CC BY
18НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.243(571.5)
Структура и тектонофизика Усть-Оленекской системы складок
(Арктическая Якутия)
Д.А. Васильев, А.В. Прокопьев
Методами структурного и тектонофизического анализов установлена кинематика складчатых и разрывных деформаций, реконструированы оси главных напряжений и построена модель формирования Усть-Оленекской системы складок.
Ключевые слова: тектоника, разломы, складки, трещиноватость, структурный анализ, поля напряжений, тектонофизика, Усть-Оленекская система складок, Арктическая Якутия.
Using the structural and tectonophysical methods of analyses permitted establishing the kinematics offold and fault deformations, reconstructing the compression and tension axes, and constructing the model offormation of the Ust'-Olenek fold system.
Key words: tectonics, fault, fold, fracturing, structural analysis, stress field, tectonophysics, Ust'-Olenek fold system, Arctic Yakutia.
Введение
Северная, пришельфовая, часть Сибирской платформы является перспективной территорией на обнаружение залежей углеводородов. Вдоль арктического побережья моря Лаптевых протягивается цепочка валообразных поднятий, представленных крупными антиклинальными складками - потенциальными структурными ловушками. Эти поднятия объединяются в единую структуру - Усть-Оленекскую систему складок, осложняющую северное крыло Лено-Анабарского прогиба и относящуюся к Оленек-скому сектору Верхоянского складчато-надви-гового пояса [1]. В ее пределах вскрыты пермские, триасовые, юрские и меловые породы, разделенные стратиграфическими несогласиями. Не вскрытые на поверхности отложения верхнего карбона, ордовика, силура, рифея и венда установлены по данным бурения и интерпретации сейсмических профилей, гравиметрических и аэромагнитных полей [1]. Также по данным бурения установлено, что под Усть-Оленекской системой складок кембрийские породы отсутствуют и на неопротерозойских толщах залегают маломощные карбонатные отложения ордовика и силура, выклинивающиеся в южном направлении [2]. Хотя глубинная струк-
ВАСИЛЬЕВ Дмитрий Анатольевич - м.н.с. ИГАБМ СО РАН, [email protected]; ПРОКОПЬЕВ Андрей Владимирович - к.г.-м.н., зам. директора ИГАБМ СО РАН, [email protected].
тура сектора плохо изучена, предполагается дуплексное строение сектора [1, 3]. По данным гравиметрического моделирования, кристаллический фундамент залегает на глубине около 8 км и слабо погружается на север [1].
Задачей проведенного исследования являлась расшифровка тектонического строения восточной части Усть-Оленекской системы складок и прилегающих районов Лено-Анабарского прогиба на основе методов структурной геологии и тектонофизики.
Краткое описание тектонических структур
В Усть-Оленекскую систему складок входят Усть-Оленекская и Приморская антиклинали и разделяющая их Северная синклиналь запад-северо-западного простирания. К западу происходит виргация Усть-Оленекской складки и от нее ответвляется Прончищевская антиклиналь, а южнее, в центральной части Лено-Анабарского прогиба, протягивается Таймылырская синклиналь. В ядре Усть-Оленекской антиклинали вскрыты отложения нижнего триаса, а на крыльях - породы юры и мела. Мульда Северной синклинали выполнена породами юры, а ядро Приморской антиклинали - отложениями перми и триаса. На северо-восточное крыло Северной синклинали по Тумульскому разлому взброшены отложения, выполняющие Приморскую антиклиналь [4] (рис. 1, А). Тумульский надвиг имеет южную вергентность и предположительно от юго-западного до субширотного простирание. Он не вскрыт и устанавливается
по данным среднемасштабного картирования [1] .
Складчатые структуры
В процессе экспедиционных исследований проводились массовые замеры пространственной ориентировки плоскостных и линейных структурных элементов, таких как слоистость, трещиноватость, поверхности разломов, штрихи на зеркалах скольжения, жилы, шарниры скла-
док, которые затем обрабатывались на стереографических сетках Вульфа и Шмидта (проекция на нижнюю полусферу) при помощи компьютерных программ. Полюса слоистости, замеренной в пределах всей Усть-Оленекской системы складок, концентрируются вдоль дуги большого круга и характеризуют складчатость северо-западного простирания. Рассчитанный усредненный шарнир структуры полого (3 ) погружается в восток-юго-восточном направлении (рассчитанный азимут падения 103 ) (рис. 1, Б).
