CC BY
50
УДК 258.389:551.2
СОВРЕМЕННЫЕ КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
Вячеслав Георгиевич Колмогоров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (913)941-78-90, e-mail: [email protected]
Виктор Анатольевич Калюжин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (952)907-19-83, e-mail: [email protected]
Наталья Валерьевна Одинцова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ассистент геоматики и инфраструктуры недвижимости, тел. (952)909-86-16, e-mail: [email protected]
В статье описываются основные кинематические параметры, полученные в результате комплексного анализа результатов повторного нивелирования в Забайкалье.
Ключевые слова: гранитоиды, архейские комплексы, современные деформации земной поверхности, скорости изменения кривизны и наклона земной поверхности.
CURRENT KINEMATIC PARAMETERS OF EAST SIBERIA
Vyacheslav G. Kolmogorov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof., Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (913)941-78-90, e-mail: [email protected]
Victor A. Kalyuzhin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. Prof., head of the Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (952)907-19-83, е-mail: [email protected]
Natalia V. Odintsova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Assistant lecturer, Department of Geomatics and Property Infrastructure, tel. (952)909-86-16, e-mail: [email protected]
Basic kinematic parameters obtained due to the complex analysis of releveling in Transbaikalia are described.
Key words: granitoids, Archaean complexes, current deformations of the Earth's surface, rate of Earth's surface curvature and slope change.
Сложный пpостpанственно-вpеменной процесс эволюции литосферы привел к существенной ее дифференциации на совокупность pавномеpно распре-
деленных геоструктурных элементов различного типа и порядков: от лито-сферных плит, платформ разного возраста, геосинклиналей, сводов, впадин, краевых и межгорных прогибов до локальных структур. В силу различий физических свойств горных пород и вещества глубинных зон, а также элементов залегания пород указанные неоднородности геофизической среды, закономерно отражаются в стационарных геофизических полях, с одной стороны, а с другой -предопределяют характер и особенности пространственного распределения современных движений земной коры [1- 6, 17].
Главная задача исследований современной кинематики Восточной Сибири -установление пространственной и временной характеристик современных вертикальных движений и их сопоставление с характеристиками новейших движений и неотектоническими структурами. Качественные оценки пространственных характеристик СВДЗК содержатся во многих схемах классификации тектонических движений. Общее представление о характере и величине современных вертикальных движений крупных регионов юга Сибири дают графики высот дневного рельефа и изменений высот реперов, полученных по неуравненным данным повторного нивелирования 1 класса. Как правило, впадины проявляются обширной областью современного прогибания (скорость 4-6 мм/год), а своды -существенным поднятием (скорость 6-12 мм/год). Размеры аномалий СВДЗК по латерали изменяются от 3 тыс. км (1 ранга) до 1-0,5 тыс. км (2 ранга). На протяжении всего профиля графики изменения высот в общих чертах повторяют рельеф земной поверхности.
Дифференциацию вертикальных движений в Байкальской рифтовой зоне иллюстрирует рис. 1, на котором приведен комбинированный профиль по линии повторного нивелирования Татаурово-Горячинск-Могойто. Протяженность линии 470 км, проложена вдоль хребтов оз. Байкал. Первое нивелирование выполнено предприятием ГУГКа в 1938-1941 гг., повторное - в 1970-1972 гг.
0 качестве нивелирования свидетельствуют средние квадратические ошибки на
1 км хода: п = 0,9, = 1,2, а1 = 0,25, а2 = 0,02 мм/км. Результаты оценки и сопоставление графиков изменения высот нивелирных знаков (АН) и графика накопления разностей средних превышений [7, 12, 13] показали, что на большинстве участков профиля вычисленные скорости вертикальных движений во много раз превышают ожидаемые средние квадратические ошибки их определения.
