ГЕОТЕКТОНИКА, 2009, № 6, с. 52-69
УДК 551.243
ГЛАВНЫЕ ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ВПАДИН И РАЗЛОМОВ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ: ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
© 2009 г. К. Ж. Семинский
Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128 Поступила в редакцию 7.04.2008 г.
Для выявления главных факторов формирования Байкальской рифтовой зоны проведен тектоно-физический анализ структурообразования на основе физического моделирования, выполненного с применением критериев подобия. Однослойная модель из упруго-пластичной глинистой пасты накладывалась на два штампа, один из которых смещался влево по типу простого сдвига и на контакте со вторым штампом имел изгиб, аналогичный по форме прибайкальскому отрезку краевого шва Сибирской платформы. Данная схема приложения нагрузки в значительной мере соответствует пассивному механизму рифтогенеза, т.к. разрушение деформируемого слоя происходит вследствие сдвиговых перемещений блоков и развития в модели структуры пулл-апарт без подъема и температурного воздействия, обусловленных в природе влиянием мантийного астенолита. В серии экспериментов воспроизведены главные пространственно-временные закономерности развития Байкальской рифтовой зоны, причем в отдельных опытах впервые была достигнута высокая степень подобия морфологии и взаимного расположения ее главных впадин. Это позволило считать, что 1) упруго-пластическая реакция субстрата с закономерной локализацией деформации, 2) левосдвиговые перемещения блоков и 3) наличие изогнутой в плане инициирующей структурной неоднородности являются определяющими факторами развития впадин и разломов Байкальской рифтовой зоны.
ВВЕДЕНИЕ
Байкальская рифтовая зона в настоящее время является одним из наиболее изученных в геодинамическом отношении природных объектов. Вместе с тем, у исследователей до сих пор не сложилось единого мнения относительно главных факторов, определяющих ее пространственно-временное развитие. В частности, вопрос зарождения Байкальской рифтовой зоны с одинаковым успехом рассматривается, исходя из пассивного (сдвиговые перемещения литосферных блоков) или активного (внедрение мантийного астенолита) механизмов рифтогенеза. Причиной создавшейся ситуации в определенной степени является "аномальная изученность" рифтовой зоны, когда большой объем разнородного геолого-геофизического материала затрудняет выделение главных особенностей ее строения и развития.
На современном этапе исследований необходимо рассмотреть известные и полученные сравнительно недавно данные по новейшей геодинамике Байкальской рифтовой зоны в контексте общих закономерностей формирования структурных элементов литосферы. Такой (тектоно-физический) подход позволит выделить из большого объема имеющейся геолого-геофизической информации главные пространственно-временные особенности развития природного объекта, а
затем сделать попытку их воспроизведения в физическом эксперименте. Последнее особенно актуально, т.к., несмотря на известную эффективность данного вида исследований для выявления механизмов структурообразования, работы предшественников по моделированию формирования Байкальской рифтовой зоны на эквивалентных материалах немногочисленны.
Предыдущие экспериментальные исследования [10, 14, 38] отличались сравнительно сложной техникой проведения опытов, которая позволяла в какой-то мере анализировать вклады в формирование Байкальской рифтовой зоны активного и пассивного источников рифтогенеза. Было получено соответствие ряда особенностей деформационного процесса в моделях характерным чертам развития природного аналога. В то же время предшественникам не удалось в рамках отдельно взятого эксперимента воспроизвести определяющие закономерности развития Байкальской рифтовой зоны, представленные в следующем разделе статьи, включая морфологию и взаимное расположение крупных межгорных впадин. Подобие морфологии - наиболее впечатляющая особенность физического моделирования - было достигнуто И.В. Лучицким и П.М. Бондаренко [14] лишь по отношению к собственно Байкальской
впадине, для чего потребовалось подвергнуть модель с формирующимся сводом сдвигу и вращению.
Целью проведенных исследований было установить главные факторы развития Байкальской рифтовой зоны на основе воспроизведения определяющих пространственно-временнЫх закономерностей рифтообразования в максимально простом по организации физическом эксперименте. Последнее имеет принципиальное значение, т.к. любое усложнение техники моделирования ведет к неоднозначности выбора между главными и второстепенными факторами исследуемого процесса.
ГЛАВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ
В данном разделе на основе анализа обобщающих публикаций [1, 3, 5, 7, 9, 12, 15, 18, 19, 28, 29, 35, 40, 44 и др.] выделяются главные и второстепенные особенности развития Байкальской рифтовой зоны, что необходимо для определения условий проведения экспериментов и последующей интерпретации их результатов.
