УДК 528.481:551.24(571.53/55+517)
ПОЗДНЕКАЙНОЗОЙСКАЯ ГЕОДИНАМИКА И МЕХАНИЧЕСКАЯ СОПРЯЖЕННОСТЬ ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ МОНГОЛО-СИБИРСКОЙ ПОДВИЖНОЙ ОБЛАСТИ
© 2011 г. В. А. Саньков, А. В. Парфеевец, А. В. Лухнев, А. И. Мирошниченко, С. В. Ашурков
Институт земной коры СО РАН, 664033 Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128 Поступила в редакцию 8.11.2010 г.
Проведен комплексный анализ параметров современных и неотектонических деформаций земной коры и верхней мантии территории Монголо-Сибирского региона. В качестве показателей современных деформаций на уровне земной поверхности приняты направления осей горизонтальных деформаций по данным ОР$-геодезии, а на уровне средней коры — направления принципиальных осей стресс-тензоров, рассчитанных с использованием механизмов очагов землетрясений. В качестве показателей позднекайнозойских палеодеформаций использованы направления осей стресс-тензоров, реконструированных по геолого-структурным данным. Для мантийных глубин показателями деформации служат данные о сейсмической анизотропии верхней мантии, полученные из опубликованных источников по результатам исследований расщепления поперечных волн от удаленных землетрясений. Показано, что направление осей деформаций удлинения (минимального сжатия) по всему комплексу данных совпадает с направлением анизотропии верхней мантии региона, медианное значение которого составляет 310—320°. Сейсмическая анизотропия интерпретируется как упорядоченная ориентировка кристаллов оливина, возникающая при больших деформациях вследствие течения вещества мантии. Наблюдаемая механическая сопряженность коры и верхней мантии Монголо-Сибирской подвижной области показывает участие мантии в формировании неотектонических структур и позволяет выделить главные процессы, определяющие поздне-кайнозойский тектогенез. Одним из главных движущих механизмов неотектонических и современных деформаций Монголо-Сибирского региона в его восточной части является длительно живущий крупномасштабный поток астеносферы в направлении с СЗ на ЮВ, вызывающий как движение северной части континента в целом, так и дивергенцию Северной Евразии и Амурской плиты с формированием Байкальской рифтовой системы. В западной части региона деформации литосферы связаны со сжатием коллизионного происхождения, а в центральной — с динамическим взаимодействием этих крупномасштабных тектонических процессов.
Ключевые слова: позднекайнозойская геодинамика, напряженно-деформированное состояние, земная кора, верхняя мантия, сейсмическая анизотропия, Монголия, Сибирь.
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос о сопряженности или независимости деформаций земной коры и верхней мантии континентов имеет значение для выбора модели реологии литосферы [52, 54, 74, 75, 81 и др.]. Если авторы работы [15, 31, 32, 54, 74 и др.] допускают различия планов деформаций в верхней мантии и коре, то П. Сильвер в своем обзоре [75], а также авторы более поздних работ [40, 81 и многие др.] приходят к выводу о господствующей роли вертикально когерентных деформаций коры и мантии во внутриконтинентальных условиях.
Монголо-Сибирская подвижная область — крупная часть Центрально-Азиатского подвижного пояса, морфологическим выражением которой является выделенный Н.А. Флоренсовым [35]
одноименный горный пояс, включает контрастные по механизму формирования крупные неотектонические структуры, деформирование литосферы которых проходило и происходит в настоящее время в условиях растяжения и транстенсии (Байкальская рифтовая система), сжатия и транс-прессии (поднятия Монгольского и Гобийского Алтая), сдвига и транспрессии (Восточный и Западный Саян, Тувинское нагорье), сдвига (зона Северо-Хангайского разлома). В связи с этим многообразием тектонических условий, оценка роли верхней мантии и литосферы в процессе формирования структур является нетривиальной задачей. Наиболее простым и логичным объяснением многочисленных неотектонических поднятий, проявлений базальтового вулканизма, растяжения в Байкальском рифте стало предположе-
ние о динамическом и термическом воздействии аномально разогретых масс мантии на литосферу [62]. В работе [84] показана область утоненной до 50 км литосферы под всей Байкальской рифтовой системой с продолжением на юг до Хангайского поднятия. Однако при дальнейших исследованиях выяснилось, что аномалии в мантии, исключая аномалию под Хангайским поднятием [17, 82], имеют небольшие размеры [8, 25, 85]. Под центральной и северной частями Байкальской впадины и на северо-восточном фланге рифтовой системы обнаруживается мощная (до 200 км) литосфера [16]. Кроме того, максимальное утонение литосферы, оцененное по гравиметрическим данным, не совпадает с осью Байкальской рифтовой системы [69], находясь существенно восточнее. Для объяснения такого крупномасштабного процесса, как Байкальский рифтогенез, влияние далеко отстоящих друг от друга локальных мантийных аномалий представляется недостаточным по мощности. Ряд исследователей для объяснения формирования основных неотектонических структур в областях преобладающего современного сжатия приводят эффекты от динамического влияния мантийных аномалий. Так, поднятия в Восточном Саяне, Туве, Алтае в работе [9] объясняются влиянием растекающихся под литосферой аномалий. В работах [1, 34] предложен механизм, объясняющий ускорение поднятия в Центральном Тянь-Шане в последние 2 млн. лет за счет замещения литосферной мантии астеносферой. Наряду с этим, первичным механизмом горообразования и возбуждения процессов флюи-дизации литосферной мантии авторами этой работы признается скучивание вещества за счет сжатия, генерируемого в результате коллизионного взаимодействия Индостана и Евразии.