В геологическом отношении рассматриваемый профиль расположен в пределах региональной структуры Северо-Восточного Прибайкалья - Баргузинской складчатой системы поздних байкалид. Эта структура прослеживается на протяжении 400 км при переменной ее ширине от 60 до 100 км, будучи ограниченной на западе и юго-востоке соответственно Восточно-Прибайкальской и Усть-Селенгинско-Витимской зонами глубинных разломов. Особенностью названной региональной структуры является довольно однородное глубинное строение, устанавливаемое как по геологическим, так и по геофизическим данным [17]. На большей площади эта структура сложена главным образом грани-тоидами баргузинского комплекса и представляет собой плутон.
Рис. 1. Профиль и схематический геологический разрез по линии повторного нивелирования Татаурово-Горячинск-Могойто. АН - изменение высот, мм; ЕЬ - рельеф поверхности, м.
Геологический разрез: О3 и Q4 - третичные и четвертичные отложения, уР1 -протерозойские гранитоиды баргузинского комплекса; Аг - архейские комплексы
Предполагается, что участок в верховьях р. Баргузин и низовьях р. Чары представляет собой наиболее глубинную часть плутона, которая ныне обнажена в результате последующего поднятия и эрозии. Дифференциация тектонических движений согласуется здесь с неотектоническими структурами, выраженными в рельефе земной поверхности (кривая на рис. 6). Анализируемый профиль сначала идет по северным отрогам хр. Улан-Бургасы (участок Та-таурово-Горячинск), затем на протяжении 100 км - по структурам, расположенным в области перехода от этого хребта к Байкальской депрессии (участок Горячинск - Усть-Баргузин). Одной из таких структур является Усть-Баргузинская впадина, выполненная рыхлыми образованиями и отделенная от Баргузинской впадины невысокой горной перемычкой - Шаманским порогом. Далее профиль проходит в области сопряжения Баргузинской впадины с Баргу-зинским хребтом (до поселка Баргузин), пересекает Баргузинскую впадину по юго-западной периклинали замыкания ее внутренней котловины (Джидакан-ской), затем идет по своеобразным антиклинальным структурам - подземным продолжениям отрогов Икатского хребта, обрамляющего Баргузинскую впадину с востока. Одним из таких отрогов хребта является Аргодинский. Наконец, профиль вновь пересекает Баргузинскую впадину в северо-восточной ее части
по другой периклинали замыкания Хонхинской внутренней котловины (район Могойто). Кривая изменения превышений Дh по профилю отображает общее поднятие всей региональной положительной структуры, скорости поднятия которой возрастают в северо-восточном направлении. Баргузинская впадина, как видно на рис. 1, не нашла достаточно яркого отображения на кривой Дк В частности, на ней не фиксируются интенсивное погружение и разрастание этой впадины, хотя последнее подтверждается не только глубинной структурой впадины, но и прогрессирующим заболачиванием ее долин. Наблюдаемое распределение скоростей вертикальных движений по всей Баргузино-Муйской зоне, видимо, в большей мере можно связать не с поверхностной, а с глубинной структурой этой зоны и очень высокой современной активностью Икатского хребта.
На рис. 2 нанесены график накопления разностей средних превышений за период между нивелировками линии Красноярск-Чита, выполненными в 1938-1943 и 1957-1965 гг. (за начальный репер принята стенная марка в здании депо ст. Красноярск), график горизонтальных градиентов скоростей и доверительный интервал значений скорости вертикальных движений ту.
Рис. 2. График изменения высот (ДН) геологический разрез по линии
повторного нивелирования Красноярск-Чита тДн - доверительный интервал значений скоростей СВДЗК, мм/год; Области байкальской складчатости: Во - выступы структур в ядрах антиклино-риев; В1 и В2 - нижний и верхний структурные ярусы: у - гранитоиды; СА3 - верхний структурный ярус каледонской складчатости
В 70-х годах сеть линий повторного нивелирования Сибири не имела привязки к уровнемерным постам и не было еще осуществлено общее уравнивание высотной сети СССР. Поэтому карты скоростей современных вертикальных движений составлялись в относительной системе отчета скоростей, в которой за начальный выбран репер в здании депо ст. Красноярск (закладка 1901г.).
