ГЕОТЕКТОНИКА, 2015, № 2, с. 36-49
УДК 550.311
СТРУКТУРА И СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА МЕГАНТИКЛИНОРИЯ БОЛЬШОГО КАВКАЗА В СВЕТЕ НОВЫХ ДАННЫХ О ГЛУБИННОМ СТРОЕНИИ
© 2015 г. Е. А. Рогожин, А. В. Горбатиков, М. Ю. Степанова, А. Н. Овсюченко,
Н. В. Андреева, Ю. В. Харазова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 123995 Москва, Б. Грузинская ул., д. 10
e-mail: eurog@ifz.ru Поступила в редакцию 27.05.2014 г.
С помощью технологии микросейсмического зондирования (ММЗ) были составлены глубинные разрезы вдоль двух профилей, пересекающих центральную часть Большого Кавказа в Осетии и северо-западную — в районе г. Туапсе. Выявленные неоднородности литосферы обнаруживают тесную связь с тектоническими деформациями орогенного этапа и молодым вулканизмом. Вдоль профиля в Осетинском секторе Большого Кавказа установлено наличие трех характерных по свойствам и морфологии глубинных объемов в земной коре под горной системой. А именно, наличие субвертикального низкоскоростного объема и двух обрамляющих его с севера и юга субвертикальных высокоскоростных объемов. Низкоскоростной объем расположен в основном под осевой частью мегантикли-нория Большого Кавказа, а высокоскоростные — под южным и северным крыльями. Практически под всей структурой ядра складчатого сооружения на глубине примерно 10 км прослеживается выдержанная горизонтальная кровля низкоскоростного тела. В Туапсинском секторе, вблизи западной периклинали мегантиклинория, контрастность низкоскоростного тела существенно меньше. Там наиболее контрастные, узкие низкоскоростные тела приурочены к границе Предкавказского (Западно-Кубанского) прогиба с горным сооружением и с Адыгейским выступом.
Ключевые слова: Северный Кавказ, глубинное строение, горообразование, современная геодинамика, молодой вулканизм, глубинный диапиризм
DOI: 10.7868/S0016853X15020058
ВВЕДЕНИЕ
Северный Кавказ является наиболее геодина-мически активным регионом европейской части Российской Федерации. Ранее проведенные здесь исследования альпийских складчатости и орогенеза, в частности, количественные оценки горизонтального сокращения поверхности базировались в основном на абстрактных представлениях о складкообразовании и горообразовании в результате коллизии Евразийской и Аравийской литосферных плит [32]. При этом результаты геодезических наблюдений за горизонтальными движениями поверхности методом GPS как бы подтверждают эти представления [38, 39].
В.В. Белоусов [2] в 80-90-е годы прошлого века, рассматривавший Кавказ как природную тектоническую лабораторию, придерживался иного мнения о природе сил, вносящих основной вклад в процессы орогенеза и складчатости. Он полагал, что внутренние процессы дифференциации вещества в недрах и адвективные движения в верхних горизонтах литосферы могут обеспечить внутрен-
ние деформации в северо-кавказском сегменте Средиземноморского альпийского пояса.
О важной роли внутренних сил при формировании орогенно-складчатой структуры Большого Кавказа писал и Е.Е. Милановский [16].
В работах Е.Е. Милановского и Н.В. Коронов-ского подробно рассмотрено соотношение оро-генного вулканизма и тектоники Альпийского подвижного пояса Евразии и, в частности, Кавказа [12, 17].
Актуален также вопрос о глубинном строении зон крупных разломов в земной коре. В литературе часто обсуждается вопрос о выполаживании тектонических нарушений с глубиной, о срыве осадочного чехла с поверхности кристаллического фундамента и, вследствие этих процессов в зоне коллизии плит, — складкообразовании и орогенезе [11].
С другой стороны, Г. А. Гамбурцев [6] более шестидесяти лет назад считал, что "Земная кора расчленялась на относительно более прочные участки — "блоки" земной коры — и относительно менее прочные участки — ослабленные зоны, об-
разующиеся в области сочленения соседних блоков при их относительном движении. Большинство этих ослабленных зон, по всей видимости, состоит из серии глубинных разрывов — сейсмических швов, возможно, частично "залеченных". Они легче, чем блоки, подвергаются последую -щим разрушениям, и в них, как правило, располагаются очаги землетрясений". Справедливость разработанной им модели сейсмического шва в виде однородного упругопластичного вертикального или наклонного "слоя", "прочность которого различна в разных частях, оставаясь в среднем меньше, чем прочность блоков" можно проверить в ходе детальных геолого-геофизических исследований.
Для решения вопросов о вкладе внутренних процессов в литосфере в новейшую и современную геодинамику региона также не хватает современных данных о глубинном строении земной коры и верхов мантии. Проведенные в 60—70-е годы ХХ века геофизические исследования, использовавшие в основном методы ГСЗ и МОВЗ, оказались недостаточными для построения адекватной геодинамической модели региона. Поэтому представления о причинах деформаций в подвижной системе остаются недоказанными.
