных о кинематике и динамике формирования разрывов. Кроме того, анализировались структурные и геологические карты с целью выявления структурных рисунков, характеризующих разные динамические режимы (особенно сдвиговый).
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.