Карта относительных скоростей современных вертикальных движений южного Прибайкалья и Забайкалья является одним из первых результатов регионального изучения современных вертикальных движений земной коры Сибири (рис. 3).
Рис. 3. Карта скоростей современных вертикальных движений земной поверхности и тектоническая схема Южного Прибайкалья и Забайкалья:
1 - граница Сибирской платформы; 2 - Байкальская рифтовая зона; 3 - высота рельефа, м; 4 - впадины: кайнозойские (а), мезозойские (б); 5 -юрские отложения Иркутского амфитеатра: 6 - вулканические конусы; 7 - граница Центральнго вулканического Витимского плоскогорья; 8 - зоны максимальной мощности юрских отложений; 9 - главнейшие глубинные разломы; 10 - маршруты ГСЗ с осреднен-ным значением глубин до поверхности мантии, км; 11 - граница области с пониженной скоростью сейсмических волн на границе мантии; 12 - участки резких уступов в рельефе поверхности мантии: 13 - характерные пункты нивелирной сети и их скорости, мм/год; 14 - изолинии скоростей современных вертикальных движений: а) основные через 2 мм/год, б) дополнительные, в) гипотетические. Врезка: 15 - линии повторного нивелирования; 16 - линии равных точностей определения скоростей СВД; 17 - величина средней квадратической погрешности скорости
Для составления этой карты кроме данных повторного нивелирования линии Красноярск-Чита использована государ-ственная сеть точного нивелирования (рис. 4). Основные результаты об-общения и анализа используемых линий нивелирования были получены нами к 1975 г. и обсуждались в различных аспектах [9, 10, 13 и др.]. Поскольку линия Красноярск-Чита (рис. 2) является опорной, то к анализу результатов ее нивелирования обращались неоднократно. Так, в работе [9] рассмотрены соотношения геофизических полей, геоструктурных элементов и скорости вертикальных движений; анализ связи режима современных вертикальных движений с особенностями геологического строения по профилю приведены в работах [9, 11, 14], а современные деформации земной поверхности по профилю и результирующие данные приведены в [9, 14].
Рис. 4. Схема полигонов нивелирования на территории
Байкальской рифтовой зоны и Забайкалья: 1, 2 - линии нивелирования 1 и II классов, А - Ангинский, С - Селенгинский профили
Для составления представленной карты кроме линии Красноярск-Чита использована сеть нивелирования II класса (рис. 4), общая протяженность линий этой сети около 15 тыс. км. Интервалы времени между повторными нивелировками линий государственной сети - от 18 до 30 лет. Все полигоны были уравнены кореллатным способом, в результате чего определены вероятнейшие значения скоростей в узловых точках, принятых в дальнейшем за жесткие, и скорости промежуточных реперов всех линий. Средняя квадратическая ошибка единицы веса, полученная при уравнивании сети, ^ = ±0,07 мм/год на 1 км хода.
вукукун
На врезке к карте скоростей СВДЗП Южного Прибайкалья и Забайкалья (рис. 3) в изолиниях указана точность определения величин скорости вертикальных движений, которая колеблется от 0 в Красноярске до 2,8 мм/год в восточной части территории. Сечение изобаз на карте принято равным 2 мм/год.
Наметившиеся тенденции пространственного распределения современных вертикальных движений и их дифференциация связаны прежде всего с крупными морфоструктурами. При более детальном анализе установлены следующие закономерности.
1. Восточнее Красноярска на протяжении 500 км значения скоростей движений изменяются в пределах от -0,1 до +3 мм/год; приближаясь к Иркутскому амфитеатру, скорости резко возрастают и в его пределах достигают +8 мм/год.
