Леви К. Г., Аржанникова А. В., Буддо В. Ю. и др. Современная геодинамика байкальского рифта



страница1/3
Дата04.05.2016
Размер0.55 Mb.
  1   2   3

Леви К.Г., Аржанникова А.В., Буддо В.Ю. и др. СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА / К.Г. Леви, А.В. Аржанникова, В.Ю. Буддо, П.Г. Кирилов, А.В. Лухнев, А.И. Мирошнеченко, В.В. Ружич, В.А. Саньков // Разведка и охрана недр. - 1997. - №1. - С 10-20.
Коллектив авторов, 1997
К.Г. Леви, А.В. Аржанникова, В.Ю. Буддо, П.Г. Кирилов, А.В. Лухнев, А.И. Мирошнеченко, В.В. Ружич, В.А. Саньков (Институт земной коры СО РАН)
СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА

Темой данной статьи стали вопросы современной геодинамики Байкальского рифта. Ею авторы отдают дань памяти и уважения С.С.Шульцу в день столетия со дня его рождения и показывают, как им удалось развить его идеи на стыке XX и XXI столетий. Материал расположен последовательно от элементов плиоцен-плейстоценовой геодинамики Байкальского рифта до его современной геодинамики и экзогеодинамики главных активных разломов. Таким образом, удается охватить те аспекты юной тектоники юга Сибири, которые были в круге интересов большого российского ученого С.С.Шульца.



Плиоцен-четвертичная структура Байкальского рифта. В результате структурно-геологических и сейсмоакустических исследований, проведенных в 1989 - 1994 гг. в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ), впервые стало возможным показать внутреннюю активную тектоническую структуру Байкальской рифтогенной впадины, скрытую под водами озера. Она включает серию более мелких структурных элементов, различающихся по морфологии и степени современной активности. На основе современных структурно-геологических, сейсмологических, сейсмотомографических и геофизических данных о глубинном строении литосферы и астеносферной мантии под Байкалом уточнены особенности структуры тектонического поля напряжений и кинематика рифтогенных разломов, которые определяют развитие этого рифтогенного бассейна.

На рис. 1 показаны основные структурные элементы Байкальской впадины и прилегающих территорий [I]. Это прежде всего зоны крупных активных разломов - Главного Саянского, Тункинского, Обручевского, Приморского, Баргузинского и др., контролирующих развитие структуры Байкальской рифтовой зоны в кайнозое.

Байкальская впадина делится на две крупные впадины: Южно-Байкальскую и Северо-Байкальскую, разграниченные между впадинной перемычкой о. Ольхон и подводным Академическим хр., что уже отмечалось ранее [18]. Однако морфологически и по рисунку разрывных элементов в Байкальской впадине отчетливо выделяются три более мелких котловины - это Южно-, Средне- и Северо-Байкальская. Они, в свою очередь, неоднородны по внутренней структуре и состоят из еще более мелких депрессий, отличающихся по стилю тектонического развития и осадконакопления.

Южно-Байкальская котловина включает в себя две депрессии -Култукскую и Мишихинскую. Култукская депрессия ограничена с севера Обручевским разломом, с запада - Главным Саянским, с востока - Ангарским, а с юга - системой активных разломов, известной в литературе под названием разлома Черского. Это - ромбовидный в плане тектонический блок, отличающийся интенсивным развитием складчатых деформаций в кайнозойских осадках. Главным здесь является то, что осадочное тело во внутреннем поле депрессии не содержит большого числа тектонических разрывов, а складки в осадках, вероятно, образовались в результате левосторонних сдвиговых перемещений в основании впадины.

Мишихинская депрессия ограничена с запада Ангарским разломом, с севера - подводным продолжением Обручевского сбрососдвига, а на юге - разломом Черского. Для этой депрессии характерно мелкоблоковое строение осадочного тела, в котором отсутствуют складки, осадки залегают субгоризонтально. Известно, что кристаллический фундамент залегает здесь на глубине более 8 км под уровнем озера (Селезнев B.C., 1994). Важным является и тот факт, что разрывы в Мишихинской депрессии располагаются субпараллельно ее бортам, но по мере прослеживания их на E сходятся в узкую тектоническую зону на широте п. Посольск, которая, поворачивая далее NE, участвует в структуре одного из грабенов Средне-Байкальской котловины.

