ГЕОТЕКТОНИКА, 2007, № 1, с. 16-29
УДК 551.240(5)
ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНОЕ ГОРООБРАЗОВАНИЕ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ
© 2007 г. А. В. Зубович1, В. И. Макаров2, С. И. Кузиков1, О. И. Мосиенко1, Г. Г. Щелочков1
1Научная станция РАН в г. Бишкеке, Кыргызстан, 720049, Бишкек-49 2Институт геоэкологии РАН, 101000, Москва, Уланский пер., 13 Поступила в редакцию 05.09.2005 г.
В работе обсуждаются основные результаты многолетних GPS измерений, проводимых в северо-западной части Центральной Азии. Эти результаты представляют собой определенные ограничения, которые должны учитываться при построении моделей внутриплатных тектонических процессов. На территории, охваченной наблюдениями, величина векторов скоростей современных движений поверхности земной коры относительно стабильной части Евразии убывает с юга на север. Плоское поле скоростей, для которого зоны растяжения не характерны, свидетельствует о невозможности процессов горообразования за счет восходящих мантийных потоков под литосферой этих областей. Неравномерность распределения движений по площади указывает на дискретный характер земной коры и ее деформаций. По крайней мере, в своей верхней части она является хрупкой, способной к делению на блоки. Движущиеся с разными скоростями блоки взаимодействуют один с другим, меняя свою первоначальную ориентацию и положение и испытывая автономные деформации. Это показано на примере Таримского блока и Тянь-Шаня. В рамках ограничений, накладываемых результатами GPS измерений, рассматривается исходящий из идей Э. Аргана [2, 29] и концепции тектоники литосферных плит [10, 23] механизм внутриконтинентального горообразования, который связан с латеральными потоками астеносферного вещества и волочением ими вышележащих слоев литосферы. Основным источником тектонических деформаций коры является верхнемантийное конвективное течение в направлении движения Индийской литосферной плиты. Отрыв ~25 млн. лет назад мантийной части литосферы от Индийской плиты с ее погружением под Гималаи и Тибет и одновременный подъем оставшейся коры, вызвавший образование Тибетского плато, позволили мантийному течению распространиться далеко на север под Азиатский континент. Этот процесс на всем протяжении от Гималаев до Сибири по мере остывания потока подкорового вещества сопровождается последовательным отделением от него и погружением охлаждающегося астеносферного материала. В результате чего происходит замедление скорости потока. При этом предполагается такое же последовательное понижение с юга на север кровли активного потока и увеличение толщины литосферы. Движения и деформации слоев литосферы, вызванные глубинным потоком (волочением), не могут из-за ее жесткости повторять астеносферное течение, поэтому между ним и литосферой создается разность тангенциальных скоростей, приводящая к горизонтальным сдвиговым напряжениям. Эти напряжения, действуя на вышележащие литосферные слои, в том числе и коро-вые, вызывают их волочение и тектоническое расслоение. Одновременно с этим из-за убывания скорости в направлении мантийного потока происходит изгибание литосферных слоев с короблением земной коры на отдельных участках, приводящее к ее скучиванию с разрывами и дроблением на блоки. Разная скорость движения смежных блоков ведет к их механическому взаимодействию. Такой сценарий внутриконтинентального горообразования позволяет объяснить многие особенности тектонических процессов и горообразования во внутриплитных горных областях.
ВВЕДЕНИЕ
Глобальная спутниковая система позиционирования (Global Positioning System - GPS), успешно развиваемая в последние 20-25 лет, стала в настоящее время одним из наиболее эффективных средств в изучении современных движений земной коры и современной геодинамики. Локальные сети GPS наблюдений, которые первоначально размещались на небольших участках земной поверхности, расширяясь и объединяясь, превратились в сети, охватывающие огромные регионы, нередко занимающие территории отдельных и даже нескольких государств. Одна из таких сетей, созданная совместными усилиями
ученых России, Германии, США, Киргизии, Китая, Казахстана и Узбекистана, расположена в северо-западном сегменте Центральной Азии [6-8, 12, 18, 28, 38]. Ее пункты широкой полосой протянулись из северо-западного Китая до России через Киргизию, Казахстан, Узбекистан.
При геодинамической интерпретации результатов GPS наблюдений возникает принципиальный вопрос о глубинах земной коры и литосферы, к которым относятся эти данные. Точно ответить на этот вопрос не представляется возможным, но очевидно, что "глубинность" GPS метода должна быть адекватна структурам, выделяемым на земной поверхности в поле скоростей современных
движений земной коры. Если некоторая территория площадью в сотни и тысячи квадратных километров характеризуется единой направленностью и скоростью, которые отличаются от смежных территорий, то очевидно, что она движется и деформируется как единое целое, представляя блок земной коры или литосферы соответствующей толщины (например, Таримский платформенный массив).