73°
Рис. 1. Структурная схема Усть-Оленекской системы складок. Отложения (А): 1 - пермские; 2 - триасовые; 3 - нижне-верхнеюрские; 4 - верхнеюрско-нижнемеловые; 5 - нижнемеловые; 6 - сбросы; 7 - разломы неопределенной кинематики; 8 - оси антиклиналей; 9 - оси синклиналей, 10 - стратиграфические несогласия.
Стереограммы полюсов: слоистости (Б); сместителей надвигов и взбросов (В); сбросов (Г); сдвигов (Д); всех разломов (Е) и кварцевых жил (Ж) (п - количество замеров)
0
0
0
0
0
Наблюдаемые складки цилиндрические, концентрические. Усть-Оленекская антиклиналь асимметрична - на ее южном крыле и в присво-довой части углы падения пород до 30-35 , а на северном крыле достигают 50-60 . Мелкие паразитические складки волочения более высокого порядка на крыльях крупных структур крайне редки. В ядре антиклинали эти складки имеют северо-восточную вергентность. На южном крыле Усть-Оленекской антиклинали впервые установлено угловое и азимутальное несогласие между предположительно ладинскими и ани-зийскими толщами среднего триаса, достигающее первых градусов при общем моноклинальном наклоне пород. Это позволяет предполагать деформационное событие на этом возрастном рубеже, возможно, связанное с локальным растяжением [4].
Разломы и жилы
Широко развиты межпластовые надвиговые срывы с видимой амплитудой до нескольких десятков сантиметров, которая, например, устанавливается по смещению крупных известково-глинистых стяжений в отложениях стратотипа оленекского яруса. Штрихи на зеркалах скольжения указывают на направление смещения пород в север-северо-восточных румбах. Наблюдаемые многочисленные надвиговые срывы и взбросы имеют северо-западное простирание и юго-западное падение сместителей, углы падения от первых до 70-80 (рис. 1, В). Скорее всего образование этих надвигов происходило одновременно с образованием крупных складок региона. Также широко развиты малоамплитудные сбросы и сдвиги, ориентированные, в основном, субортогонально к общему простиранию складчатых структур. Сопряженные сбросы образуют структуры мелкомасштабных грабенов и горстов. Амплитуда отдельных сбросов достигает 15-20 см. По простиранию сбросы делятся на северо-восточные с крутыми залеганиями и на северо-западные с небольшими углами наклона сместителей (рис. 1, Г). Сдвиги, как правило, имеют комбинированную кинематику - это либо взбросо-сдвиги, либо сбросо-сдвиги. Право- и левосторонние сдвиговые разломы зачастую сопряжены и наблюдаются в пределах одного обнажения. В основном они имеют северо-восточное простирание, реже северо-западное (рис. 1, Д). Таким образом, все разрывные структуры со смещением, наблюдаемые визуально на исследуемой территории, являются, в целом, ортогональными друг другу. Они располагаются как под небольшим острым углом к складчатости, так и субортогонально к
ней (рис. 1, Е). Это позволяет их объединить в единый структурный парагенезис и предположить образование в одном поле напряжений.
Ориентировка кварцевых жил мощностью от первых миллиметров до нескольких сантиметров практически идентична таковой вышеописанных разломов (рис. 1, Е, Ж). Выделяются две почти ортогональные системы субвертикальных жил северо-западного и северо-восточного простираний, и одна также северо-западной ориентировки, но со средними углами падения ~ 45 на юго-запад. Часто все эти три системы пересекающихся жил встречаются в пределах одного обнажения. Редко наблюдались смещения в первые миллиметры жил северо-западного жилами северо-восточного направления. Наибольшее количество жил имеет северо-западное простирание.