Важным структурным элементом является Ангарский разлом -древний докайнозойский элемент земной коры Прибайкалья, активизированный в процессе рифтогенеза. В кайнозое он представляет собой правосторонний сдвиговзброс. Значительных тектонических перемещений по разлому, вероятно, не происходит, хотя







Рис.1. Основные структурные элементы Байкальской впадины:

1 - разломы: а - взбросы, б - сбросы, в - сдвиги; 2 - рифтовые депрессии; 3- базальты. Цифры в кружках: 1 - Култукская депрессия, 2 - Мишихинская депрессия, 3 - Селенгино-Баргузинская депрессия, 4 - Посольское поднятие, 5 - Приольхонский грабен, 5а - Бугульдейский коридор, 6 - Святоносское поднятие, 7 - Ольхонское поднятие, 8 - Маломорско-Езовская депрессия, 9 - Кедровско-Томпчинская депрессия, 10 - Рсль-Кичерская деярессия

он и является довольно протяженной структурой, прослеживающейся вдоль долины р. Ангары из внутреннего поля Иркутского амфитеатра в Забайкалье вплоть до Гусиноозерской впадины (см. рис.1). В кайнозое он, вероятно, играл роль границы, определившей различия в стиле тектонического развития Култукской и Мишихинской депрессий.

В Средне-Байкальской котловине отчетливо различается по меньшей мере пять структурных элементов - Селенгино-Чивыркуйский грабен, гребневидный горст Посольской Банки, грабен "Бугульдейский коридор", Приольхонский грабен и Святоносское поднятие. Выделение грабена "Бугульдейский коридор" является условным. Так назван активизированный в плиоцен-четвертичное время фрагмент Приольхонского грабена.

Приольхонский грабен - узкий протяженный элемент Средне-Байкальской впадины, располагается вдоль ее NW борта от широты м. Б. Кадильный до суходольной впадины р. Сосновки на восточном берегу Северо-Байкальской котловины, огибая п-ов Святой Нос с W. Его морфологическая выраженность в рельефе дна по простиранию меняется. Местами это грабен, а местами - высокая тектоническая ступень. Часто он пересечен поперечными зонами разломов EW” NW простирания, преимущественно сдвигами или сбрососдвигами. От расположенного к Е Селенгино-Чивыркуйского грабена он отделяется системой продольных, высоко поднятых гребневидных перемычек, сочленяющихся между собой тектоническими ступенями.

Гребневидный горст Посольской Банки играет важную роль в эволюции той части Байкальской впадины, которая непосредственно примыкает к дельте р. Селенги. Со стороны SW замыкания горст изучался с помощью подводного обитаемого аппарата "Пайсис" [3]. Было установлено, что в нижней части склона, образованного разломом, примерно на глубине 800 м выходят на поверхность миоценовые отложения, которые прослеживаются почти до вершины банки. Это говорит о том, что поднятие горста началось, вероятно, в плиоцене, уже после отложения миоценовых слоев. Он существенно моложе образований дельты р. Селенги [10], которые имеют поздний эоцен-плейстоценовый возраст, и, вероятно, оказал существенное влияние на ее развитие в плиоцен-четвертичное время, ограничив проникновение субаэральных дельтовых отложений в грабен "Бугульдейского коридора". Горст протягивается в виде морфологически выраженного поднятия на NE до широты

устья р. Анги, а далее на NE - в виде тектонической ступени, являющейся естественным разграничением Приольхонского и Селен-гино-Чивыркуйского грабенов.

