CC BY
23
УДК 551.248.2 (571.17)
Л.В. Панина1, В.А. Зайцев2, В.О. Михайлов3
НОВЕЙШЕЕ СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ НАРЫКСКО-ОСТАШКИНСКОЙ ПЛОЩАДИ (ЮЖНЫЙ КУЗБАСС)4
В результате исследований, включавших структурно-геоморфологический анализ, статистическую обработку данных дешифрирования, привлечение материалов спутниковой радарной интерферометрии, выявлен сводово-блоковый стиль новейших дислокаций в районе, определен характер их взаимоотношений с древними комплексами, оценена скорость современных вертикальных движений. Согласно построенной компьютерной геодинамической модели в программе IramRMS, формирование новейшей структуры происходило в условиях северозападного горизонтального сжатия (330°).
Ключевые слова: неотектоника, структурно-геоморфологический анализ, дешифрирование, слабая зона, разрывы, геодинамическая модель.
The carried out complex researches, including structural and geomorphological analysis, statistical processing of the space images interpretation, supplemented by SAR interferometry data, allowed to reveal arch-block style of the latest structures of the region, the nature of the relationship of the modern structures with ancient ones and appreciate the velocities of the modern movements. According to IramRMS model the neotectonic structure was forming due to NW (330°) stress.
Key words: neotectonics, structural and geomorphological analysis, interpretation of the space images, weak zone, faults, geodynamic model.
Введение. Район исследования расположен на юге Кузнецкой впадины, которая наследует одноименную структуру среднепалеозойского—мезозойского возраста. Со всех сторон впадина окружена горными сооружениями, непосредственно влияющими на становление и развитие новейшей структуры, включая Нарыкско-Осташкинскую площадь — район детальных исследований. Кузбасс сейсмически активен. Последнее землетрясение магнитудой 5,3—5,6 произошло 19.06.2013 в районе Белова.
Предыдущими исследованиями авторов выявлено новейшее строение Кузбасса, который представляет собой сочетание широких поднятий и узких впадин, осложненных слабыми зонами разрывов, трещино-ватости, дробления пород северо-западного, северовосточного, субмеридионального и субширотного простирания [Панина, Зайцев, 2012]. В пределах центральной части одного из таких поднятий — Талдинского — и расположен район исследования (рис. 1). Максимальные значения альтитуды рельефа в пределах района исследования достигают 500 м. В строении участвуют угленосные терригенные комплексы верхней перми, вулканогенно-терригенные образования с дайками диабазов раннего—среднего триаса и терригенные нижне-среднеюрские отложе-
ния. Эти комплексы образуют Кыргай-Осташкинскую синклиналь и Нарыкскую антиклиналь.
С целью детального изучения новейшего строения Нарыкско-Осташкинской площади и тенденций развития ее структур на современном этапе выполнены комплексные работы, включавшие структурно-геоморфологическое дешифрирование топографических карт и космических снимков масштаба 1:25 000, построение и интерпретацию геоморфологических профилей, статистическую обработку данных дешифрирования с помощью модуля расширения Lineament Analyst для АгсМар, компьютерную обработку космических радарных изображений методом интерферометрии, сопоставление полученных материалов с геологическими и геофизическими данными, построение компьютерной геодинамической модели вертикальных смещений в результате горизонтального сжатия в программе IramRMS. Дешифрирование проводилось по топографическим картам масштаба 1:25 000 и космическим снимкам с использованием ГИС-технологий с применением программного пакета ArcMap.
Новейшее строение Нарыкско-Осташкинской площади. Структурно-геоморфологический анализ рельефа позволил существенно уточнить новейшую
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, доцент, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: panina53@mail.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, вед. науч. с., зав. лабораторией исследования геокатастроф, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: v. zaitsev@mail.ru
3 Институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН, зав. лабораторией комплексной геодинамической интерпретации наземных и спутниковых данных, докт. физ.-мат. н.; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, отделение геофизики, кафедра физики Земли, профессор; e-mail: mikh@ifz.ru
4 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-05-00824-а). Авторы благодарят Е.А. Киселеву (ИФЗ) за проведение расчетов по данным спутниковой радарной интерферометрии.