Трещиноватость
Нами были замерены ориентировки более 2300 трещин и на их основе построены стерео-граммы полюсов трещиноватости. На общей для всех трещин исследуемого района диаграмме видно, что, в целом, преобладают разрывы запад-северо-западного простирания, север-северо-восточной вергентности (рис. 2, А). Генеральная ориентировка трещин запад-северозападного простирания очень близка таковой осевым плоскостям крупных складок района, с разницей всего в 6 . Такая ориентировка трещин хорошо согласуется с моделью формирования трещиноватости в ядрах и на крыльях концентрических складок в одном поле напряжений [5]. В целях определения преобладающей ориентировки трещиноватости для различных структурно-гомогенных доменов нами были построены отдельные стереограммы для каждого из них. Так, стереограмма на рис. 2, Б показывает преобладающую запад-северо-западную и менее выраженную субдолготную системы трещиноватости для мульды и северного крыла Таймылырской синклинали (трещиноватость замерена в т.н. 23-25, рис. 1, А). Данная система совпадает с генеральной для исследуемого района ориентировкой трещиноватости, что позволяет предполагать ее образование в одном поле напряжений со складчатостью. Стереограмма для южного крыла Усть-Оленекской антиклинали (т.н. 26-30, рис. 1, А) показывает также преобладание систем трещин запад-северозападного и север-северо-восточного простираний и очень схожа с предыдущей (рис. 2, В). Разницей является увеличение интенсивности трещин север-северо-восточной ориентировки. На северо-восточном крыле Усть-Оленекской
0 0 0
Рис. 2. Стереограммы полюсов трещиноватости: всей в пределах исследованного района (А); в мульде Таймылырской синклинали (Б); на юго-западном (В) и северо-восточном (Г) крыльях и в ядре Усть-Оленекской антиклинали и на южном крыле Приморской антиклинали (Ж) (п - количество замеров)
антиклинали (т.н. 31-39, рис. 1, А) распространены системы трещиноватости, аналогичные наблюдаемым в вышеупомянутых доменах (рис. 2, Г). Однако здесь трещины обоих направлений распространены равномерно. В ядре Усть-Оленекской антиклинали (т.н. 43, рис. 1, А) ориентировка трещиноватости несколько другая (рис. 2, Д). Здесь преобладают три системы трещин: северо-восточного, северо-западного простираний с крутыми углами падения и северо-западного направления с пологими до горизонтальных углов падения. Несовпадение ориентировок трещин с наблюдаемыми в других доменах может указывать на небольшой разворот тектонических структур. На западе ядерной части Усть-Оленекской антиклинали (т.н. 44, рис. 1, А) наблюдаются три системы трещино-ватости: северо-восточного, северо-западного и субширотного простираний (рис. 2, Е). На южном крыле Приморской антиклинали в пермских породах висячего крыла Тумульского надвига (т.н. 41, рис. 1, А) наблюдается только одна система преобладающей крутозалегающей тре-щиноватости, имеющая субдолготное простирание (рис. 2, Ж). Таким образом, анализ ориентировки трещиноватости позволяет сделать некоторые выводы. Во-первых, чем дальше на юг от замковой части Усть-Оленекской антиклинали расположен домен, тем отчетливее выделяется система запад-северо-западного (почти субширотного) простирания, которая на наиболее отдаленных частях крыльев складки является пре-
обладающей. Это отчетливо фиксируется в мульде и на северном крыле Таймылырской синклинали, а также на северо-восточном крыле Усть-Оленекской антиклинали. Данная система субпараллельна простиранию складчатости, возможно, связана с нею генетически и является наиболее ранней. Во-вторых, на стереограммах хорошо видно, как с приближением к замку складки увеличивается интенсивность проявления трещиноватости север-северо-восточного (практически субдолготного) простирания. То есть формируется система перпендикулярных друг другу систем трещин, что также указывает на их генетическую связь, а значит и на едино-временность со складчатостью. В-третьих, тре-щиноватость в ядре антиклинали значительно отличается от всех других доменов и имеет северо-западное и северо-восточное простирания. Близкие простирания имеют разломы и жилы, которые большей частью локализуются непосредственно вблизи замка Усть-Оленекской складки, а по мере удаления от него их интенсивность проявления уменьшается. Это, возможно, связано с тем, что сдвиги, проявленные в наиболее напряженной, деформированной части складки, смещают эти структуры. То есть сдвиговые деформации на исследуемой территории проявились после образования большинства других разломов в конечной стадии формирования складчатости. В-четвертых, на западном фланге Усть-Оленекской антиклинали кроме трещин северо-западного и северо-вос-
точного простираний проявлены трещины субширотной ориентировки. Появление последних, возможно, объясняется действием растягивающего напряжения, связанного с формированием Южно-Лаптевского рифта в позднемеловое-кайнозойское время [6]. И, наконец, в-пятых, в пределах Приморской антиклинали проявлена субдолготная система трещиноватости, не наблюдаемая в более южных доменах. Это, несмотря на небольшое количество точек наблюдения в данном домене, позволяет предполагать, что Приморская антиклиналь и, вероятно, Тумульский надвиг сформировались позже Усть-Оленекской антиклинали. В противном
случае породы, выполняющие эту структуру, были бы интенсивно пронизаны практически всеми вышеописанными системами трещин.
