Б.М. Тишкин

 ДВГИ ДВО РАН, г. Владивосток, пр-т 100 лет Владивостоку, 159. tishkin@fegi.ru

Аннотация. В настоящее время в науках о Земле независимо сосуществуют два представления о дискретном (плитовом, блоковом) и непрерывном (волновом) развитии геодинамического пространства. Исходя из этого, была сформулирована задача, решение которой требует одновременно учитывать и дискретные, и непрерывные свойства пространства. На основе оригинальной квантово-геодинамической модели рассчитаны возможные периоды развития типовых структур Амурской, Алданской, Охотской. Намечен один из путей решения предлагаемой задачи, для реализации которого необходимы дополнительные геотектонические, структурные, петрологические и др. исследования.

Введение

Выделение и изучение цикличности развития геологических систем, начиная с середины прошлого века и до настоящего времени, является актуальной задачей геологии (Гамбурцев, 1992; Милановский, 1995; Хаин, 1962). Ее решение для разномасштабных объектов способствует более адекватному восприятию геотектонических, магматических, рудообразующих и др. природных процессов, а, в конечном итоге, дает возможность принимать более эффективные прогнозные решения.

Периоды фиксируемых осцилляций в геологических системах охватывают диапазон от 10х10^-10 до 10⁸ лет. Медленные тектонические движения характеризуются длительностью периодов в 1, 0.5-0.6, 0.18-0.2 млрд. лет, а также 61-66, 51-57, 39-45, 29-35, 17-22, 8-13, 5-10, 3.5-4, 1-2 млн. лет (Милановский, 1995; Хаин, 1962 и др.).

Выделение циклов развития природных объектов тесно связано с проблемой учета дискретности и непрерывности геологического пространства, его иерархического строения и синхронно-асинхронного развития (Хаин,1962). В начале представление о цикличности процессов, как крупное эмпирическое обобщение, с которым вынуждена считаться любая гипотеза о причинах движения земных масс, не связывали с какой-то определенной моделью (Леонов, 1962). Далее проявлениям ритмичности процессов все чаще стали приписывать волновую природу (Богацкий, 1986; Одесский, 1972 и др.), подразумевающую воздействие сил, которые существуют на различных масштабных уровнях. И здесь возникает следующая проблема.

В геологической истории были периоды мощного проявления тектонических, магматических, метаморфических процессов, в которые оказывались вовлечены значительные по величине площади поверхности Земли и ее глубин. Возникает вопрос: как увязать волновую модель проявления ритмичности процессов с представлениями о взаимодействии плит и блоков? Насколько корректно, в таком случае, говорить, что проявления особенностей, например, магматизма, в относительно локальном регионе обусловлено взаимодействием микроплит, геоблоков этого региона? Или все-таки эти особенности и режим взаимодействия микроплит и блоков контролировались развитием более крупных структур?

В работе (Викулин, 2003) в рамках ротационной модели увязывается волновой механизм течения тектонического процесса с механизмом взаимодействия элементарных блоков. Однако здесь мы рассмотрим поставленные вопросы несколько в ином ракурсе, на основе иных методов исследования.

При взаимодействии объектов между ними происходит обмен информацией, т.е. каждый объект несет следы взаимодействия с другим объектом. Задача (теорема) исследования формулируется в следующем виде.

Пусть развитие данной, относительно автономной структуры, А обусловлено взаимодействием с окружающими ее структурами В, С, D..., принадлежащими к тому же иерархическому уровню. Тогда возникновения явлений (структурообразование, магматизм, метаморфизм и др.) в структуре А могут быть соотнесены с периодичностью собственного развития структуры А и с периодичностью в развитии структур В, С, D...

Предлагаемая статья, в рамках поставленной задачи, посвящена изложению результатов исследований на материалах по Амурскому геоблоку. Эта работа должна рассматриваться в качестве постановки проблемы возможного решения сформулированной задачи.

Геодинамические особенности границы Амурского геоблока

Амурский геоблок, выделенный Л.И. Красным, известен также как Амурская магматогенно-рудная система (Романовский, 1987) и Амурская морфоструктура центрального типа, выделенная М.Г.Золотовым (Соловьев, 1978; Кулаков, 1988), Амурская плита (Зоненшайн и др, 1990). Размеры и изометричность этой структуры по разным авторам отличаются ввиду различия в задании ее пространственных границ во времени.