2. Собственно рифтовая зона и ее ближайшее горное обрамление характеризуются наиболее контрастными скоростями СВДЗП, значения которых здесь меняются в основном от +10 до +20 мм/год, при этом максимальные скорости относятся к зонам новейшего и современного (голоценового) вулканизма в районах Амалатского хребта Витимского плоскогорья и западного подножия хребта Малого Хамар-Дабана. Именно в этих зонах происходит интенсивная современная перестройка древних морфоструктурных планов, связанная с рифтогенезом [15, 16].
На общем фоне высоких скоростей вертикальных движений рифтовые впадины исследуемой зоны характеризуются наименьшими скоростями. Так, в Усть-Селенгинской впадине по мере приближения к оз. Байкал скорости уменьшаются от +12 до +6 мм/год. В пределах Баргузинской и Тункинской впадин не столь резкое уменьшение скорости (всего на 1-2 мм/год) объясняется тем, что эти значения скоростей характеризуют не центральную часть, а борта впадин, поскольку линии нивелирования проложены в зоне сопряжения впадин с положительными структурами.
3. При переходе от Байкальской рифтовой зоны к Западному Забай-калью резких перепадов в значении скоростей вертикальных движений не наблюдается. Для Западно-Забайкальской же зоны мезозойско-кайнозойской активизации по мере удаления ее от Байкальской рифтовой зоны значения скорости движений постепенно уменьшаются с северо-запада на юго-восток. Если в пределах Хилокской зоны наблюдаются, в основном, скорости 12 мм/год, то в Восточном Забайкалье они достигают величины только 3 мм/год. Таким образом, Байкальский свод находит отчетливое отражение в современных вертикальных движениях земной поверхности, а его современные границы, проходящие на востоке далеко за пределами собственно Байкальской рифтовой зоны, совпадают с границами области повышенных скоростей вертикальных движений.
Анализ горизонтальных градиентов скорости вертикальных движений, вычисленных по отдельным профилям нивелирования показал, что полосы повышенных значений градиентов соответствуют во многих случаях контрактам блоков земной коры. Локализация зон с максимальными наклонами земной поверхности пространственно совпадает с зонами таких глубинных разломов, как Приморский, Джида-Витимский, Селенгино-Амалатский, Монголо-Охотский
и др. В пределах Иркутского амфитеатра и Восточного Забайкалья градиент
7 1
скорости не превышает 1-10" год- . В Байкальской рифтовой зоне значения гра-
7 7 1
диента меняются от 1-10" до 3-10" год" [9, ].
На основе карты относительных скоростей вертикальных движений была составлена карта горизонтальных градиентов скоростей в изолиниях с сечением
7 1
0,1-10" год" (рис. 5). Здесь максимальные значения наклонов земной поверхности отмечены в пределах Байкальского хребта и в зоне сочленения хребтов Баргузинского и Улан"Бургасы с Витимским плоскогорьем.
На рис. 6 представлена карта скорости изменения кривизны земной поверхности, содержащая информацию, в основном, о положительном значении
12
изгибовой деформации, максимальные значения которой (до 40,5-10") зарегистрированы в Байкальской рифтовой зоне.
Рис. 5. Схема горизонтальных градиентов скоростей СВДЗП
_п
Прибайкалья и Забайкалья. Изолинии проведены через 0,1-10
Рис. 6. Схема скоростей изменения кривизны земной поверхности
(изгибовая деформация) Прибайкалья и Забайкалья.
_12
Изолинии проведены через 5-10
Сопоставление геодезических и геолого-геофизических данных позволило сделать следующие выводы.
1. Современное региональное поднятие Байкальского свода за указанный период не вызывает сомнений, поскольку не обнаружено значительных по величине систематических ошибок по линиям повторного нивелирования.
