CC BY
58
Наукцо^емле
Вестник ДВО РАН. 2006. № 3
А.А.КОКОВКИН
Волновая модель структурирования континентальной коры в кайнозое для области сочленения Центрально-Азиатского и Тихоокеанского подвижных поясов
Изложен вариант волновой модели структурирования континентальной коры области сочленения Центрально-Азиатского и Тихоокеанского подвижных поясов с акцентом на кайнозойском этапе ее развития. Земная кора представлена в виде иерархически организованной саморазвивающейся системы, функционирующей в условиях пульсационного сжатия. Выделено 4ряда структурирующих континентальную кору волновых геологических систем: «медленно» эволюционирующие, полярные по своему морфоструктурному выражению орогенные (1) и рифтогенные (2) системы, развивающиеся в пульсационном знакопеременно-сдвиговом режиме системы глубинных разломов (3) и геологически мгновенно эволюционирующие резонансные деформационные системы землетрясений (4). Выделены геологические индикаторы нелинейных волновых процессов.
The wave model of structurization of the Cenozoic continental crust for the Central Asian and Pacific Mobile Belts junction area. A.A.KOKOVKIN (Yu.A.Kosygin Institute of Tectonics and Geophysics, FEB RAS, Khabarovsk).
The version of the wave model of structurization of the Cenozoic continental crust for the Central Asian and Pacific Mobile Belts junction area is presented. The crust is represented as a hierarchically arranged self-developing system with the polar nonlinearity and fractality properties, which operates under the pulsating compression. All geological systems forming its inner structure are closely interrelated and are functioning in the wave (pulsating, oscillatory) regime. Four ranges of the major geological systems structurizing the crust have been distinguished: "slowly" evolving, orogen-ic and riftogenic systems polar as to their morphostructures, deep-seated fault systems and geologically instantaneously originated seismodislocation systems, which develop more dynamically and rapidly as compared to the former ones. A model of pulsating reverse-sense shear, which is one of the forms of the wave motions, is worked out for the deep-seated faults. The inversion structures are distinguished (near-fault depressions in orogens and inner uplifts in riftogens), which are geological indicators of nonlinear evolution of the crust, being the reverse-sense shear indicators at the same time. Due to the shear deformations dominating in the region the model explains the phenomenon of spatio-temporal stability of riftogenic and orogenic systems of the region. Seismodislocations are represented as the result of resonance effects, developing in adherence to nonlinearity laws in the anisotropic structure of the crust in the strain stress field, at the intersection of the seismic wave front with the land surface, against the background of the slower evolving geological systems of the first three ranges.
В статье подведены некоторые итоги эволюционного моделирования кайнозойской геодинамики и сейсмотектоники области сочленения Центрально-Азиатского и Тихоокеанского подвижных поясов (рис. 1), выполнявшегося автором в последнее десятилетие. Отдельные результаты этих работ опубликованы ранее [4, 7-9]. Методология проводимых исследований основана на принципах и подходах синергетики. Применение ее к исследованию геологических систем представляется не только оправданным, но и, по мнению автора статьи, совершенно необходимым. К сожалению, в отечественных геологических
КОКОВКИН Александр Александрович - кандидат геолого-минералогических наук (Институт тектоники и геофизики им. Ю.А.Косыгина ДВО РАН, Хабаровск).
И1 ЕЕ?? ЕЗ5 Ш* Е" И* Ш1т
Рис. 1. Схема кайнозойских структур области сочленения Центрально-Азиатского и Тихоокеанского подвижных поясов (по [7]).
1 - осевые части основных зон активизированных в новейшее время глубинных разломов, 2 - блоки кратонов (С - Сибирского, К - Китайского), 3 - контур герцинского Аргуно-Ханкайского мегасвода, 4 - оси кайнозойских орогенных систем с амагматичным режимом (1 - Большого Хингана, 2 - Алдано-Становая, 3 - Северо-Буре-инская, 4 - Восточно-Буреинская), 5 - кайнозойские орогенные системы с магматогенным режимом (1 - Си-хотэ-Алинская, 2 - Хоккайдо-Сахалинская, 3 - Курило-Камчатская), 6 - (мезозойско-) кайнозойские рифтогенные системы (1 - Верхне-Зейско-Удская, 2 - Сунляо-Амуро-Зейская, 3 - Амуро-Ханкайская, 4 - Сахалинская, 5 - Япономорская, 6 - Охотоморская), 7 - поля неоген-четвертичных платобазальтов
науках данная методология используется довольно ограниченным кругом исследователей. Примеры можно найти в работах Г. Л.Поспелова, Д.В.Рундквиста, Ю.М.Пущаровского,
А. Д.Щеглова, Ф.А.Летникова, П.М.Горяинова и ряда других авторов.
Представленная здесь модель волнового структурирования континентальной коры рассматриваемого региона сформирована автором пока в достаточно общем виде. В последние годы она была детализирована для территории среднего-нижнего Приамурья [7], с акцентом на кайнозойском этапе ее развития. Основное внимание было сконцентрировано на выделении и изучении геологических индикаторов нелинейных и волновых процессов. По мере анализа материалов, получаемых из собственных наблюдений и литературных источников, эта модель постоянно пополняется фактическими данными и корректируется.