В работе (Красный, 1997) показано, что формирование северной границы Амурского геоблока относится к позднему протерозою и до ранней юры в Монголо-Охотской системе оно происходило в условиях неоднократной смены раздвиговых и содвиговых процессов - полициклично, но в целом унаследованно. В (Зоненшайн и др., 1990) обосновывается начало формирования блока (плиты) и его северной границы (Монголо-Охотской структуры) с пермского времени. Однако в работе (Парфенов и др., 1996) утверждается, что Монголо-Охотский и Амурский террейны были аккретированы к Сибирскому континенту уже в карбоне.

Считается общепризнанным, что, начиная с раннего мезозоя, вдоль северной границы блока в направлении с запада на восток происходило омоложение процессов складчатости, проявлений магматизма и сопутствующего оруденения. Эти процессы реализовались в условиях субмеридионального или северо-восточного сжатия с проявлением левых сдвигов по субширотным и северо-восточным разрывным нарушениям, с образованием надвигов, наклоненных в северном направлении (Зоненшайн и др., 1990; Парфенов и др.,1996; Шашкин, 1984; и др.). Намечается также поперечная зональность проявления магматитов по направлению к внутренним зонам границы блока - позднеюрские и раннемеловые магматиты в Становой области и ранне-, позднемеловые  в Монголо-Охотской системе.

История формирования восточной границы блока, совпадающей с площадью распространения позднемелового Сихотэ-Алинского вулканического пояса, также имеет неоднозначную трактовку.

В рамках плитотектонических построений на рассматриваемой территории в девон-пермское время существовала активная континентальная окраина (Ханчук и др., 1989 и др.). Предполагается, что в середине перми в результате коллизионных процессов произошла аккреция океанического плато, сложенного офиолитовыми ассоциациями и кремнисто-карбонатными отложениями. В юрское время, в результате косой субдукции происходила аккреция позднепермской и триасовой частей океанской плиты.

Процессы субдукции, сопровождавшиеся формированием сдвиговых зон, обусловливали вещественные особенности перекрывающих и сшивающих комплексов, т.е. вулканических и интрузивных образований.

Формирование этой границы как горст-аккреционной системы в условиях продольного сжатия при значительной роли горизонтальных перемещений вдоль системы Восточно-Азиатских сдвигов прослеживается в средне-, позднекарбоновое и девонское время (Уткин, 1996). Стадия последнего сжатия, которое сопровождалось воздыманием горстов и конседиментационным скучиванием неоднородной по латерали коры с образованием пригорстовых аккреционных призм, датируется позднеюрским и позднеюрским-раннемеловым временем. Закрытие морских бассейнов происходило в северо-восточном направлении.

Развивавшиеся в дальнейшем в условиях субмеридионального сжатия северо-восточные сдвиговые зоны определяли характер проявления магматизма и условия локализации оруденения в течение всего мелового периода. Со сдвиговыми дислокациями, которые являются наложенными по отношению к меловым структурам, связано также проявление кайнозойского (палеоцен-плейстоценовое время) магматизма (Уткин, 1997). Многими исследователями отмечалась поперечная зональность в пространственно-временных проявлениях магматизма и оруденения, выражающаяся в омоложении возраста эндогенных образований вулканогенного пояса от внутренних частей границы блока к внешним. Однако четкой продольной зональности, как это установлено для северной границы, не наблюдается.

Вместе с тем, для вулканогенного пояса по простиранию отмечается формационная, структурная и стратиграфическая унаследованность по отношению к позднемезозойскому структурному этажу и наложенность относительно раннемезозойского и нижележащих этажей фундамента (Синюков, 1986). Отмечается также, что от возраста верхнего этажа фундамента (позднемезозойский или более древний) зависит полнота проявления вулканических формаций. Такие соотношения неоднократно повторяются по латерали пояса.

Таким образом, можно заключить: 1) начало формирования северной и восточной границ Амурского геоблока уверено датируется девон-карбоном; 2) омоложение возраста магматитов в северной части границы происходит центростремительно, а в восточной части - центробежно; 3) по латерали восточной границы устанавливается ритмичное изменение интенсивности геодинамических процессов.

Методика

В работе (Тишкин, 1996) были получены эмпирические зависимости пространственно-временных параметров и вещественных характеристик тектоно-магматических систем. На основе концепции уровней организации, учитывающей дискретную непрерывность и иерархическое строение пространства, с использованием полученных эмпирических зависимостей была разработана квантово-геодинамическая модель (Тишкин, 1997).

Ее применение для широкого класса геологических объектов позволило выявить количественные критерии геодинамического подобия тектоно-магматических систем и провести геодинамическое обобщение закона соответствия и геогенетического закона для случая тектоно-магматических систем: тектоно-магматические системы являются геодинамически подобными, если имеют одинаковую скорость распространения геодинамического поля (скорость деформирования) и подобные площади с коэффициентом подобия р=10ⁿ; геодинамически подобным тектоническим структурам принадлежат магматические образования с одинаковой относительной дифференцированностью состава и генетически связанным оруденением, с соответствующими энергетическими параметрами.

Понятие “тектоно-магматическая система” трактуется как состояние логически ограниченного геологического пространства, проявленное в синхронно образованных формах магматических тел и тектонических структур, относящихся к одному структурному уровню.

Граница тел - область пространства, одновременно принадлежащая движущимся смежным объектам и характеризующаяся взаимодействием (суперпозицией) элементарных ячеек рассматриваемых тел.

Было показано (Тишкин, 1994; 1996; 1997), что в процессе развития структур образуются блоки, по размерам группирующиеся в геометрическую прогрессию. Периоды развития этих блоков также образуют геометрическую прогрессию. При этом каждая структура характеризуется набором дискретных по размеру тектонических элементов, скоростей деформирования и периодов развития. Неопределенности, возникающие при такого рода моделировании, связаны, главным образом, с необходимостью учета трехмерности границ объектов.

В построениях использовалась схема кольцевых морфоструктур (Кулаков, 1988), на которой Амурская морфоструктура (МЦТ) в северной части перекрывается Алданской МЦТ (северная граница), а в северо-восточной - Охотской и Японской МЦТ. Схема, имитирующая развитие перечисленных структур, представляющая собой комбинацию муаровых сеток, предлагаемых для моделирования геологических структур и анализа деформаций (Богацкий, 1986), показана на рис. 1. Особенностью данной схемы является то, что радиусы концентров в отдельной структуре изменяются в геометрической прогрессии, т.е. принимается, что вся структура сформирована в один этап, и между различными структурными уровнями могут наблюдаться явления геодинамического подобия или резонанса. Расчет пространственно-временных параметров проводился, исходя из предельно допустимых размеров структур (R_{структуры}≤R_Земли).

 Результаты расчетов

Ранее, в рамках квантово-геодинамической модели, было показано (Тишкин, 1997), что окраинные моря северо-запада Тихого океана в их современных границах и в соответствии с геологическими данными начали формироваться 13-15.5 млн лет назад. В границах каких структур эти территории находились в домиоценовое время - неизвестно.

В таблице приводятся результаты расчетов некоторых периодов развития структур согласно схеме и с учетом возможности проявления геодинамического подобия. Скорости распространения геодинамического поля (ГДП) U для каждой структуры имеют характерные квантованные значения. Положительные значения U показывают, что структура развивалась в ГДП II рода (движение в раздвиге при сдвиге), а отрицательные значения U указывают на ГДП I (по типу движения диапира). Каждый период Т соответствует структуре в целом или элементам структуры определенного размера.

Таблица. Геодинамические параметры имитируемых структур

 Из таблицы видно, что найденные периоды близки или кратны выделенным ранее другими методами. Наиболее длительным периодом развития  характеризуется  Охотская система или ей подобная (m= 4), развивающаяся в ГДП I рода. Амурская система развивалась в ГДП II рода (m=3), начиная, как минимум, с позднего силура. Амурская и Японская системы по размерам оказываются приближенно подобными, что подразумевает вероятность начала формирования последней уже в юрское время вследствие собственного развития Амурской структуры. При m=1 размеры Японской системы близки к минимально возможным, чтобы говорить о ее подобии с Амурской системой.

Отметим также подобие расчетных периодов Японской системы при различных значениях  m c периодами, измеренными деформографами (Давыдов, Долгих, 1997). Аналогичная картина наблюдается для периодических изменений ледовитости Охотской системы и типов атмосферной циркуляции, приводимых в (Полякова, 1997). Это свидетельствует о справедливости предположения периодического изменения скорости U и рода ГДП в процессе развития данных систем.

Сопоставление размеров рассматриваемых систем на различных уровнях с размерами разновозрастных кольцевых структур на восточной и северной границах Амурского блока, выделяемых с учетом подобия структур и модели (Авсюк, 1993), позволило разделить все структуры на три типа, условно названных амурским, алданским, охотским (Тишкин, 2000). При этом выяснилось, что в одной кольцевой структуре могут обнаруживаться размеры, кратные размерам Амурской, Алданской и Охотской систем. Аналогичные соотношения наблюдаются и на Алданском щите для структур древнего заложения, таких, как, например, Кондерская. Обнаружилось также, что на восточной и северной границах блока, а также во внутренних частях блока распространены структуры всех трех типов.

Согласно закону соответствия, в определенных структурах локализуются определенные магматические и рудные формации. Действительно, например, тектонические структуры Соловьевского свода (Амурская обл.) содержат элементы охотского и амурского типов, а структуры магматической колонны, в том числе и генерировавшие определенные типы оруденения, относятся к охотскому (Джалиндинский массив), алданскому (комплексы даек с золотоносными кварц-турмалиновой и кварц-пирит-арсенопиритовой ассоциациями) и амурскому (комплексы даек с кварц-висмутин-халькопиритовой с теллуридами и кварц-полиметаллической ассоциациями) типам. При этом скорости распространения ГДП рассматриваемых структур обнаруживаются в спектрах Амурской, Алданской и Охотской систем.

В Бекчи-Улской структуре (Нижнее Приамурье) также проявлены элементы тектонических структур и тектоно-магматических систем амурского, алданского и охотского типов. Кроме того, рудные зоны месторождения Многовершинное (Фатьянов, 1987), как оказалось, несут информацию об эпизодах периодической активности Амурской и Охотской систем. Так, зона Главная, характеризующаяся золотой минерализацией в ассоциации с пиритом, халькопиритом, полиметаллами, блеклыми рудами и теллуридами, относится к амурскому типу. Зона Промежуточная относится к охотскому типу и характеризуется относительно повышенными содержаниями в рудах серебра и присутствием марганцевой минерализации, что сближает их с рудами золотых и золото-серебряных месторождений Охотско-Чукотского пояса с типоморфной марганцевой минерализацией. Кроме того, присутствие на этом месторождении кварц-турмалиновой минерализации предполагает проявление здесь рудогенерирующих структур алданского типа.

Сопоставление расчетных периодов собственного развития выделенных систем с хорошо известными датировками проявлений геологических событий (магматизма, метаморфизма, рудообразования) обнаруживает их значительные совпадения, что позволяет по-новому объяснять ряд особенностей геодинамического процесса, в частности, “скольжение” возраста отдельных формаций вдоль и вкрест простирания границы Амурского геоблока.

Обсуждение

Схема взаимодействия и развития относительно автономных структур всего лишь имитирует геодинамический процесс, хотя может и соответствовать реальному сценарию. Не исключено также, а, скорее всего, так оно и есть, что относительно автономные Охотская, Алданская, Амурская структуры в современном виде являются геодинамически подобными элементами более крупных, например, океанских систем. Рассматривая Землю как элемент космического окружения, отметим также, что с тремя типами выделенных структур коррелируют три группы пространств Солнечной системы, ограниченных орбитами планет.