Пространственное положение и внутреннее строение. Байкальская рифтовая зона протягивается на 1800 км и представляет одну из подвижных зон Центральной Азии, где в эпоху новейшего тектогенеза осуществляется взаимодействие крупных блоков литосферы (рис. 1). Она приурочена к краю Сибирского кратона, у которого, начиная с протерозоя, не раз концентрировались напряжения с их последующей разрядкой путем разломообразования. В кайнозое этот процесс привел к формированию цепочек чередующихся межгорных котловин и приподнятых межвпадин-ных перемычек, расположение которых в целом отражает трехсегментное строение рифтовой зоны в продольном направлении (рис. 2А, 2В). Наиболее крупными котловинами простирающегося в субширотном направлении северо-восточного сегмента (фланга) являются Чарская, Муйская, Верхнеангарская и Кичерская. Центральный сегмент имеет северо-восточную ориентировку и включает трехчленную впадину оз. Байкал и суходольную Баргузинскую котловину. Юго-западный сегмент (фланг) протягивается в широтном направлении и представлен Тункинской, Хубсугульской, Дархат-ской и Бусийнгольской впадинами. Существует общая тенденция омоложения впадин от Южно-Байкальской котловины к дистальным окончаниям Байкальской рифтовой зоны [9, 12]. Однако она не должна абсолютизироваться, т.к. осадки периферийных впадин изучены бурением недостаточно и геофизические данные, например, для краевой Чарской впадины свидетельствуют о ее сходстве
с ближней к центру Тункинской котловиной, причем в обеих впадинах, наряду с верхнекайнозойскими осадками, имеют место отложения позднего мезозоя и позднего олигоцена [1].
Главные впадины трассируют приосевую часть рифтовой зоны, где перемещения по разломам характеризуются наибольшей интенсивностью, что отражается в существовании полосы шириной =150 км с высокой плотностью землетрясений (см. рис. 2Б). В то же время предметом анализа данной статьи является практически вся представленная на рис. 2В территория, т.к. она представляет широкую (не менее 300 км) полосу интенсивной, а по краям - рассеянной периферийной сейсмичности, отделяющуюся от смежных регионов почти асейсмичными участками (см. рис. 2Б). О единстве деструктивного процесса в приосевой части выделяющегося таким образом пояса и на его платформенной периферии свидетельствует общность пространственно-временных закономерностей проявлений сейсмичности, доказанная ранее [25]. Данный вывод, по-видимому, справедлив и для забайкальской периферии, т.к. повышенным и пониженным плотностям эпицентров на этой территории соответствуют максимумы и минимумы в приосевой части пояса (см. рис. 2Б). Оконтуренная на рис. 2Б полоса включает область новейшего горообразования, генетически связанные с рифтогенезом предрифтовые прогибы (Предбайкальский и Селенгино-Витимский), а также все крупные базальтовые поля и четвертичные впадины региона (см. рис. 2В), что является дополнительным доказательством объективности выделения рассматриваемой территории как зоны контактирования двух крупных литосферных блоков в кайнозое.
Наиболее активные разломы региона, контролирующие сейсмичность и формирование межгорных впадин, показаны на рис. 2В в соответствии с их отражением на трехмерной модели рельефа (см. рис. 2А). Сопоставление главных разрывных систем с обобщенными для зон сжатия, растяжения и сдвига парагенезисами разломов 2-го порядка [24] свидетельствует, что формирование структуры Байкальской рифтовой зоны происходило в двух динамических обстановках 1-го порядка: при левостороннем сдвиге и растяжении в направлении СЗ-ЮВ (см. рис. 2Г). Вначале господствовали представления о Байкальской рифтовой зоне как о структуре чистого растяжения [12, 44], которые после проведения экспериментальных работ (см. выше) и исследований полей напряжений Байкальской рифтовой зоны были дополнены констатацией существования на ее флангах обстановки левого сдвига [1, 31, 32] или косого растяжения [3, 13, 42].
Байкальская рифтовая
Сибириский кратон зона Забайкальский блок
Рис. 1. Расположение участка исследований на схеме делимости литосферы Центральной Азии [23] 1 - подвижные зоны, характеризующиеся повышенной плотностью разломов и землетрясений; 2 - разломы; 3, 4 - осевые линии подвижных зон 3-го (3) и 2-го (4) рангов, совпадающие (а) и не совпадающие (•) с разломами; 5 - межплитная граница; 6 - контур участка исследований
Результаты исследований [7, 21, 40], свидетельствующих о преобладании сдвиговых полей напряжений, реконструированных геолого-структурными методами в скальных породах, а полей растяжения - в слабосцементированных отложениях и среди механизмов очагов землетрясений, позволили сделать общий вывод о последовательной смене обстановки сдвига растяжением в процессе формирования всей Байкальской
рифтовой зоны. При этом в центральной части обстановка растяжения преобладает над сдвигом уже длительное время, т.к. поля продольного и поперечного растяжений доминируют среди фокальных механизмов [16, 26] и в решениях, полученных по тектонической трещиноватости [22]. Для флангов, согласно разнотипным сейсмологическим исследованиям [20, 26, 41, 46], сдвиговая обстановка и сейч
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.