структуру Нарыкско-Осташкинской площади. В ее пределах выявлена серия частных поднятий, которые разделяются, как правило, узкими впадинами — долинами крупных рек и их притоков, таких, как Бунга-рап, Черновой Нарык, Талда, Тагамыш, Кыргай и др. Крупные долины ориентированы субмеридионально. Выявленные частные поднятия условно названы нами Караканским, Кыргай-Нарыкским, Нарык-ским, Осиновским, Кукшинским, Бугровкинским, Большереченским и Убикским (рис. 2). Каранское и Кыргай-Нарыкское поднятия вытянуты в северосеверо-западном направлении. Расположенные восточнее Осиновское, Убикское, Бугровкинское поднятия имеют несколько измененную северо-западную ориентировку. Для Большереченского характерна вытянутость в северо-восточном направлении. Кук-шинское поднятие имеет причудливые очертания: на юге оно вытянуто в северо-западном направлении, а на севере — в северо-восточном.
Самое западное, Караканское поднятие лишь частично попадает в район исследований. Оно выражено в рельефе линейным одноименным хребтом с амплитудой до 340 м в своде, которая уменьшается до 265 м и менее на северо-восточном склоне. В геологической структуре ему соответствует Караканская синклиналь, северо-восточное крыло которой попадает в район исследования. Поднятие нарушено зонами разрывов, трещиноватости, дробления пород преимущественно северо-восточного простирания. На геоморфологическом субширотном профиле 6 (местоположение указано на рис. 3) выявлен новейший разрыв северо-западного простирания (рис. 4).
Расположенное восточнее Кыргай-Нарыкское поднятие с запада и востока ограничено долино-образными понижениями рек Кыргай и Черновой Нарык соответственно. В район исследования попадает северная часть поднятия с максимальными абсолютными отметками, достигающими в своде 450 м и снижающимися до 340—330 м на юге. Поднятие соответствует западной периклинали Нарыкской антиклинали и центральной части Кыргай-Осташкинской синклинали и является наложенным по отношению к древним структурам. Оно осложнено слабыми зонами северо-восточного и северо-западного простирания, некоторые из которых соответствуют на геоморфологических профилях разрывам (рис. 4, профиль 6).
Сходное строение имеет и Нарыкское поднятие, северная часть которого попадает в район исследований. Оно ограничено долинами рек Черновой Нарык на западе и Березовая на востоке. В геологической структуре ему соответствует юго-западное крыло Нарыкской антиклинали на севере и ядро Кыргай-Осташкинской синклинали. Абсолютные отметки в своде составляют 340—380 м. Слабыми зонами северо-восточного и северо-западного простирания поднятие разбито на блоки разной амплитуды. На геоморфологических профилях многие слабые зоны
Рис. 1. Местоположение района исследований
выражены разрывами с амплитудой смещения до 25 м (рис. 4, профиль 7).
Восточнее расположено Осиновское поднятие, которое обрамлено с запада и востока долинами рек Березовая и Черновой Нарык соответственно. Амплитуда Осиновского поднятия составляет 300—315 м и уменьшается на северо-восток до 265—270 м. На юго-востоке поднятие развивается над субширотной Кыргай-Осташкинской синклиналью, а центральная и северная области приурочены к Нарыкской антиклинали, ось которой перпендикулярна к вытянутому в северо-западном направлении новейшему поднятию.
Преобладающее простирание слабых зон и разрывов, установленных по геоморфологическим профилям, северо-восточное. Выражены и слабые зоны, простирающиеся в северо-западном направлении и совпадающие с крупными речными долинами. На севере поднятие осложнено слабыми зонами субширотного простирания, которые частично наследуют геологические разрывы. Сочетания слабых зон перечисленных простираний определяет блоковое строение Осиновского поднятия.
На северо-западе от Осиновского поднятия выявлено Убикское поднятие, которое отличается от описанных выше более высокими значениями аль-
Рис. 2. Карта новейших дислокаций Нарыкско-Осташкинской площади: 1 — впадины; 2—9 — поднятия: 2 — Большереченское, 3 — Бугровкинское, 4 — Караканское, 5 — Кукшинское, 6 — Кыргай-Нарыкское, 7 — Нарыкское, 8 — Осиновское, 9 — Убикское; 10 —
современные разрывные нарушения; 11 — слабые зоны
0 1,25 2,5 5 7,5 10 км
Рис. 3. Схема расположения геоморфологических профилей
титуды, достигающими 500 м и более. Свод поднятия совпадает с хребтом, простирающимся в северовосточном направлении, согласном с простиранием
пород, слагающих северо-западное крыло Нарыкской антиклинали. Слабые зоны северо-восточного и северо-западного простирания разбивают поднятие на ряд блоков. Интерпретация геоморфологического профиля 5 позволила выявить разрывы северо-западного простирания с амплитудой смещения до 40 м (рис. 4). Проявляются в рельефе и слабые зоны, простирающиеся субширотно.