Многие исследователи связывают образование неотектонических структур Монголо-Сибирской подвижной области, включая Байкальскую рифтовую систему, с воздействием на неоднородную литосферу удаленного источника тектонических сил из зоны коллизионного взаимодействия Индостана и Евразии [42, 66, 69, 78, и мн. др.]. Подтверждением такой точки зрения служат результаты исследований современных горизонтальных движений с использованием спутниковой геодезии [42]. Существуют работы, авторы которых пытаются объединить полярные точки зрения. Так, по мнению авторов [11], формирование Байкальской рифтовой системы происходило при сочетании воздействия локального (аномальная мантия) и удаленного (коллизионного) источника. Наличие различных гипотез о происхождении неотектонических структур Монголо-
Сибирской подвижной области подчеркивает дискуссионность этого вопроса в настоящее время и необходимость дальнейших исследований.
По данным измерений современных движений методом ОР8-геодезии на территории Монголо-Сибирской подвижной области, проведенных в рамках международных и российских проектов, нами получены количественные данные о деформациях земной коры этого обширного региона Центральной Азии. Как отмечалось нами ранее [14, 29, 72], для территории юга Байкальского рифта, а также Западной и Центральной Монголии наблюдается соответствие деформаций на поверхности, измеряемых геодезическими методами, и деформаций на уровне средней коры, рассчитанных по данным о механизмах очагов, как по направлениям, так и по типу. В настоящей работе рассматривается вопрос о соотношении региональных планов современных и позднекайно-зойских коровых деформаций и анизотропии верхней мантии, полученной по данным о расщеплении поперечных волн [37, 52, 55, 68]. В отличие от перечисленных авторов, мы привлекаем для сопоставления с анизотропией мантии материалы по абсолютным движениям Евразийской плиты и современным деформациям, полученным нами по данным ОР8-геодезии, а также результаты обработки данных многолетних исследований кинематики разрывов и трещин и обширной базы данных о фокальных механизмах землетрясений региона с применением единого подхода на основе кинематического метода реконструкции тектонических напряжений.
Современные горизонтальные движения и деформации в Монголо-Сибирской подвижной области
Измерения современных движений с использованием методов спутниковой геодезии на территории Монголо-Сибирской подвижной области проводятся с 1994 г. На сегодняшний день сеть насчитывает более 50 пунктов наблюдений, измерения на которых произведены более четырех раз. Пользуясь методикой расчетов, описанной в [13], мы получили поле скоростей горизонтальных движений пунктов полигона и некоторых постоянных пунктов на территории Центральной Азии относительно геоцентрической системы координат 1ТИР2000 (рис. 1), то есть — параметры абсолютного движения континентальной плиты. Полученная нами схема дополняет и детализирует ранее опубликованные схемы абсолютного движения литосферных плит, основанные на данных измерений по редкой сети постоянных станций
72°
80°
88°
96°
104° 112° 120° 128° 136° 144° в.д.
64°
56°
48°
40°
32°
56°
48°
40°
32°
72° 80° 88° 96° 104° 112° 120° 128° 136° 144°
Рис. 1. Поле скоростей современных горизонтальных движений Центральной Азии в геоцентрической системе координат 1ТЯР2000 по данным измерений на Монголо-Байкальском геодинамическом полигоне за 1994—2007 гг. и постоянных станциях (аббревиатура названия и скорости движения указаны рядом с пунктом, эллипсом около окончания стрелок показан 95% доверительный интервал)
[см., например, 60 и др.]. В целом, все пункты, находящиеся в пределах Монголо-Сибирской подвижной области, а также на Сибирской платформе и на востоке Китая, движутся в одном направлении на юго-восток. С запада на восток скорость нарастает от 25 до 27 мм/год. Западнее 95 меридиана эта тенденция меняется — южные пункты ^НА8, ияиМ) движутся на северо-восток, а северные (NVSK и часть пунктов на западе Монголии) характеризуются широтным смещением.
По данным о скоростях горизонтальных смещений проведены расчеты скоростей относительных горизонтальных деформаций в пределах сети Монголо-Байкальского полигона (рис. 2) [13]. Рассчитаны скорости укорочения гь удлинения г2 и угол 0, указывающий простирание оси деформации максимального укорочения.
Поле скоростей относительных деформаций характеризуется зональным строени
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.