Селенгино-Чивыркуйский грабен - главный структурный элемент Байкальской впадины на современном этапе ее эволюции. Он берет свое начало под дельтой р. Селенги на SW и замыкается на NE в Чивыркуйском заливе. На всем протяжении он пересечен серией поперечных разломов, часто сбрососдвигов. Отличительная черта Селенгино-Чивыркуйского грабена - это его высокая сейсмическая активность. Только за последние 100 лет здесь произошло по меньшей мере 5-6 мощных сейсмических событий, одно из которых, зимой 1862 г. привело к образованию залива Провал на NE склоне дельты р. Селенги. Селенгино-Чивыркуйский грабен представляется наиболее интересным объектом для изучения проявлений активной и современной тектоники в Байкальской впадине.

Важным структурным элементом Байкальской впадины в целом является Ольхоно-Академическая междувпадинная перемычка, образованная о. Ольхон и подводным Академическим хребтом. Она разграничивает Южно- и Северо-Байкальскую впадины и интересна тем, что как в сухопутной своей части, так и в подводной покрыта тонким слоем кайнозойских осадков. На о. Ольхон эти осадки заполняют небольшие впадины на его NW склоне. Нижняя возрастная граница кайнозойского осадконакопления, возможно, опускается здесь в палеоцен (Мац В.Д. и др., 1982). Разрез кайнозоя не является непрерывным, и при этом не очевидно, что все стратиграфические единицы характеризуют процесс становления Байкальской рифтогенной впадины. На подводном Академическом хребте, судя по результатам сейсмоакустических исследований, толщина кайнозойских осадков в карманах кристаллического основания не превышает 300 м. Предполагается, что в разрезе участвуют в основном осадки миоцена, плиоцена и плейстоцена. Это говорит о том, что весь хребет ушел под уровень озера сравнительно недавно, а малая мощность осадков может свидетельствовать о его весьма медленном погружении, по крайней мере, в миоцен-плейстоцене.

Перемычка ограничена с NW и SW системами активных разломов. Амплитуды перемещения по разлому SE склона подводного хребта и о. Ольхон имеют значительные величины и оцениваются в несколько километров, тогда как на NW склоне амплитуды невелики и распределяются на серию мелких разрывов. Разломы, ограничивающие перемычку, являются отдельными ветвями Приморского разлома, который начинает разветвляться в районе устья р. Бугульдейки. Перемычка рассечена поперечными разломами субширотного и северо-западного простираний, главным образом сбрососдвигами. Сухопутным ее продолжением на восточном борту Северо-Байкальской впадины является отрог Баргузинского хребта, заканчивающийся на берегу озера м. Валукан.

Северо-Байкальская впадина морфологически выглядит единой, но в действительности состоит по меньшей мере из трех самостоятельных впадин - Маломорско-Езовской, Кедровско-Томпудинской и Рель-Кичерской. Внутреннее поле этих впадин почти не нарушено юными разрывами, а интенсивные деформации наблюдаются лишь в их прибортовых частях. В силу ряда местных особенностей активные разломы более доступны для непосредственного изучения только вдоль западного берега озера. Наиболее тектонически расчлененной является Маломорско-Езовская депрессия. С NW и SE она обрамляется протяженными тектоническими зонами, ответвляющимися от Приморского разлома в районе пр. Малое Море. В бортах депрессии широко распространены листрические сбросы, а в юго-западной части она интенсивно рассечена мелкими разломами. Ее наиболее погруженные участки примыкают к NW склону подводного Академического хр. Маломорско-Езовская депрессия - сейсмически слабо активный элемент Байкальской впадины, как, впрочем, и вся Северо-Байкальская впадина.

Кедровско-Томпудинская депрессия располагается севернее Маломорско-Езовской и отделяется от нее протяженной зоной разломов. Осадочное тело деформировано и нарушено разрывами только в бортах депрессии и на ее юго-западном и северо-восточном замыканиях. Складывается впечатление, что в основании депрессии происходит погружение относительно монолитного блока фундамента, над тектоническими границами которого разрушается как бы единое для Северо-Байкальской впадины осадочное тело. Депрессия в целом сейсмически слабоактивная.