Определение осей палеонапряжений
Нами замерялось положение сместителей всех обнаруженных разломов и ориентировка штрихов зеркал скольжения на их поверхностях. Используя эти замеры при помощи компьютерной программы [7], были вычислены оси Р (сжатие) и Т (растяжение) (рис. 3).
Так как на территории предполагалось проявление кроме складчато-надвигового, еще и
Разломы и штриховки на зеркалах скольжения (п=24): стрелка показывает направление движения висячего крыла
Связанные оси Bingham
Рассчитанные значения
Ось растяжения (1) 0.1719 Промежуточная ось (2) 0.0251 Ось сжатия (3) -.1970
Рис. 3. Стереограммы ориентировок сместителей мелких разломов и штриховки на зеркалах скольжения (дуги большого круга с вычисленными осями сжатия и растяжения): надвиги и взбросы (А); сбросы (Б); сдвиги (В) и все разломы (Г) (n - количество замеров)
II
III
Направление межспоевого скольжения
полости отслоения
сбросового этапа, то вычисление осей сжатия и растяжения проводилось отдельно для каждого типа разломов [4]. На рис. 3, А показаны проекции сместителей (дуги большого круга) и ориентировки штрихов на зеркалах скольжения только взбросов и надвигов. Расчет показал, что ось сжатия субгоризонтальна и сжатие было направлено с северо-востока на юго-запад ортогонально простиранию основной складчатости региона, ось растяжения ориентирована субвертикально. Для сбросов (рис. 3, Б) было установлено, что ось растяжения направлена с северо-востока на юго-запад с небольшим углом падения, а ось сжатия располагается субвертикально. Это свидетельствует о том, что либо надвиги и сбросы образовались в едином поле напряжений при складчато-надвиговых деформациях (например, параллельные шарниру складки сбросы могут образовываться и в ядре формирующейся антиклинали, и на ее крыльях [8]), либо эти разломы разновременные и сбросовые подвижки могли возникнуть позже, синхронно с мезокайнозойским растяжением в море Лаптевых. Сдвиги (рис. 3, В) формировались при подобных надвигам условиях, т. е. при субгоризонтальном сжатии с север-северо-востока на юг-юго-запад. Отличием является лишь то, что ось растяжения имеет небольшой угол падения и ориентирована с запад-северо-запада на восток-юго-восток.
На рис. 3, Г показана стереограмма, на которую вынесены ориентировки всех разломов различной кинематики, наблюдаемых в изученном регионе. Были рассчитаны положения осей сжатия, растяжения и промежуточной, ориентировка которых совпадает с таковой для надвигов и сбросов (ось сжатия субгоризонтальна при давлении с северо-востока на юго-запад, а ось растяжения субвертикальна) (сравнить стерео-граммы на рис. 3, Г и А). Это может свидетельствовать, что установленная ось сжатия является единой как для всех разрывных структур ис-
Направпение растяжения: а - в разрезе, б - на плане
Границы слоев
Трещины сжатия
Рис. 4. Схема формирования Усть-Оленекской антиклинали: I—III - стадии формирования; ПО
следуемого региона, так и проявлении складчатости. Данная ось направлена под острым углом к сбросам север-северо-восточного простирания и большинству кварцевых жил и практически ортогональна простиранию шарниров всех складок Усть-Оленекской системы, надвигам, сбросам запад-северо-западного простирания и генеральной ориентировке трещиноватости. Из этих результатов видно, что все наблюдаемые нами пликативные и дизъюнктивные структуры были образованы в едином поле напряжений. Как следствие - некоторые методические выводы. Во-первых, наиболее точно ось сжатия можно установить, используя только данные по пространственному положению сместителей надвигов и взбросов и ориентировки штрихов на зеркалах скольжения, при условии, что наблюдаемые сбросы и сдвиги образовались в этом же поле напряжений. Во-вторых, направление осей сжатия и растяжения можно вычислить, используя только сбросы, но в этом случае положение осей меняется и ориентировка полученной оси растяжения будет соответствовать оси сжатия для всей структуры. Впрочем, последнее утверждение является правильным только в нашем случае, поскольку мы имеем дело с мелкими сбросами, которые приурочены в основном к своду антиклинали и образовались в одном парагенезе со взбросами и надвигами.