2. Характер изменения скоростей вертикальных движений в пределах структурных элементов, расположенных на отрезке линии Красноярск-Иркутск, хорошо согласуется с особенностями их геологического развития: древние блоки земной коры юга Сибирской платформы, кроме Рыбинской и Кан-ско-Тасеевской впадин, характеризуются положительными значениями скоростей движений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Каленицкий А. И., Васильева Е. Е. Оценка площади физической поверхности участка на территории Алтайского края // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 68-73.
2. Каленицкий А. И., Ким Э. Л. О комплексной интерпретации данных геодинамиче-ско-гравиметрического мониторинга техногенной геодинамики на месторождениях нефти и газа // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 3-13.
3. Современная геодинамика Дальнего Востока по результатам гео - физических и геодинамических измерений / В. Ю. Тимофеев, Д. Г. Ардюков, В. М. Соловьев, С. В. Шибаев, А. Ф. Петров, П. Ю. Горнов, Н. В. Шестаков, Е. В. Бойко, А. В. Тимофеев // Вестник СГГА. -2012. - Вып. 3 (19). - С. 30-36.
4. Дорогова И. Е. Интерпретация наблюдений за движениями земной коры на техногенном полигоне // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 1. - С. 203-207.
5. Дорогова И. Е., Дербенев К. В. Глобальные вихревые движения блоков земной поверхности // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 244-247.
6. Каленицкий А. И., Ким Э. Л., Середович В. А. Об особенностях мониторинга техногенной геодинамики в районах интенсивного извлечения нефти и газа // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Пленарное заседание : сб. материалов (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 223-230.
7. Колмогоров В. Г. Систематические геодезические наблюдения за современными движениями земной коры в Байкальской рифтовой зоне // Современные движения земной коры (исследования на геодинамических полигонах). - Новосибирск: СО Наука, 1976. -С. 13-20.
8. Колмогоров В. Г. К вопросу о составлении карт горизонтальных градиентов современных вертикальных движений и деформаций изгиба земной поверхности//1Х Междуведомственное совещание по изучению современных движений земной коры на геодинамических полигонах: Тез. докл.- Петропавловск-Камчатский: Наука, 1981. - С. 88.
9. Колмогоров В. Г. Современная геодинамика Сибири по результатам геодезических и геолого-геофизических исследований. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 236 с.
10. Колмогорова П. П. Закономерности распределения современных вертикальных движений земной коры в Байкальской рифтовой зоне // Современные движения земной коры. - Новосибирск: Наука, 1978. - С. 21-29.
11. Колмогоров В. Г., Колмогорова П. П. Характеристика современных вертикальных движений, геофизических полей и геоструктурных элементов по профилю Красноярск-Иркутск // Геология и геофизика. - 1968. - № 11. - С. 43-48.
12. Колмогоров В. Г., Колмогорова П. П. Современные движения земной коры южной части Байкальской рифтовой зоны и сопредельных областей // Тектоника Сибири. М.: Наука. Т. VII, 1976. - С. 35-38.
13. Колмогоров В. Г., Колмогорова П. П. Результаты изучения современных движений земной коры Байкальской рифтовой зоны // Геофизические методы в познании земной коры в Сибири/Тр. СНИИГГиМС, вып. 249. - Новосибирск, 1977. - С. 145-158.
14. Колмогоров В. Г., Колмогорова П. П. Современная кинематика земной поверхности юга Сибири. - Новосибирск: Наука, 1990. - 153 с.
15. Сейсмическое районирование Восточной Сибири и его геолого-геофизические основы. Отв. ред. В. П. Солоненко. - Новосибирск: Наука, СО АН СССР, 1977. - 303 с.
16. Сейсмотектоника и сейсмичность рифтовой системы Прибайкалья. М.: Наука, 1968. 220 с.
17. Хаин В.Е. Общая геотектоника. М.: Недра, 1985. - 360 с.
© В. Г. Колмогоров, В. А. Калюжин, Н. В. Одинцова, 2015