11

Еще севернее располагается Рель-Кичерская депрессия. Она практически со всех сторон обрамляется разломами, ее внутреннее поле рассечено разрывами, делящими ее на серию разноуровенных ступеней, а в осевой части наблюдаются два субпараллельных грабена. Основную роль в структуре депрессии играют сдвигосбросовые разломы NW” NE простираний. Среди депрессий, образующих Северо-Байкальскую впадину, Рель-Кичерская является наиболее сейсмически активной на современном этапе развития.

Внутренняя структура других сухопутных впадин Байкальской рифтовой зоны - Тункинской, Верхнеангарской, Муйской и Чарской - изучена хуже. Вся информация, которой мы располагаем, это результаты структурно-геологических, геоморфологических исследований и интерпретации космо- и аэрофотоматериалов. Методы сейсмоакустики для изучения структуры их осадочного заполнения не использовались в силу ряда объективных причин. Имеющийся материал позволяет лишь в первом приближении судить о внутреннем строении и кинематике раскрытия впадин. Модели же раскрытия впадин байкальскою типа были рассмотрены ранее [2, 14]. Для подтверждения или опровержения этих моделей необходимы знания о структуре поля напряжений и кинематике перемещения крыльев активных разломов в различные промежутки геологического времени. Последняя задача достаточно успешно решается традиционными методами структурной геологии.



Реконструкция эволюции напряженного состояния земной коры Байкальского рифта. Сейсмоакустические исследования на оз. Байкал сопровождались структурно-геологическим картированием активной тектоники в центральной части Байкальской рифтовой зоны. В результате создана обширная база данных мелких структурно-тектонических элементов (зон тектонической трещиноватости, складок в рыхлых кайнозойских осадках и пр.). Для структурного анализа использовались элементы залегания трещин, чаще всего лишенных вторичных изменений на их плоскостях, и элементы трещинной тектоники в датированных неоген-четвертичных осадочных образованиях (Тункинская впадина: районы пп. Туран, Анчук, Нилова Пустынь, Монды, на NW склоне п-ва Святой Нос; на NW склоне прол. Ольхонские Ворота и Малое Море, в обнажениях между Северобайкальском и Нижнеангарском, около ж.д. ст. Танхой; в устье рек Селенги и Аносовки и др.). Кроме того, для анализа современного поля напряжений привлекались материалы определения фокальных механизмов очагов землетрясений [9].

Для того, чтобы охарактеризовать напряженное состояние земной коры, действовавшее на различных этапах истории Байкальского рифта, и попытаться проследить его эволюцию, мы воспользовались новыми тектонофизическими методами реконструкции напряженного состояния, основанными на кинематическом анализе смещений по тектоническим трещинам. Уточним, что авторы работы [13] использовали широкоизвестные методические подходы [5, II], которые не позволяют реконструировать поле напряжений, воздействующее на совокупность трещин после их образования.

Реконструкция палеонапряженного состояния проводилась с использованием программы TENSOR Д.Дельво [16], ядро которой составляет метод инверсии Ж.Анжелье [15]. Применение этой технологии обеспечило единство методического подхода ко всем массивам геолого-структурных данных. Использованная методика позволяет выделить в совокупности трещин группы, относящиеся к различным этапам деформации. Это важно в применении к разрывным структурам Прибайкалья, поскольку они развивались, как правило, на древнем протерозойском или палеозойском основании.

При анализе трещиноватости в кристаллических породах до-кайнозойского возраста, для реконструкции полей напряжений рифтогенного этапа использовались плоскости скольжения, не имеющие на поверхности вторичных минералов или содержащие вторичные минералы, образованные в условиях верхней части земной коры (кальцит, цеолиты). Глубина эрозионного вреза за кайнозойский период для Байкальской рифтовой зоны не превышает 2000-2500 м, следовательно, трещины, образованные или активизированные в кайнозое, не должны содержать на поверхности скольжения высокотемпературных минералов. Кроме того, в каждом коренном обнажении для структурного анализа выбиралась трещиноватость наиболее позднего этапа деформации. К тому же замеры тектонической трещиноватости производились в зонах разломов, активных в кайнозое. После расчета тензора тектонических напряжений для дальнейшей интерпретации отбирались те решения, которые более соответствовали морфологическому типу раз

лома. Большое внимание уделялось поиску и анализу разрывных нарушений в датированных кайнозойских осадках, базальтах и корах выветривания, которые могли служить в качестве опорных при выделении возрастных этапов деформаций.