Региональная модель эволюции континентальной коры. Базовые положения этой синтетической модели были разработаны с учетом исследований А.В.Пейве (1980, 1983),
А.Л.Яншина (1980), П.Н.Кропоткина (1965, 1992), Е.Е.Милановского (1978, 1996), Ю.М.Пу-щаровского (1986, 1997, 2005), Ю.А.Косыгина (1988), В.Е.Хаина (1989, 2000), Л.И.Красного (2001), Л.П.Зоненшайна (1990), В.Г.Трифонова (1999), А.Е.Ходькова (1996), А.И.Ханчука (2000), Н.П.Романовского (1998, 1999), В.Г.Варнавского (1988, 1994), В.П.Уткина (1976, 1997) и других исследователей. Формулируются они следующим образом.
1. Сам факт существования открытой системы планеты предполагает наличие определяющего для ее литосферы режима глобального сжатия, реализующегося в форме сложноорганизованной пульсации.
2. Земная кора (вместе с газовой оболочкой) является барьерной зоной на границе планета-космос, структурирующейся в геологическом времени по волновым, нелинейным законам открытых саморазвивающихся систем.
3. Источник энергии и вещества для каждой локальной геологической системы в иерархически организованной структуре земной коры определяет смена состояния системы более высокого уровня, сопровождающаяся резким увеличением флуктуаций ее регулирующих параметров (концентрации вещества, температуры, давления). Последнее увеличивает сток (диссипацию) энергии и вещества во внешнюю среду, создавая тем самым условия для локализации и развития новых геологических систем.
4. В позднем мезозое в результате космогенного воздействия на открытую систему Земли начал функционировать Тихоокеанский «суперплюм», с которым связано образование одноименной впадины с океанической корой в ее ложе. Взаимодействие суперплюма со структурой континентальной коры выразилось в формировании Тихоокеанского подвижного пояса. Существенную роль в формировании пояса играли периферические плю-мовые системы и зоны субдукции, не нарушающие при этом целостности его структуры.
5. Развитие региональной структуры коры с позднего мезозоя стал определять механизм трехстороннего пульсационного сжатия с встречным возвратно-поступательным движением двух кратонов (Сибирского и Китайского) и Тихоокеанской плиты - фрагмента деградирующей структуры суперплюма.
6. Ход внутреннего структурирования континентальной коры определило «медленное» волновое взаимодействие полярных по своему морфоструктурному выражению и режиму формирования рифтогенных и орогенных систем в сочетании с развитием в пульсацион-ном знакопеременно-сдвиговом режиме глубинных разломов и «быстрым» (волновым по природе и характеру проявления) сейсмическим процессом.
7. До новейшего этапа континентальная кора региона устойчиво наращивалась к востоку, что фиксируется в системности омоложения совокупности геологических событий -рифтогенеза и орогенеза, седиментогенеза и гранитоидного магматизма, нефтегазообра-зования и эндогенного рудогенеза. На смещающемся к востоку фронте континентального корообразования развивались орогенные системы с магматогенным режимом. К олигоцену проявленный в них гранитоидный магматизм сместился на современную окраину материка - в структуру Сихотэ-Алинского орогена.
8. В новейшее время (возможно, с конца олигоцена), в результате усиления планетарного сжатия, произошла инверсия корообразования. Это выразилось в деструкции мобильной континентальной окраины востока Азии с развитием на ней зоны перехода континент-океан. Береговая линия континента при этом несколько сместилась к западу. На этом этапе было завершено формирование системы периферических (по отношению к Тихоокеанскому суперплюму) плюмов и зон субдукции, активизирована вся региональная система глубинных разломов. Активизация сопровождалась проявлением интенсивного базальтоидного магматизма. Гранитоидный магматизм постепенно сместился в зону перехода - в Хоккайдо-Сахалинскую и Курило-Камчатскую орогенные системы.
9. В результате в континентальной коре востока Азии сформировалась конформная упомянутому трехстороннему прессу, омолаживающаяся к востоку рифтогенно-орогенная структурная «гармоника», представленная Сунляо-Амуро-Зейской, Амуро-Ханкайской и Верхне-Зейско-Удской рифтогенными системами с разделяющими и ограничивающими их орогенами (Восточно- и Северо-Буреинским, Большого Хингана, Алдано-Становым и Сихотэ-Алинским).
Наиболее сущностными, но при этом в значительной мере полярными свойствами открытых, самоорганизующихся, необратимо развивающихся систем (в том числе и геологических) являются нелинейность и фрактальность [3]. Нелинейные процессы, имеющие в тот или иной момент их эволюции разные варианты развития, определяют степень индивидуальности каждой отдельно взятой системы земной коры и, в конечном счете, степень хаотичности внутренней структуры коры в целом. Фрактальность же (от «фрактал» - дробный элемент системы с повторяющимися во времени и пространстве свойствами самоподобия), напротив, отражает иерархическую упорядоченность внутренней структуры геологических систем, является своеобразным выражением их «памяти», обеспечивая тем самым объективную основу их познаваемости.