Использование разработанного в последнее десятилетие и активно применяемого в разных геодинамических обстановках метода микросейсмического зондирования (ММЗ) [8, 30] в комплексе с другими геолого-геофизическими методами открывает новые возможности для понимания глубинного строения Большого Кавказа и причин новейшего орогенеза, разломообразова-ния и складчатости.
Составленные профили ММЗ пересекают все основные зоны мегантиклинория в центральной части Большого Кавказа, и почти все тектонические подразделения в западной периклинальной зоне (рис. 1). На линии профилей попали также главные разрывные нарушения. Эти материалы дают ясное представление о глубинном строении складчатого сооружения и о причинах современного орогенеза.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Метод микросейсмического зондирования
Метод микросейсмического зондирования [8, 9] относится к группе пассивных методов сейсморазведки и может применяться при решении геолого-геофизических и структурных задач для различных классов геологических объектов в различных географических и климатических условиях. К настоящему времени накоплен значительный опыт использования ММЗ в научно-исследовательских и промышленных проектах
на территории России, стран СНГ и за рубежом [8-10, 29, 36].
Распространенными в мире методами, родственными ММЗ, являются: 1) модификации метода поверхностно-волновой томографии на основе оценки по кросс-корреляционной функции фазовой части функции Грина; 2) модификации метода пространственной корреляции (SPAC-ме-тоды); 3) модификации метода отношения компонент (H/V-методы). При всем разнообразии технологий реализации (применение сейсмических групп или отдельных точечных измерений) перечисленные подходы объединены тем, что используемая в них модель формирования микросейсмического поля базируется на представлении об обязательной выдержанной локальной слоистости среды. Соответственно, горизонтальное разрешение этих методов составляет величину 3—5X, где X — длина волны фундаментальной моды Рэлея, взаимодействующая с неоднородностью.
Модель формирования микросейсмического поля в ММЗ не исходит из обязательной слоистости среды. В этой связи считается, что основной вклад в микросейсмическое поле вносится фундаментальными модами Рэлея, а наличие высших мод минимально. Информативным параметром (полезным сигналом) в ММЗ является искажение амплитудного поля при взаимодействии со скоростными неоднородностями. Форма и глубина залегания неоднородности оценивается исходя из распределения искажения на поверхности и частоте, на которой это искажение проявляется. Согласно численным экспериментам, разрешающая способность метода при восстановлении изображения по горизонтали оценивается как (0.25—0.3)X, где X — эффективная зондирующая длина волны [9]. Оценка разрешения по вертикали составляет величину (0.3—0.5)X, где X — эффективная длина волны для средней глубины между неоднородностями. Также показано, что обнаружить присутствие изолированной малой неоднородности возможно, даже если ее размеры меньше длины волны в 10 и более раз.
Основные закономерности формирования сигнала в ММЗ, полученные на численной модели, находятся в хорошем соответствии с результатами полевых экспериментов. В ряде экспериментальных наблюдений было обнаружено, что субвертикальные неоднородности наблюдаются раздельно на значительных глубинах. Исследования показали, что такой эффект может наблюдаться, если коэффициент Пуассона материала включения приближается к нулевому значению [36]. В природных условиях это может означать наличие во включениях развитой микротрещино-ватости. Решение обратной задачи в методе микросейсмического зондирования также как и в большинстве геофизических методов не един-
ственно. Невозможно восстановить сложный комплекс параметров среды, исходя только из распределения амплитудной реакции неоднород-ностей на облучение микросейсмическими волнами. Тем не менее, сам характер проявления геологических объектов в разрезах ММЗ может нам дать информацию, полезную для геологической и тектонической интерпретации.
Интересно, что субвертикальные геологические неоднородности и скоростные границы для ММЗ являются предпочтительными, а субгоризонтальные границы — "неудобными" объектами. В отличие от ММЗ для сейсморазведки МОВ субгоризонтальные геологические тела и скоростные границы являются предпочтительными объектами. Это объясняется взаимным пространственным положением волновых фронтов и скоростных границ. Так, идеально горизонтальная в пределах измерительного профиля скоростная граница в ММЗ может быть незаметной. О горизонтальных границах в ММЗ можно судить по нарушению характера волновой картины, по аналогии с тем, как определяют присутствие и положение субвертикальных разломов в МОВ. В этом смысле ММЗ можно рассматривать как своеобразное "ортогональное дополнение" к МОВ.
Структурно-геоморфологические исследования
Данный тип исследований вдоль профилей заключался в прослеживании опорных геоморфологических уровней (поверхностей выравнивания), маркирующих собой характер молодых тектонических деформаций. Они опирались на работы Е.Е. Милановского [16], В.А. Растворовой [26], С.А. Несмеянова [18] и были дополнены результатами собственных набл
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.