Заключение
Основываясь на анализе пространственной ориентировки складчатых и разрывных нарушений, реконструированных главных осей па-леонапряжений, была создана модель формирования Усть-Оленекской антиклинали (рис. 4). На начальной стадии образуются продольные к складчатости сбросы и межпластовые надвиго-вые срывы, кварцевые жилы северо-западного простирания. На второй стадии могут формироваться как продольные, так и ортогональные оси складки сбросы, а также секущие надвиги и взбросы. На заключительной стадии преобладают ортогональные сбросы северо-восточного простирания. Сдвиги северо-восточного простирания также образуются на заключительной стадии образования складок района.
Предполагается, что возраст описанных деформаций постальбсеноманский, поскольку породы данного возраста наиболее молодые из дислоцированных в районе. Это значительно позже, чем первый импульс складчатых деформаций в расположенном восточнее Верхоянском складчато-надвиговом поясе [9]. Вероятнее всего Усть-Оленекская система складок представляет собой деформированный передовой прогиб крупного, расположенного на севере в акватории моря Лаптевых, орогенного пояса, молассо-вые отложения которого в пределах изученного региона эродированы.
Мы не можем исключить, что некоторая часть сбросов северо-западного простирания образовалась значительно позже складчатых структур района и их происхождение связано с мезокайнозойским растяжением при раскрытии Евразийского океанического бассейна. Близость простирания структур складчато-надвигового происхождения таковому крупных сбросов, установленных в акватории моря Лаптевых [10], а также отсутствие прямых геологических признаков (например, смещение сбросами кайнозойских отложений) не позволяют уверенно различать сбросы разного геодинамического происхождения.
Исследование выполнено при частичной поддержке бюджетным проектом НИР Vn.54.L7. (№ гос. рег. 0120.1051145), грантами РФФИ (10-05-00718, 12-05-98506_р-восток), Програм-
мой ОНЗ-10.2, а также в рамках проекта «Региональные геолого-геофизические исследования арктической континентальной окраины Сибири», поддержанного TGS-NOPEC Geophysical Company.
Литература
1. Прокопьев А.В., Дейкуненко А.В. Деформационные структуры складчато-надвиговых поясов // Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия). - М.: МАИК Наука/Интерпериодика, 2001. - С. 156-198.
2. Граусман В. В. Геологический разрез Усть-Оленекской скважины 2370 (интервал 3605-2700) // Тихоокеанская геология. - 1995. - Т. 14, № 4. -С. 137-140.
3. Васильев Д.А., Прокопьев А.В. Глубинная структура Усть-Оленекской системы складок // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2012. -С. 59-63.
4. Васильев Д.А., Прокопьев А.В. Тектонические структуры Оленекского сектора Верхоянского складчато-надвигового пояса (Арктическая Якутия) // Современное состояние наук о Земле: материалы Международной конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина. - М.: Изд-во МГУ, 2011. - С. 296-299.
5. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. - М.: Наука, 1975. - 376 с.
6. Парфенов Л.М., Прокопьев А.В., Спектор В.Б. Геодинамическая природа горных хребтов Восточной Якутии и их связь с раскрытием Евразийского бассейна // Геология и геофизика. - 2001. - Т. 42, №4. - С. 708-725.
7. Marrett R., Allmendinger R. Kinematic analysis of fault-slip data // Journal of Structural Geology. - 1990. -V. 12. - P. 973-986.
8. Ramsay J.G., Huber M.I. The techniques of modern structural geology. Vol.2. Folds and fractures. - London: Academic Press Inc., 1987. - 700 p.
9. Прокопьев А.В. Верхояно-Черский коллизионный ороген // Тихоокеанская геология. - 1998. -Т. 17, № 5. - С. 3-10.
10. Drachev S.S., Savostin L.A., Groshev V.G., Bruni I.E. Structure and geology of the continental shelf of the Laptev Sea, Eastern Russian Arctic // Tectonophysics. -1998. - V. 298. - P. 357-393.
Поступила в редакцию 16.07.2012