Восточнее Убикского расположено вытянутое в северо-западном направлении Бугровкинское поднятие. Его западным обрамлением служит впадина, к которой приурочена долина р. Бугровка, восточным и южным — впадины-долины Большой Речки и Чернового Нарыка соответственно. На юге поднятие соответствует Кыргай-Осташкинской синклинали, на севере — Нарыкской антиклинали. Максимальные значения абсолютной отметки составляют 350—360 м. Все три направления простирания слабых зон — северо-восточное, северо-западное и субширотное — проявлены в рельефе. Некоторые из них отражены на геоморфологических профилях и представляют собой разрывы. Субширотные геологические раз-
Профиль 1
20,42 км
26,2 км
Рис. 4. Интерпретация геоморфологических профилей. Пояснения см. в тексте
рывы фрагментарно наследуются слабыми зонами на севере поднятия.
Восточнее расположено близкое по форме к изометричному Большереченское поднятие. От Бу-гровкинского поднятия на западе оно отделяется долиной р. Большая Речка и понижением в рельефе с альтитудой ~280 м. На востоке его ограничением служит широкая впадина, разрабатываемая р. Томь. Абсолютные отметки достигают 340—350 м. Значительная часть поднятия соответствует субширотной Нарыкской антиклинали. Слабыми зонами северовосточного и северо-западного простирания поднятие разбито на серию блоков разной амплитуды. На геоморфологических профилях выявлены разрывы северо-восточного и субширотного простирания (рис. 4, профиль 1).
Самое восточное в районе Кукшинское поднятие от расположенного на западе Осиновского поднятия отделяется впадиной, к которой приурочена долина р. Черновой Нарык. Максимальная абсолютная отметка рельефа в центральной области поднятия составляет 415 м. Поднятие обращенное по отношению к Кыргай-Осташкинской синклинали. Вместе с тем геологические границы во многом определяют его конфигурацию, особенно в области, где поднятие имеет северо-восточное простирание. Сочетанием слабых зон северо-восточного, северо-западного, иногда субмеридионального и субширотного простирания обусловлена блоковая раздробленность поднятия. Интерпретация геоморфологических профилей позволила выявить разрывы северо-восточного простирания (рис. 4, профиль 1).
Таким образом, в результате наших исследований выявлена новейшая структура Нарыкско-Осташкинской площади. Описанные выше частные поднятия и разделяющие их, как правило, узкие впадины-долины крупных рек нарушены слабыми зонами разрывов, трещиноватости, дробления пород. Сочетание пликативных и дизъюнктивных дислокаций создает сводово-блоковый стиль строения площади. В результате интерпретации профилей выявлены вертикальные смещения одновозрастных водораздельных поверхностей и террасовых уровней, установленных ранее в Кузбассе. В районе исследования на профилях представлены все 11 уровней, которые соответствуют нескольким стадиям выравнивания. Самая древняя и верхняя ступень с отметками 400—550 м, описанная предшественниками на юге района, в бассейне р. Мрас-Су, предположительно представляет собой фрагменты мелового пенеплена. Этот пенеплен занимал большую часть Кузнецкой котловины и существовал уже к концу олигоценовой эпохи. В современном рельефе эта поверхность деформирована и поднята в окружающих котловину горных сооружениях на значительную высоту (>1000 м), а в районе Нарыкско-Осташкинской площади сохранилась на своде Убикского поднятия (рис. 4, профиль 5).