Природа позднекайнозойского внутриконти-нентального горообразования Центральной Азии1 является давней проблемой геотектоники. Удаленность горных сооружений Тянь-Шаня, Джун-гарского Алатау, Алтая и других от зоны Индо-Азиатской коллизии порождает множество вопросов и споров об их происхождении. Все еще нет единого мнения о природе тектонических процессов, о механизмах взаимодействия блоков и слоев земной коры, о принципиальных формах горообразующих дислокаций земной коры [18]. Давним, достаточно традиционным и ныне весьма актуальным является вопрос о принципиальных формах новейшей тектонической структуры Тянь-Шаня. В качестве таковых рассматриваются либо складки основания (как считали Э. Арган, С.С. Шульц, Б.А. Петрушевский, В.И. Макаров, И.С. Садыбакасов, O.K. Чедия и ряд других авторов), либо разломы (как представляли В.В. Белоусов и его последователи в концепции вертикально-блоковой тектоники, или как П. Молнер с П. Таппоннье, Ж. Авуак, М. Буллен, Д. Бурбанк, В.С. Буртман, Р. Велдон, А. Иин, П. Коббольд, Н. Сигачева, Е. Собель, С. Томпсон, В.Г. Трифонов, Т. Херринг, Н.А. Яблонская и другие геологи и геофизики с позиций коллизионной тектоники с доминантой покровно-надвиговых и сдвиговых дислокаций коры). По одним представлениям, формирование горного пояса во внутриконтинен-тальной обстановке является следствием дифференцированных вертикальных движений блоков (объемов) коры и мантийного вещества (например, [3] и [4]), по другим - это происходит в результате горизонтального смятия земной коры и литосферы [2, 9, 10, 21, 23, 26-30, 33, 34 и др.]. Сам же механизм латерального сжатия и взаимодействия реологически расслоенных плит и блоков литосферы остается до сих пор неясным. Рассматриваются также различные компромиссные варианты [11, 17, 18, 22, 24]. В данной работе мы попытались на примере Центрально-Азиатской GPS сети показать те ограничения, которые накладывают результаты геодезических измерений на модели внутриплитных тектонических процессов, и на основе этих результатов представить механизм внутриконтинентального горообразования, который, возможно, имеет место в рассматриваемом регионе.
1 Здесь из рассмотрения исключается Байкальская область рифтогенеза и сводового горообразования, составляющая особую геодинамическую систему. - Авт.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ, СЕТИ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
Центрально-Азиатская GPS сеть охватывает обширную территорию от Западного Кунь-Луня на юго-западе до Алтайских гор на северо-востоке, включая западную часть Таримской впадины, восточные и северные ветви Памирских дуг, Тянь-Шань, Казахский щит, хребты Джунгарско-го Алатау, Тарбагатая и Алтая (рис. 1). Количество пунктов наблюдений, данные по которым использованы в настоящей работе, составляет более 400 (с учетом Синьцзяньской сети Китая) [6, 7, 18]. Наибольшая их плотность приходится на Центральный Тянь-Шань, где среднее расстояние между пунктами составляет ~20 км. Наименее плотно они расположены на Казахском щите, расстояние между соседними точками здесь составляет около 200 км. Такая плотность определяется слабой неотектонической деформирован-ностью и дифференцированностью данного щита, выступающего, наряду с Таримским массивом, в качестве некоторой жесткой глыбы, между которыми смят Тянь-Шань.
Геометрия сети и местоположение пунктов измерений определялись, исходя из неотектонической структуры региона, так, чтобы в максимально возможной степени характеризовать относительные смещения отдельных элементов этой структуры (складок и/или блоков основания) и общую деформацию земной коры на рассматриваемом пространстве. В этом отношении наличие в сети достаточного количества пунктов, принадлежащих обширным слабо деформированным массивам - Таримской плите на юге и Казахскому щиту на севере, как и привлечение аналогичных данных по современным движениям Индийской платформы, имеет принципиальное значение, так как позволяет получить прямые свидетельства латерального сокращения земной коры.
Более высокая плотность пунктов повторных измерений внутри горного пояса дает возможность увидеть объективную картину пространственного распределения и структурно-морфологической и сейсмической реализации этого сокращения в разновозрастной и определенным образом структурированной геологической среде. Эта среда составляет относительно хорошо изученный верхнекоровый слой литосферы и в свете современных представлений рассматривается как некий коллаж расслоенных фрагментов разновозрастных (допалеозойских и палеозойских) литосферных плит и террейнов, сложенных разнотипными осадочными, вулканогенными и интрузивными породами и характеризующихся своими структурами [18].
Позднекайнозойские (новейшие) горообразу-ющие деформации земной коры, в общем, оказались "индифферентными" относительно древних структурно-формационных образований, на которые они наложены (хотя известны и факты бо-
Рис. 1. Поле скоростей Центральной Азии, вычисленное относительно стабильной части Евразии
Стрелки обозначают векторы скоростей
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.