Для реконструкции кайнозойского напряженного состояния земной коры в рифтовой зоне (на территории, включающей Байкальскую, Баргузинскую, Тункинскую и Кичерскую впадины) были собраны данные о тектонической трещиноватости на более чем 200 станциях наблюдений. В результате анализа, разбраковки деформаций по возрасту с учетом ограничений используемого метода реконструкции были получены для 87 решений.

Поскольку тензоры характеризуют различные типы напряженного состояния, для их графического представления мы воспользовались систематикой, предложенной в работе [19] и примененной для подобных же целей при изучении территории Восточно-Африканской рифтовой системы [9]. Авторы этой систематики выделяют три главных режима деформирования коры - растяжение, сдвиг и сжатие, которые в зависимости от значения коэффициента формы тензора R = 2-3/1-3 классифицируются следующим образом:

растяжение радиальное (чистое) со сдвигом (R = 0/0,5/1, 1 вертикальная);

сдвиг растяжения (чистый) сжатия (R = 1/0,5/0, 2 вертикальная);

сжатие со сдвигом (чистое) радиальное (R = 0/0,5/1, 3 вертикальная).

На рис.2 показаны реконструированные тензоры полей напряжений, объединенные по принадлежности к сдвиговому режиму деформирования земной коры. Всего получено 32 тензора. Для всей Байкальской впадины характерны тензоры сдвигового типа с элементами растяжения. Ось растяжения, как правило, направлена в NE или WE. При тех же направлениях растягивающих усилий тензоры, реконструированные для Тункинской впадины и юго-западной оконечности оз. Байкал, в половине случаев относятся к условиям сдвига со сжатием или сжатия с элементами сдвига. Причем такие типы тензоров реконструированы по заведомо кайнозойским разрывным нарушениям.

Тензоры тектонических напряжений, характеризующие условия растяжения земной коры, получены на 62 станциях (рис.3). Чаще всего они относятся к обстановке чистого растяжения или растяжения со сдвигом, и только в отдельных случаях реконструированы тензоры, относящиеся к режиму радиального растяжения, когда напряжения вдоль осей 3 и 2 близки по величине. Последние встречаются в центральной и южной частях Байкальской впа-





Рис.2. Карта стресс-тензоров палеорежима сдвига БРЗ: 1- водная поверхность озер; 2 - осадочные отложения рифтовых впадин;

3 - кайнозойские базальты; 4 - станции наблюдения; разломы, активные в кайнозое: 5 - сбросы, 6 - сдвиги, 7 - взбросы; 8 -реконструированные тензоры тектонических напряжений по трещиноватости

12



Рис. 3. Карта стресс-тензоров палеорежима растяжения БРЗ.

Условные обозначения те же, что на рис 2.

дины и в NE борту Кичерской. Трудно выделить предпочтительную ориентировку осей растяжения и сжатия для каких-либо участков рифтовой зоны. С целью поиска закономерностей в полученных данных мы воспользовались статистическими методами анализа. На рис.4 показаны диаграммы распределения параметров реконструированных тензоров полей напряжений. Они характеризуют пространственное положение осей главных нормальных напряжений и значения коэффициента формы тензора R. Наиболее стабильные пространственные характеристики имеет ось минимального сжатия 3. Независимо от типа напряженного состояния на диаграммах отчетливо выделяется преимущественное простирание NW-SE и пологие углы наклона оси к горизонту. Наряду с этим довольно заметный максимум частоты встречаемости образуют тензоры с субширотным простиранием оси 3 для условий сдвигового режима деформирования.