Одним из самых ярких проявлений взаимовлияния фрактальности и нелинейности являются волновые процессы (пульсации, колебания и волны), которые определяют режимы устойчивого развития геологических систем, а через них - организацию и индивидуальные особенности внутреннего строения всех структур земной коры. При всем различии внешних проявлений, эти процессы объединяет общая для них (волновая) природа. В ходе исследования волновых явлений в различных областях науки накоплены многочисленные, нередко противоречивые их определения. При попытке их обобщить американский математик Джон Уизем, известный специалист по моделированию волновых процессов, в своей книге «Линейные и нелинейные волны» [17] руководствовался, по его словам, интуитивным представлением о волне как о любом различимом сигнале, передающемся от одной части среды к другой с некоторой определенной скоростью. Такой сигнал может быть возмущением любого вида, например максимумом какой-то величины или резким ее изменением при условии, что это возмущение четко выделено.
По сути, в разряд волновых можно включить все процессы и системы (в том числе и геологические) с периодически изменяющимися параметрами, независимо от генетической природы и пространственно-временной организации этих систем. Однако подавляющее большинство известных волновых моделей разработано лишь для относительно «быстрых» процессов, более надежно идентифицируемых в ходе исследовательских экспериментов. Среди них применительно к геологическим системам сравнительно хорошо исследованы, пожалуй, лишь некоторые закономерности распространения сейсмических и акустических волн. Изучение же волновых деформаций земной коры находится еще в начальной фазе, развиваясь преимущественно по линии математического моделирования идеальных структурных ситуаций [1, 12]. Модели же проявления в коре «медленных» (развивающихся в геологическом времени) волновых процессов встречаются крайне редко. В качестве примера можно привести волновую модель воздействия на земную кору лунных приливов, которая разработана Ю.А.Косыгиным (совместно с Л.А.Масловым) и приведена в его «Динамической тектонике» [10]. Синергетические, в сущности, представления о волновой природе тектонических процессов в литосфере отражены в работах
В. А. Дубровского [2]. Нелинейность и сложность с турбулентностью, неустойчивостью и проявлением самоусиления (самовозбуждения) отмечаются им в качестве неотъемлемых признаков этих процессов.
В рамках представленной здесь модели континентальная кора структурируется четырьмя основными, тесно взаимосвязанными, иерархически организованными рядами волновых самоорганизующихся систем. Первые два ряда - орогенные и рифтогенные системы,
формирующие упомянутую выше структурную «гармонику». Третий ряд - системы глубинных разломов, функционирующие в пульсационном знакопеременно-сдвиговом режиме, во взаимосвязи с системами двух первых рядов, но значительно более динамично по сравнению с ними. И наконец, четвертый ряд систем континентальной коры - геологически мгновенно развивающиеся деформационные системы землетрясений, с которыми связано появление множества разнообразных по морфологии и масштабу сейсмодислокаций. Эта сложно построенная совокупность тесно взаимодействующих геологических систем (вместе с не рассматриваемыми здесь, синхронно с ними развивающимися магматоген-ными, флюидо-динамическими и экзогенными системами) и формирует все структурное многообразие континентальной коры. Обозначенные в ней признаки волнового, нелинейного развития достаточно ярко проявляются при более детальном рассмотрении отдельных элементов модели.
Геологические индикаторы волновых нелинейных процессов. Признаки нелинейности развития рифтогенных и орогенных систем рассматриваемого региона выражены прежде всего в наличии структур инверсионного типа, формирующихся в режиме, полярном по отношению к режиму структур, их вмещающих. Подобная синхронизация двух разнонаправленных и, казалось бы, несовместимых режимов отражает свойство дуальности открытой саморазвивающейся системы и характерную для ее нелинейных процессов инверсию причинно-следственных отношений [3].
В качестве инверсионных структур выступают приразломные впадины в орогенах и внутренние поднятия в рифтогенах. В регионе оба типа этих структур распространены достаточно широко. К приразломным впадинам относятся прогиб Тан-Лу, Верхне-Ам-гуньская, Сутарская и Эхилканская впадины, Курский грабен и другие структуры. Представителями внутренних поднятий служат Хабаровско-Хехцирская система инверсионных поднятий, поднятие Новокаменское, Большие и Малые Чурки в Средне-Амурской впадине, серия поднятий на юге Амуро-Зейской впадины (Богучанское, Скобельцинское, Константиновское, Шапка), и др. Модели инверсионных структур обоих выделенных типов были разработаны автором ранее [4, 9]. Формирование этих структур тесным образом связано с особенностями знакопеременно-сдвигового режима контролирующих их раз-ломных зон.
Инверсионная приразломная впадина развивается в режиме растяжения (раздвига) в орогене с характерным для него режимом сжатия. Раздвиг формируется при знакопеременном сдвиге на участке локального изгиба плоскости сместителя контролирующего эту впадину разлома. В перспективе эволюция разлома ведет к выравниванию плоскости сместителя, к сокращению объема локализованной в нем впадины и ее деградации. Это и подтверждает реликтовый характер подавляющего большинства приразломных впадин региона, деформированных и вовлеченных здесь в активную современную эрозию (Верхне-Зейская, Верхне-Амгуньская, Эхилканская, Сутарская и др.).
Инверсионные (внутренние) поднятия формируются в рифтогенных структурах, функционирующих в раздвиговом режиме. Поднятия образуются в активизированных зонах глубинных разломов, на участках аномального увеличения мощности разломов и в узлах их пересечения. Знакопеременный сдвиг обеспечивает здесь локальные условия интенсивного бокового сжатия, в результате чего блоки с ненарушенной сплошностью выдавливаются наверх из дезинтегрированного, обводненного (и по этой причине практически несжимаемого) субстрата разломных зон. Одновременно эти структуры испытывают горизонтальное смещение в комбинации с вращением, в пределе превращаясь в «бескорневые». Особенности таких дислокаций изучались автором на Хабаровско-Хехцирской системе инверсионных поднятий [7] и на сложенном неогеновыми базальтами Новокаменском поднятии.
В инверсионных структурах региона широко распространены ярко выраженные и при этом уверенно диагностируемые по возрасту новейшие (неоген-четвертичные)
дислокации тектонического и сейсмогенного характера. Данные дислокации достаточно надежно идентифицируют тектоническую и сейсмическую активность контролирующих их глубинных разломов. В качестве диагностических (прямых и косвенных) признаков новейших дислокаций были использованы следующие:
- наличие в литифицированных породах докайнозойского возраста систем открытых трещин, дезинтегрированных и обводненных зон дробления и тектонического меланжа, с зеркалами и бороздами скольжения, глинкой трения, проявлениями милонитизации и будинажа;
- наличие дислокаций в осадках кайнозойского возраста, в том числе в осадках голоцена;
- наличие дислокаций в кайнозойской коре выветривания;
- смещения почвенно-растительных слоев;
- смещения культурных слоев древних поселений;
- проявления в литифицированных породах докайнозойского фундамента минеральных новообразований с установленным по ряду признаков новейшим возрастом;
- проявления эндогенного восстановительного эпигенеза, наложенного на рыхлые обводненные осадки позднего мела-кайнозоя;
- наличие азональных вод в артезианских (осадочных) бассейнах того же возраста;
- наличие современных минеральных и термальных источников;
- наличие газовых и водно-газовых аномалий (СО2, Не, Н2, Р, Н2Б, Ып, углеводороды и окислы азота).
Изучение новейших дислокаций в инверсионных структурах региона проводилось на естественных обнажениях, развитых по берегам крупных рек, и в искусственных вскрытиях (карьеры, дорожные врезы, строительные котлованы и траншеи). В последние годы этот информационный слой значительно пополнился. Характер дислокаций в базальтах упомянутого Новокаменского поднятия представлен на рис. 2. Столбчатая отдельность базальтов развернута здесь до 45о в средней части разреза и до субгоризонтального
Рис. 2. Дислокации в неогеновых базальтах Новокаменского инверсионного поднятия. 2004 г. Видны плоскости «шарнирных» трещин, секущих столбчатую отдельность в базальтах, развернутую по азимуту 270о под углом 45о
залегания (5о) - в верхней его части. Элемент вращения отражен в наличии «шарнирных» дислокаций с крупноскорлуповатыми плоскостями открытых трещин - фрагментов сферической системы.
Внутренняя структура активизированных на новейшем этапе глубинных разломов, контролирующих формирование рифтогенных и орогенных систем региона, весьма неоднородна.
В литифицированной среде кайнозойских орогенных систем и в породах фундамента кайнозойских рифтогенов эти разломы дезинтегрированы, обводнены, в той или иной степени насыщены глубинными флюидами и связанными с ними очагами новейшего восстановительного эпигенеза. Дислокации в них представлены зонами дробления и ката-клаза, тектоническим меланжем и милонитами, системами открытых трещин (нередко с глинкой трения), сопровождаются будинажем, многочисленными зеркалами и бороздами скольжения, свидетельствующими об их сдвиговой (сдвиг-надвиговой) природе. Автором накоплен достаточно обширный материал с характеристикой этих дислокаций и сопровождающих их восстановительных изменений по Хинганскому, Центральному Сихотэ-Алинскому, Хабаровскому, Петропавловскому, Намурхэ-Амурскому, Эхилканскому, Западно-Приморскому, Танлу-Курскому и другим разломам [5, 6].
В рыхлом, обводненном осадочном чехле континентальных мел-кайнозойских рифтогенных впадин новейшие разломы выражены иначе. Нередко они ведут себя здесь как конседиментационные структуры.
Седиментогенез в рифтогенных структурах региона проходит, как известно, в пульсационном режиме, вторичном по отношению к режиму развития контролирующих эти структуры разломов.
«Медленные» знакопеременно-
сдвиговые движения по разломам отражены здесь в основном опосредованно - через ритмику осадочного разреза и латеральную фациальную зональность.
Дислокации кайнозойских осадков в глубине рифтогенов встречаются достаточно редко. Однако количество их резко увеличивается с приближением к инверсионным поднятиям и к активизированным границам с орогенами. Здесь они представлены послойными срывами, флексурами, штамповыми складками в сочетании с разрывными нарушениями крутой и пологой ориентировки (тектоническими швами и зонами смятия).
На рис. 3 показаны, в частности, новейшие дислокации пласта миоценовых бурых углей, наблюдавшиеся автором в Реттиховской
■г пй0
*
Рис. 3. Реттиховская впадина. Дислокации миоценового пласта бурых углей с уран-полиэлементным оруденением. Вверху общий вид пласта, внизу фрагмент с уран-полиэлементным оруденением. 1 - рудные тела, 2 - вкрапленность глобулярного пирита, 3 - вкрапленность (налеты) флюорита (по [5])
впадине, представляющей собой реликтовый блок на юге Амуро-Ханкайской рифтогенной системы, трансформированной здесь в четвертичное время структурой Сихотэ-Алин-ского орогена [5]. Дислокации сопровождаются ареалом восстановительных изменений аргиллизитового ряда, в передовой зоне которых (в углях) локализовано небольшое тело уран-полиэлементных руд.
Весьма характерно, что в позднем мезозое-кайнозое рифтогенные и орогенные системы региона развивались, сохраняя (вместе с вмещающим их Тихоокеанским поясом) свою структурно-вещественную целостность. Особенно ярко это видно на примере достаточно хорошо изученных структур Амуро-Ханкайского и Сунляо-Амуро-Зейского рифтогенов, имеющих параллельную (субмеридиональную) ориентировку, конформную структуре пояса. В континентальной коре региона, функционирующей в режиме пульсационного трехстороннего сжатия при доминанте сдвиговых дислокаций, эта сохранность могла быть реализована лишь в условиях ограниченных по амплитуде горизонтальных перемещений, которые и обеспечивает режим знакопеременного сдвига. Для обеспечения этих условий в рифтогенных системах, ширина которых (по широте) варьирует в пределах 200-1000 км, горизонтальная амплитуда однонаправленной составляющей сдвига должна быть сопоставима с половиной нижнего предела этой величины и, соответственно, не может превышать десятков - первой сотни километров.
Обязательным условием для сохранения структурно-вещественной целостности рифтогенов и орогенов в условиях знакопеременно-сдвигового режима является периодическая смена активности разломов по системам разной ориентировки. В качестве индикатора этой смены может рассматриваться известный феномен больших мощностей основных зон глубинных разломов региона [6, 7, 16]. Так, мощность зон Станового, Хинганского, Намурхэ, Танлу-Курского разломов достигает здесь 100 км и более. По модели автора, мощность этих разломов постепенно наращивалась в периоды их относительного покоя по разломам других (активизированных в то время) систем: например, мощность зоны разломов северо-восточного Хинганского и широтной системы Намурхэ - по разломам субмеридиональной ориентировки (Эхилканскому, Мельгин-скому, Танлу-Курскому и др.), а северной части зоны Центрального Сихотэ-Алинского разлома - по разломам субширотного направления (Намурхэ-Амурскому, Гур-Комсо-мольскому, Наолихэ-Бикинскому и др.).
В рамках модели знакопеременного сдвига максимум величины его однонаправленной составляющей может быть определен половиной наибольшей мощности упомянутых разломных зон. Это означает, что для условий региона данная величина не должна превышать первых десятков километров, что вполне согласуется с рассуждениями, приведенными выше. При этом следует учесть, что знакопеременный сдвиг развивается в самоорганизующейся системе коры по нелинейным законам, предполагающим в качестве обязательного элемента в том числе и некомпенсированную форму его выражения. В этом случае амплитуды противоположных по знаку сдвиговых составляющих будут отличаться на величину, определяющуюся геодинамическими особенностями каждого отдельного этапа и спецификой развития конкретной разломной структуры (системы). Разность этих амплитуд может характеризовать амплитуду сопровождающих сдвиги надвиговых дислокаций. В последние годы признаки новейших кайнозойских надвигов установлены автором в зонах Петропавловского, Намурхэ-Амурского, Центрального Сихотэ-Алинского и Хинганского разломов. Фрагмент надвига неогеновых базальтов на рыхлые осадки миоцена в зоне Петропавловского разлома иллюстрирует рис. 4.
Структурный портрет континентальной коры региона в значительной мере осложнен сейсмодислокациями - производными деформационных систем землетрясений. Геологически мгновенно возникая на фоне значительно более масштабных, медленно развивающихся структур коры, эти дислокации формируют на ее поверхностном срезе ареалы
Рис. 4. Зона Петропавловского разлома в структуре Сихотэ-Алинского орогена, северный борт р. Балаза (приустьевая часть). 2003 г. Фрагмент надвига неогеновых базальтов (темное справа) на рыхлые осадки миоцена. В зоне надвига (светлое слева) каолинизированный субстрат с реликтовыми обломками базальтов, телами миоценовых осадков (пески и гравийники)
своеобразного структурного «шума», соответствующие плейстосейстовым полям землетрясений. Деформационная система каждого отдельно взятого землетрясения представляет собой самоорганизующуюся систему открытого (диссипативного) типа, эволюционирующую от исходного энергетического импульса (взрыва в гипоцентре) до формирования последней сейсмодислокации и развивающуюся в волновом (резонансном) режиме. Специфика исследования данной геологической системы определяется прежде всего исключительно быстрой скоростью ее эволюции и связанной с этим сложностью идентификации отдельных ее элементов. Видимо, именно поэтому развитие очага землетрясения и связанных с ним дислокаций воспринимается в сейсмологии и сейсмотектонике, по сути, как одноактное событие.
Под сейсмодислокациями обычно понимаются дислокации, возникшие при сильном землетрясении. Подробные описания весьма разнообразных по морфологии сейсмодислокаций, расположенных в наиболее сейсмичных районах Евразии, содержатся в работах Н.А.Флоренсова, В.П.Солоненко, Г.П.Горшкова, В.В .Николаева, В.С.Хромовских,
В.Г.Трифонова, Е.А.Рогожина, В.С.Имаева, А.И.Кожурина, Ф.С.Онухова и др. Существенный вклад в изучение этих структур внесла основанная В.П.Солоненко иркутская школа сейсмотектоники.
Большинство исследователей связывают формирование сейсмодислокаций с развитием активных разломов, под которыми здесь (вслед за В.Г.Трифоновым [16]) понимаются разломы с возрастом дислокаций менее 100 000 лет. Однако как на мобильной коре континентальной окраины, так и на ее более жестких структурах в глубине континента не менее широко распространены и сейсмодислокации внеразломного характера.
По модели автора [8] подавляющая часть сейсмогенных дислокаций является «бескор-невыми» структурами. Здесь прежде всего учитывается то обстоятельство, что буквально все исследуемые сейсмогенные дислокации - структуры поверхностные. Глубинность их не только достоверно не оценена, но, напротив, имеется значительное количество прямых свидетельств именно поверхностного их происхождения. В качестве «бескорневых» сейсмодислокации впервые выделены автором [7] в поле голоценовых осадков на западном борту Хабаровско-Хехцирской системы инверсионных поднятий - в береговом уступе Амура и в искусственных вскрытиях тренчингового типа (пункт Кругосветка, рис. 5). «Бескорневой» характер сейсмодислокаций обнаруживается (при детальном ознакомлении) и в описаниях других авторов. Особенно ярко он выражен в известной монографии Н.А.Флоренсова и
В.П.Солоненко [19]. Упоминается в ней (без особого, впрочем, акцента) и о возможной связи отдельных из этих дислокаций с «бегущей» поверхностной сейсмической волной. К «бес-корневому» типу могут быть вполне уверенно отнесены и все выделенные В.П.Солоненко [14] вторичные (сейсмогравитационные и гравитационно-сейсмические) сейсмодислокации. По мере «старения», под воздействием различных экзогенных процессов сейсмодислокации постепенно «теряются» на фоне более выраженных и более масштабных морфоструктур коры - результатов ее «медленного» структурирования. Диагностика их палеоаналогов, соответственно, усложняется в зависимости от индивидуальных особенностей эволюции.
Дислокации, генерируемые деформационной системой землетрясения, являются производными волнового сейсмического процесса и, соответственно, вполне правомерно могут рассматриваться в качестве геологических индикаторов волновых процессов. По модели автора [8] формирование основной части сейсмодислокаций связано с резонансными эффектами, развивающимися в структуре коры (в деформационном поле землетрясений) -в первую очередь на сейсмическом фронте вблизи земной поверхности, от «бегущей» по поверхности коры сейсмической волны. На это указывает прежде всего дискретность сейсмодислокаций и их «бескорневой» характер.
Резонансные явления, как известно, весьма характерны для волновых процессов, тем более для процессов в нелинейно развивающихся системах [3]. В то же время из геоло-
6
Рис. 5. Пункт Кругосветка. Сейсмодислокации в голоценовых осадках. 2003 г. а - зарисовка траншеи 1. Цифры в кружках - номера слоев (1 - почвенно-растительный, 2 - элювиальный, 3 - гумусовые глины, 4 - пески с прослоями глин). Цифрами без кружков отмечены точки отбора палинологических проб. б - дислокации «бескорневого» типа
гического понятийного аппарата резонанс как термин практически исключен. Соответственно, он исключен из процесса исследования и как реальное явление. Применительно к геологическим системам явление резонанса сравнительно детально рассмотрено, пожалуй, лишь для акустических процессов [13]. В отношении сейсмического процесса это тем более странно, поскольку резонансный эффект так или иначе учитывается при расчете сейсмостойкости зданий и сооружений. Волновая по природе, нелинейно и исключительно динамично развивающаяся очаговая система землетрясения с ярко выраженной дискретностью и «бескорневым» характером ее деформаций является, на взгляд автора, идеальным объектом для проявления и изучения резонансных эффектов.
В соответствии с общими закономерностями развития резонансных явлений и спецификой разрабатываемой модели, развитие резонанса в деформационной системе землетрясений должно определяться характером анизотропии вмещающей среды (континентальной коры), частотой ее собственных колебаний и параметрами сейсмических волн. Контрастность границы раздела земля-воздух, на которой проявлены все исследуемые сейсмодислокации, уже сама по себе увеличивает амплитуду этих волн, благоприятствуя развитию на ней резонансных эффектов. Резонанс энергоемких сейсмических волн становится энергетическим источником для развития вторичных (деформационных) волн, которые вызывают во вмещающей среде коры резкий скачок напряжений. При переходе порога прочности пород это должно приводить к необратимым деформациям, что и выражается в сейсмодислокациях самой разнообразной морфологии. Этот эволюционный ряд отражает (в первом приближении) развитие локальных резонансных деформационных систем, определяющих характер общего деформационного поля землетрясений. Идентификация этих «зажатых» во времени (секунды - первые минуты) резонансных систем крайне сложна. Прямые наблюдения по ним весьма редки, и представлены они обычно разрозненными сведениями в литературе по сильным землетрясениям, «скрытыми» среди другого фактического материала. Примером может послужить упомянутая монография по Гоби-Алтайскому землетрясению [19].
В структуре коры деформационные волны распространяются в звуковом диапазоне скоростей значительно медленнее первичных сейсмических волн. Последнее связано прежде всего с инерционным эффектом, обусловленным перемещением в пространстве значительных масс горных пород. В качестве аналога деформационных волн (для условий водной среды) могут рассматриваться волны цунами, перемещающиеся в звуковом диапазоне скоростей и также являющиеся производными сейсмического процесса. Очевидно, что в значительно более плотной и более неоднородной (по сравнению с водной) среде континентальной коры система вторичных (деформационных) сейсмических волн должна развиваться (и развивается), в отличие от волн цунами, по значительно более сложным законам.
Особенно благоприятные условия для развития резонансных явлений и связанных с ними дислокаций создаются на земной поверхности на границах раздела вода-суша - по береговым линиям морей, крупных озер и рек, разделяющим по латерали среды с резко различающимися физическими свойствами. По-видимому, именно этим объясняется высокая насыщенность «бескорневыми» сейсмодислокациями прибрежной зоны Амура на западе Хабаровско-Хехцирской системы инверсионных поднятий. Остаточные сейсмогенные деформации с активным трещинообразованием, разжижением грунтов и оползневыми явлениями (сейсмодислокациями «бескорневого типа») широко проявлены также на побережье Сахалина, по данным [11, 15]. Еще более масштабные процессы формирования подобных структур с дезинтеграцией крупных массивов пород отмечены на Кавказском побережье Черного моря. В.С.Хромовских с соавторами [20] было высказано предположение об их связи с сейсмогравитационно-вибрационной ползучестью и разрушением горных массивов в результате длительных сейсмических колебаний умеренной интенсивности. Пример
Рис. 6. Осиповский «рой» сейсмогравитационных структур. 2003 г. а, б - южная группа «роя»: а - общий вид (с юга). А = 7 м - вертикальная амплитуда смещения ступени; б - фото выступа кремнистых алевролитов мезозоя в северном борту нижней ступени, видны борозды скольжения; в - северная группа «роя». На верхней ступени видно смещение (светлая полоса ниже рюкзака) современного почвенного слоя с вертикальной амплитудой около 0,5 м
голоценовых сейсмогравитационных структур, развивающихся в том числе и на современном этапе (со смещением современного почвенного слоя), приведен на рис. 6.
Влияние активных разломов на формирование сейсмодислокаций реализуется в целом на двух уровнях: 1) через контроль ими гипоцентров землетрясений, выраженный в известной модели зон возникновения ожидаемых очагов землетрясений (зон ВОЗ) [18]; 2) через участие разломов в формировании неоднородности земной коры, во многом определяющей внутреннюю структуру волнового деформационного сейсмического фронта с пространственной организацией его локальных резонансных систем. Значительные по мощности зоны активных глубинных разломов (вместе с оперяющими их нарушениями), по-видимому, наиболее благоприятны для развития резонансных явлений. Именно в них (прежде всего в их верхней части, на границе земля-воздух) и концентрируются напряжения, вызывающие самые масштабные и разнообразные по морфологии сейсмогенные дислокации.
Изложенные результаты исследований можно резюмировать в виде следующих выводов.
1. В соответствии с разработанной моделью структурирование континентальной коры региона в позднем мезозое-кайнозое определила волновая совокупность из четырех рядов открытых, саморазвивающихся, иерархически организованных и взаимосвязанных геологических систем - рифтогенных и орогенных, систем глубинных и коровых разломов, деформационных систем землетрясений. В результате сформировалась медленно эволюционирующая, системно наращивающаяся к востоку волновая структурная «гармоника», конформная трехстороннему прессу двух кратонов (Сибирского и Китайского) и Тихоокеанской плиты.
2. Характерной особенностью континентальной коры региона является сохранение целостности ее эволюционирующих (рифтогенных и орогенных) структур, свидетельствующее об ограниченности амплитуды горизонтальных (сдвиговых) перемещений. Последнее обеспечивается знакопеременно-сдвиговым режимом развития систем глубинных разломов, являющимся одной из разновидностей волнового режима. Судя по всему, данная закономерность отражает характер развития всей глобальной структуры Тихоокеанского пояса.