Дальнейшие перестройки рельефа, происходившие на границе среднего и позднего плиоцена, а также более поздние привели к существенной деформации поверхности пенеплена, особенно в периферических частях Кузнецкой котловины. Активизация тектонических движений отмечена на границе среднего и позднего плиоцена, после чего наступил период относительно спокойного развития, что подтверждается наличием позднеплиоценовой поверхности выравнивания, датированной по галечникам долины р. Кондома [Файнер, 1969]. В районе исследования эта поверхность расположена на абсолютных отметках 350—400 м и соответствует 4-му и 5-му уровню, что видно на профилях, приведенных на рис. 4. Отчетливо прослеживающиеся на геоморфологических профилях уровни 6, 7 и 8 с абсолютными отметками 350-265 м датируются, по-видимому, средним— поздним плейстоценом — временем формирования эолово-делювиальных отложений бачатской свиты. Более низкие 9-й (265—240 м) и 10-й (235—215 м) уровни соответствуют 2-й и 1-й низким террасам Кыргая, Чернового Нарыка и других рек, долины которых формировались в позднем плейстоцене. Самый молодой 11-й уровень, голоценовый (215—190 м), соответствует поймам рек.
Отметим смещения перечисленных уровней вдоль зон новейших разрывов, что хорошо наблюдается на продольных и поперечных геоморфологических профилях. Интерпретация геоморфологических профилей позволяет перевести некоторые слабые зоны в разрывные нарушения и определить их амплитуду. Это, как правило, северо-восточные и северо-западные разрывы с амплитудой смещения 25—30 м.
Унаследованность и новообразование новейших дислокаций. Выявленные новейшие дислокации сопоставлены с результатами крупномасштабного картирования древних комплексов. В результате сравнения новейшего структурного плана с герцинскими и мезозойскими структурами унаследованность не выявлена. Более того, многие орографические формы обращенные по отношению к древним, например Кукшинское поднятие, расположенное на востоке района. В целом субширотно ориентированные На-рыкская антиклиналь и Кыргай-Осташкинская синклиналь в рельефе выражены морфоструктурами субмеридиональной и северо-западной ориентировки. Исключения — Убикское новейшее поднятие на северо-западе и Кукшинское на юго-востоке, контуры которых параллельны границам палеозойских и мезозойских геологических комплексов.
Сопоставление слабых зон с геолого-геофизическими данными позволяет говорить о том, что слабые зоны частично наследуют древние разрывы. Так, лишь на отдельных участках наследуются преимущественно субширотные разрывы герцинского комплекса в северной и южной частях района. Фрагментарно совпадают с древними разрывами слабые зоны северовосточного и северо-западного простирания в преде-
лах Кыргай-Нарыкского, Нарыкского и Осиновского поднятий. Наблюдается хорошая корреляция между слабыми зонами и разрывами, выявленными геофизическими методами. Так, протяженная слабая зона северо-восточного простирания, пересекающая Убик-ское поднятие, отчетливо прослеживается на карте гравитационных аномалий.
На обобщающей розе-диаграмме слабых зон для всей изученной территории выделяются следующие основные системы (в интервалах простирания): северо-восточная (15—80°), северо-западная (260— 345°) и субмеридиональная (350—360°).
Сопоставление результатов структурно-геоморфологического анализа с данными, полученными методом спутниковой радарной интерферометрии. Метод спутниковой радарной интерферометрии позволяет оценивать смещения земной поверхности за период между повторными съемками. Применение этого метода дает возможность, в частности, определить амплитуду современных движений [Михайлов и др., 2012, 2014], оценить динамику неравномерного развития мор-фоструктур. В результате сопоставления материалов компьютерной обработки радарных изображений с данными структурно-геоморфологического анализа выявлены области, где морфоструктуры продолжают развиваться в том же направлении (поднимаются или опускаются) и на современном этапе, другие лишь частично следуют этой тенденции, третьи изменяют знак движения на противоположный.
Наиболее активно воздымается Кукшинское поднятие, скорость современных движений достигает здесь 45—50 мм/год, причем в этот процесс втягивается и расположенная на востоке впадина с долиной р. Томь. Кукшинское поднятие также разрастается на северо-запад и запад, захватывая участки впадины, разрабатываемой долиной р. Черновой Нарык. Тенденция к разрастанию поднятий за счет пограничных впадин наблюдается на юго-востоке Бугровкинского поднятия, а также на отдельных участках Нарыкского, Кыргай-Нарыкского и Караканского поднятий. Сохраняется тренд восходящих движений в центральной части Нарыкского и на северо-востоке Убинского поднятий. В современные положительные движения втягиваются и области с небольшой суммарной амплитудой (отдельные блоки Осиновского и Бугров-кинского поднятий).
Блоки с высокими значениями альтитуды нередко испытывают отрицательные современные движения, например свод Нарыкского поднятия. В прогибание втянуты и выраженные в рельефе высокоамплитудные (до 500 м) области Кыргай-Нарыкского и Убикского поднятий на северо-западе района. Инверсионно развиваются на северо-востоке района Бугровкинское и Большереченское поднятия, причем юго-восточные части этих поднятий на современном этапе воздымаются, а северные погружаются.
В целом для района максимальные отрицательные значения скорости, достигающие 45—49 мм/год,
присущи, как правило, блокам с достаточно высокими значениями альтитуды (350—450 м).
Границами изменения значений скорости и знака современных движений служат выявленные в результате структурно-геоморфологического анализа слабые зоны, что доказывает тектоническую природу последних и позволяет классифицировать их как современные (рис. 2).
Сопоставление структурно-геоморфологических материалов с данными спутниковой радарной интерферометрии позволило определить тенденции развития новейших структур на современном этапе. Как следует из вышесказанного, для одних структур характерен унаследованный тренд восходящих или нисходящих движений, для других наблюдается инверсионное развитие, третьи стабильны, для них скорость современных движений приближается к нулю.
С целью определения условия формирования новейшей структуры выполнено компьютерное моделирование с использованием программного модуля RMS Fracture (компания «Roxar») [Дмитриевская и др., 2012]. Этот модуль предоставляет пользователю инструмент, с помощью которого можно оценить вертикальные перемещения в модели (displacement Z), нарушенной тектоническими разрывами при разных ориентировках внешнего поля напряжений. Если использовать этот инструмент в комплексе с картой скорости вертикальных тектонических движений, можно решить обратную задачу, т.е. определить ориентировку внешнего сжатия. Для этого была построена структурная модель приповерхностной части Нарыкско-Осташкинской площади. В качестве неоднородностей среды в этой модели использованы выявленные разрывные нарушения. Рассчитано 12 вариантов поведения модели при внешних нагрузках, отличающихся на 15°. Затем полученные параметры перемещений в модели по оси Z (displacement Z) сопоставлены с картой современной скорости вертикальных тектонических смещений, рассчитанной методом спутниковой радарной интерферометрии с использованием снимков ALOS и ERS. В итоге выявлено, что наиболее близкое соответствие между рассматриваемыми параметрами достигается при внешней нагрузке, имеющей ориентировку 330°, т.е. соответствует северо-северо-западному направлению.
Заключение. Таким образом, в результате исследований выявлены особенности неотектонического строения и развития района. Установлен характер взаимоотношения древних и новейших структур, а также тенденции их развития на современном этапе. Оценена скорость современных вертикальных движений разного знака. Создана компьютерная геодинамическая модель, показывающая, что описанная структура формировалась при условии северозападного сжатия (330°).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Дмитриевская Т.В., Рябухина С.Г., Зайцев В.А. Проблемы добычи метана из угольных пластов и новейшая геодинамика на примере Талдинского месторождения (Южный Кузбасс) // Геология нефти и газа. 2012. № 4. С. 85—91.
Михайлов В.О., Киселева Е.А., Дмитриев П.Н. и др. Оценка полного вектора смещений земной поверхности и техногенных объектов по данным радарной спутниковой интерферометрии для областей разработки месторождений нефти и газа // Геофизические исследования. 2012. № 3. С. 5-17.
Михайлов В.О., Киселева Е.А., Смольянинова Е.И. и др. Некоторые проблемы мониторинга оползневых процессов
с использованием спутниковых радарных снимков с различной длиной волны на примере двух оползневых склонов в районе Большого Сочи // Изв. РАН. Сер. Физика Земли. 2014. № 4. С. 1-11.
Панина Л.В., Зайцев В.А. Неотектоника и геодинамика Кузнецкой впадины // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2012. № 6. С. 12-19.
Файнер Ю.Б. Кузнецкая котловина // История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока. Алтае-Саянская горная область. М.: Наука, 1969. С. 157-204.
Поступила в редакцию 25.05.2014