Оси максимального сжатия 1 не имеют отчетливого максимума простирания ни при небольших углах наклона (режим сдвига), ни тем более при крутом падении, характерном для режима растяжения. Правда, и в том и в другом случае есть тенденция к увеличению частоты встречаемости тензоров со сжатием NE или NS простирания.

Отчетливо выделяются максимумы NE-SW простирания средней оси 2 для условий режима растяжения несмотря на большой разброс в ее наклоне. Для режима сдвига наиболее характерны NW-SE простирания 2 хотя встречаются и NE-SW направления.

Гистограммы распределения значений коэффициента R, отражающего соотношение напряжений, действующих вдоль главных осей тензора, различаясь внешне для исследуемых двух режимов деформирования, имеют много общего. Два из трех максимумов значений R для режима сдвига имеют полные аналоги на гистограмме распределения R для режима растяжения. Согласно классификации из работы [9], наиболее распространенными являются тензоры режима чистого растяжения и промежуточного режима между условиями радиального и чистого растяжения (0,2

Анализ современного напряженного состояния земной коры в Байкальском рифте базируется на данных о механизмах очагов землетрясений. Наиболее полно этот вопрос освещен в статье А.В.Солоненко с соавторами [19]. На основе этих данных построена схема траекторий кинематических осей сжатия и растяжения в очагах землетрясений (см. рис.3). Для построения схемы использованы только горизонтально и наклонно (угол менее 60° к горизонту) расположенные оси сжатия и растяжения. Субвертикальные оси не ис

пользовались ввиду того, что они имеют наиболее неустойчивое простирание. В первом приближении схема отражает рисунок траекторий главных нормальных напряжений 1 и 3 современного поля тектонических напряжений на уровне средней и верхней коры.

Схема показывает, что траектории растяжения простираются главным образом перпендикулярно или под углом более 60° к простиранию рифтовых впадин, а траектории сжатия простираются как вдоль, так и поперек рифтовых структур. При этом траектории сжатия параллельны участкам рифтовой зоны с простиранием 20-60° (Хубсугульская, Байкальская впадины). Косое расположение траекторий напряжений сжатия отмечается на субширотных ветвях рифтовой зоны (Тункинская, Кичерская, Верхнеангарская).

По известным методикам [5 и др.], аналогичным примененным для обработки геолого-структурных данных, рассчитаны тензоры полей напряжений и коэффициенты формы тензоров R = (2-1)/ (3- 1) для отдельных участков БРЗ, выделенных по признаку квазиоднородности механизмов очагов. Выбранные участки включают Кичерскую и часть Верхнеангарской впадины (1), блок Бар-гузинского хребта (2), Баргузинскую впадину (3), район полуострова Святой Нос (4), центральную часть Байкальской впадины от северной оконечности острова Ольхон до дельты р. Селенги (5), Южно-Байкальскую впадину (6) и Тункинскую впадины (7). Кроме критерия квазиоднородности данных, на выбор территорий влияла также их обеспеченность данными по механизмам очагов землетрясений.

Расчеты показали, что на современном этапе тектонического развития практически на всей исследуемой территории земная кора деформируется в условиях режима чистого растяжения (районы 1, 2, 3, 4, 6). Оси растяжения 3 и сжатия 1 практически горизонтальны, а коэффициент R близок к 0,5. Режим, переходный от чистого растяжения к растяжению со сдвигом, характерен для центральной части Байкальской впадины. Здесь ось 2 имеет наклон около 17°, а коэффициент R составляет 0,65. Совершенно иное современное напряженное состояние присуще блоку коры под Тункинской рифтовой впадиной. Здесь при небольшом отклонении оси 3 ближе к субширотному положению резко меняется тип тензора. Оси 2 и 1 наклонены к горизонту под углами 36° и 54° соответственно при горизонтальном положении 3. Значение коэффициента R составляет 0,33, что соответствуют режиму сдвига со сжатием. В расчеты по Тункинской впадине не были включены механизмы




  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница