ГЕОТЕКТОНИКА, 2013, № 6, с. 60-83
УДК 551.24:550.83(571.6)
ГРАВИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ ДВУХЪЯРУСНОЙ КОЛЛИЗИИ ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ АЗИИ
© 2013 г. А. М. Петрищевский
Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН 679016, Биробиджан, ул. Шолом Алейхема, д. 4 Поступила в редакцию 15.06.2012 г.
С помощью формализованных гравитационных моделей, отражающих реологические свойства геологических сред, проанализированы структурные формы сочленения коровых и мантийных жестких пластин в зонах коллизии литосферных плит Северо-Восточной Азии. Главной особенностью зон коллизии, повторяющейся в структурах разного места расположения, ранга и возраста, является расщепление литосферы движущихся плит на коровую и мантийную составляющие. Обнаружены формальные признаки надвигания коровых пластин на конвергентные границы плит и субдукции литосферной мантии под эти границы. Определены глубинные границы и толщина литосферных плит и астеносферных линз, обнаружены черты сходства глубинного строения коллизионных зон на границах разновозрастных окраинноморских буферных плит 2-го порядка с Евразиатской, Севе-ро-Американской и Тихоокеанской плитами 1-го порядка. Охарактеризованы черты коллизии океанических коровых сегментов с мезозойской континентальной окраиной в Сихотэ-Алине и современной океанической литосферы с Камчатской композитной островной дугой. Выявлен пространственно-временной ряд глубинных среднемезозойских, позднемезозойских и кайнозойских коллизионных структур, имеющих сходное строение в переходной зоне от Азиатского континента к Тихоокеанская плите.
Б01: 10.7868/80016853X13060052
ВВЕДЕНИЕ
Конвергентные структуры и зоны коллизии (столкновения) литосферных плит, коровых сегментов и разновозрастных тектонических комплексов широко распространены на Северо-Востоке Азии, где они занимают более 80% территории между Северо-Азиатским кратоном и окраиной континента и представлены широкими и протяженными (от 1 до 3 тыс. км) коллизионными (Верхояно-Колымской, Анюйско-Чукот-ской, Монголо-Охотской) и аккреционными (Ко-рякско-Камчатской, Сихотэ-Алинской, Хоккайдо-Сахалинской) складчато-надвиговыми (покровно-складчатыми) структурами [54].
Эти структуры (чаще их обозначают как системы) характеризуются сложным геологическим строением и вмещают в себя разновозрастные блоки ранее консолидированной континентальной, островодужной и океанической коры, которые обычно называют террейнами или субтер-рейнами [12, 38, 54, 57, 63, 66]. Характерными элементами конвергентных структур являются аккреционные призмы, сложенные турбидито-выми, сланцевыми и олистостромовыми ком-
плексами [12, 54], и протяженные вулкано-плуто-нические пояса: Охотско-Чукотский, Главный Колымский, Центральный и Восточный Камчатские, Западный и Восточный Сихотэ-Алинские, Умлекано-Огоджинский, Хингано-Охотский [6, 12, 13, 22, 63, 69].
Основным содержанием тектонических процессов на разновозрастных конвергентных границах Евразиатской плиты является латеральное и вертикальное наращивание земной коры [54] за счет аккреции (причленения) к ней терригенных толщ океанического, или окраинноморского происхождения, внутриокеанических и энсима-тических островных дуг и микроконтинентов.
Микститовое строение и тесная пространственная сопряженность фрагментов перемещенных континентальных, океанических, окра-инноморских и островодужных лито-тектониче-ских комплексов, различающихся по вещественному составу и физическим свойствам и пронизанных разновозрастными и многофазными магматическими образованиями резко различного петрографического состава, затрудняет их изучение геофизическими методами.
В последние три десятилетия геологические исследования на Дальнем Востоке России привели к накоплению большого количества данных, свидетельствующих о доминирующей роли горизонтальных перемещений геологических масс при формировании тектонических и тектоно-магматических структур, которые были бы невозможны без участия слоев пониженной вязкости, относительно которых происходило и происходит в настоящее время, движение более жестких тектонических слоев и пластин. В приповерхностном слое земной коры коллизионных структур функцию ослабленного реологического слоя в основании тектонических пластин различного ранга обычно выполняют слабо диагенезирован-ные турбидитовые комплексы и меланж, но не менее редко это происходит при участии магматических расплавов [69]. Подкоровый вязкий слой обеспечивает возможность перемещений более компетентного корового слоя, а астеносфера — литосферных плит. Внутри континентальной, и особенно океанической, коры встречаются серпентиниты [1, 28, 54]. Последние, также как и глинистый матрикс меланжа [54, 84], подразумевают присутствие водной фазы. Серпентиниты и меланж облегчают скольжение ниже- или вышележащих, жестких слоев.
Основными источниками сведений о глубинном строении коллизионных структур на Дальнем Востоке России являются сейсмические, сейсмологические и гравиметрические данные. Однако первые представляют на Дальнем Востоке России очень редкие пересечения тектонических структур, чаще всего до глубины 40—50 км, а третьи характеризуются высокой неоднозначностью плотностного моделирования. Неоднозначность обусловлена недостаточностью данных о плотности и геометрии элементарных возмущающих тел, аппроксимирующих геологическую среду. Плотностные модели описываются десятками и сотнями тел [27, 61, 65], вариации размеров, форм, пространственного расположения и плотности которых допускают широкие пределы эквивалентности решений даже в случае привлечения сейсмических данных.
Сейсмологические данные [77, 78, 83] позволяют более однозначно исследовать распределения скоростей сейсмических волн и гипоцентров землетрясений в земной коре и верхней мантии, однако эффективность сейсмологических моделей резко ослабевает вне зон современной сейсмической активности. На значительном удалении от последних и редкой сети станций мониторинга эти модели не обеспечивают детальность, необходимую для корреляции приповерхностных
геологических структур и глубинных сейсмологических данных.
В этой статье моделирование коллизионных и субдукционных структур основывается на анализе реологических свойств земной коры и верхней мантии с помощью формализованных гравитационных моделей, позволяющих диагностировать и описывать в трехмерном пространстве тектонические среды разной степени вязкости без привлечения внешней (по отношению к гравиметрической) геолого-геофизической информации [41, 42, 44—46, 71]. Предметом анализа, в этом случае, являются пространственные взаимоотношения жестких тектонических пластин в нижнем слое земной коры и в основании литосферы, ограниченных средами пониженной вязкости. Рассматриваемые ниже формализованные "реологические" гравитационные модели способны обнаруживать воздымание, прогибание, надвигание, пододвигание, утонение и разрывы жестких тектонических слоев и пластин, которые в большинстве случаев увязываются с вещественным составом и формами залегания приповерхностных геологических комплексов в разрезах коллизионных структур. Пространственные параметры вязких сред флюидно-магматической, литогенной, или тектонической природы, определяемые этими моделями, являются источником сведений о глубине залегания кровли астеносферы (и соответственно — мощности литосферы) [41, 46, 71], мощности акрреционных призм [45] и глубине залегания магматических источников гранитоид-ных и вулканических поясов на границах жестких литосферных, или коровых, сегментов [44, 46].
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ
РЕОЛОГИЧЕСКИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
Теоретической основой конструирования формализованных гравитационных моделей, отображающих реологические свойства геологических сред, является представление о множественности геологической природы плотностных неоднородностей переменной плотности, создающих гравитационные аномалии, эквивалентные аномалиям от простых источников, или одно-связным плотностным неоднородностям с квази-изометричным поперечным сечением и постоянной плотностью. Теоретическая возможность упрощения сложных плотностных структур является фундаментальной основой любых гравитационных моделей и исследована достаточно подробно в теории гравитационного потенциала. В
частности, В.К. Иванов [20] доказал, что для всякого ограниченного тела с переменной плотностью существует эквивалентное тело с постоянной плотностью, а В. Зидаров [18] показал единственность решения обратной задачи гравитационного потенциала при помощи конечного числа (семейства) точечных масс. Эти свойства гравитационного потенциала позволяют представить любую квазисимметричную гравитационную аномалию как результат комплексного (аддитивного) влияния нескольких источников, могущих иметь разную геологическую природу.
Гравитационный потенциал объемного источника эквивалентен потенциалу сферической поверхности с тем же центром масс [18, 31, 58], что позволяет реализовать принцип "выметания" плотностных неоднородностей на поверхность эквивалентных сфер, впервые сформулированный Жюлем Анри Пуанкаре [58] и позднее исследованный Ю.А. Шашкиным [75], В. Зидаровым [18], В.Н. Страховым [59, 60] и многими другими. В.Н. Страхов [59, 60], в частности, распространил этот принцип на более сложные тела, границы которых описываются аналитическими функциями, и показал, что эквивалентность распределений сложных масс с общим центром тяжести непрерывна относительно плотности. Дополнительным условием такой эквивалентности является симметричность гравитационных возмущений, соответствующих эквивалентным областям [60].
"Выметание" объемных масс на поверхность эквивалентных сфер дает возможность оценивать степень плотностной дифференциации геологического пространства на отрезках, заключенных между центрами масс и условными поверхностями (Нс), касательными к эквивалентным сферам с помощью однозначно вычисляемого параметра:
М * =
4пК ( - Не)
-, где:
(1)
Ут — амплитуда локального гравитационного возмущения, мГл;
^о — глубина залегания центра объемного и эквивалентного ему сферического источника гравитационной
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.