3. Геологическими индикаторами нелинейности процесса структурирования континентальной коры, одновременно индикаторами знакопеременно-сдвигового режима развития разломов и их активности (для новейшего этапа) являются инверсионные структуры - приразломные впадины в орогенах и внутренние поднятия в рифтогенах.
4. Функционирующая в литосфере (коре) деформационная система землетрясения, в соответствии с разработанной моделью, представляет собой самоорганизующуюся систему открытого (диссипативного) типа, эволюционирующую от исходного энергетического импульса (взрыва в гипоцентре) до формирования ею последней сейсмодислокации и развивающуюся при этом в волновом резонансном режиме.
5. Геологическими индикаторами резонансного режима деформационной системы землетрясения являются установленные автором «бескорневые» сейсмодислокации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быков В.Г. Нелинейные волновые процессы в геологических средах. Владивосток: Дальнаука, 2000. 190 с.
2. Дубровский В. А. Нелинейная неустойчивость как основа тектонических процессов и вихревых проявлений // Вопросы нелинейной геологии и геодинамики: Материалы III Семинара по нелинейной геологии и геодинамике. М.: ГЕОС, 1998. С. 49-58.
3. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М.: Наука, 1994. 236 с.
4. Коковкин А. А. Геологические индикаторы нелинейных и волновых процессов структурирования континентальной коры в кайнозое: регион юга Дальнего Востока России // Эволюция тектонических процессов в истории Земли: Материалы XXXVII Тектон. совещ. Т. 1. Новосибирск, 2004. С. 242-245.
5. Коковкин А. А. История геологического развития и перспективы ураноносности Синегорской рудно-магматической системы в Южном Приморье: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М.: ВИМС, 1990.
6. Коковкин А.А., Бакулин С.М. Комплексная прогнозно-металлогеническая модель кайнозойского уранового рудогенеза юга Дальнего Востока: Отчет по Кайнозойскому объекту. М.: ВИМС, 1998 г.
7. Коковкин А.А., Бормотов В.А., Литвиненко Н.Д. Новейшая геодинамика и сейсмотектоника региона юга Дальнего Востока России: нелинейная модель и результаты ее заверки // Материалы IV междунар. симпоз. «Закономерности строения и эволюции геосфер». Хабаровск: ИТиГ ДВО РАН, 2004. С. 113-126.
8. Коковкин А.А. О волновой природе сейсмодислокаций: резонансная модель (на примере востока Азии) // Материалы IV междунар. совещ. по процессам в зонах субдукции Японской, Курило-Камчатской и Алеутской дуг. Петропавловск-Камч.: ИВиС ДВО РАН, 2004. С. 232-234.
9. Коковкин А.А. Эволюционная модель кайнозойской геодинамики востока Азии: регион юга Дальнего Востока России // Напряженно-деформированное состояние и сейсмичность литосферы: тр. всерос. совещ., Иркутск, Ин-т земной коры СО РАН, 26-29 авг. 2003 г. Новосибирск: СО РАН, 2003. С. 339-342.
10. Косыгин Ю.А. Тектоника. М.: Недра, 1988. 462 с.
11. Кофф Г.Л. Оценка геодинамических и постсейсмических факторов для разработки субрегиональных шкал сейсмической интенсивности в береговых зонах (на примере морских побережий Сахалинской области) // Проблемные вопросы островной и прибрежной сейсмологии (ОПС-2005): тез. докл. междунар. науч. симпоз., Южно-Сахалинск, 5-8 июня 2005 г. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2005. С. 52-53.
12. Николаевский В.Н. Математическое моделирование уединенных деформационных и сейсмических волн // Докл. АН. 1995. Т. 341, № 3. С. 403-405.
13. Собисевич Л.Е., Собисевич А.Л. Волновые процессы и резонансы в геофизике. М: ОИФЗ РАН, ГНИЦ ПГК (МФ) при КубГУ, 2001. 299 с.
14. Солоненко В.П. Палеосейсмология // Физика Земли. 1973. № 9. С. 3-16.
15. Стрельцов М.И. Нефтегорское землетрясение 27(28) мая 1995 года на Сахалине / под ред. А.И.Иващенко
и др. М.: Янус-К, 2005. 180 с.
16. Трифонов В.Г. Неотектоника Евразии. М.: Науч. мир, 1999. 252 с. (Тр. ГИН РАН; вып. 514).
17. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977. 622 с.
18. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект карт общесейсмического районирования территории СНГ ОСР-97. М-б: 1:8 000 000: объяснит. записка. М., 1999. 57 с.
19. Флоренсов Н.А., Солоненко В.П. Гоби-Алтайское землетрясение. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 392 с.
20. Хромовских В.С., Солоненко В.П., Жилкин В.М. и др. Сейсмогенные структуры и некоторые закономерности сейсмотектонического анализа Западного Кавказа // Современные сейсмодислокации и их значение для сейсмического микрорайонирования. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1977. С. 5-13.