Теперь то, что касается взаимодействия плит и блоков в соотношении с волновыми представлениями процесса. В рамках квантово-геодинамической модели взаимодействие плит и блоков, применительно к объяснению  процессов изменения состава магматического вещества, ограничивается закономерным сочетанием их вертикальных и горизонтальных размеров, т.е. длиной полуволны и ее амплитудой. Поэтому, как кажется, взаимодействие микроплит и блоков контролирует процесс магматической дифференциации на уровне формаций, тогда как формирование исходного состава магматического вещества связано с развитием гигантских структур, вертикальные размеры которых могут достигать ядра планеты.

Справедливость суждения о решающем влиянии параметров локальных структур на дифференциацию магматического вещества подтверждается следующими эмпирическими формулами (Тишкин, 1996):

L = b×(15,76 - U),

К= h/S = a×(15,61 - U) ×p^m  (m = ±0,1,2,3..),

L = (S/10ⁿ)^-2/3   (n = ±0,1,2,3..),

где  L – относительная дифференцированность магматитов, U – скорость формирования структур, h – вертикальная протяженность и S – площадь сечения структур, р = 2,154.. – коэффициент подобия.

Вместе с тем, наличие в пределах Амурского геоблока локальных структур амурского, алданского и охотского типов как будто указывает на периодичность в активизации более крупных (или глобальных) данных типов структур. При этом распространение локальных структур того или иного типа, вероятно, имеет волновую природу. На разных глубинных горизонтах Амурского геоблока распространение волн различных типов и иерархии могло происходить близодновременно. На это указывают совпадения или близость периодов развития структур различных типов (см. табл.), а также результаты моделирования параметров магматической колонны Соловьевского свода.

Пример распространения стоячих волн от одного источника возбуждения фрагментарно приводится на рис.2. Горизонтальные линии (зоны динамического равновесия) могут быть сопоставлены с поверхностями отражения сейсмических волн. Здесь силовое поле, показанное от нулевого до третьего структурного уровня, одновременно может рассматриваться как структура и форма. Видно, что положение структур разных уровней может быть как унаследованным, так и наложенным. Распределение напряжений в поле показывает также, что на разных структурных уровнях могут возникать зоны разуплотнения, благоприятные для локализации  или возникновения, в зависимости от их масштаба, магматических расплавов.

Рассматриваемая структура в целом относится к алданскому типу, как и подавляющее большинство кольцевых структур-сателлитов, однако, судя по размерам, приводимым в (Гаврилов, 1993), некоторые структуры (в том числе и внутренний концентр см. рис.2) относятся к амурскому и охотскому типам.

Таким образом, проведенное исследование показывает существование возможности решения поставленной задачи. Однако для ее окончательной реализации требуются дополнительные геотектонические, структурные, петрологические и др. исследования. Кроме того, для уменьшения степени неопределенности результатов моделирования необходима разработка методов учета трехмерности границ объектов и их миграции в пространстве-времени.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Авсюк Ю.Н. Эволюция системы Земля-Луна и ее место среди проблем нелинейной геодинамики // Геотектоника, 1993. N 1. С.13-22.

2.              Богацкий В.В. Механизм формирования структур рудных полей. М.: Недра, 1986. 89 с.

3.              Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса. Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН, КГПУ. 2003. 151 с.

4.      Гаврилов А.А. Проблемы морфоструктурно-металлогенического анализа. Владивосток: Дальнаука, 1993. 326 с.

5.      Гамбурцев А.Г. Сейсмический мониторинг литосферы. М.: Наука, 1992. 200 с.

6.      Давыдов А.В., Долгих Г.И. Применение лазерных деформографов в исследованиях моря // ТОИ (материалы годич. сес. 1994). Владивосток: Дальнаука, 1997. С.126-136.

7.      Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. М.: Недра, 1990. Кн.1. 327 с.

8.      Красный Л.И. Тектонотип межблоковой (коллизионно-аккреционной) структуры: системы Монголо-Охотская и Циньлиньская  // Тихоокеан. геол.,. 1997.  Т.16.. № 5. С.3-9.

9.      Кулаков А.П. Гигантские морфоструктуры центрального типа Востока Азии, особенности их строения и развития// Морфотектонические системы центрального типа Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1988. С.63-75.

10.       Леонов Г.П. Проблема цикличности в истории Земли  //  Вестн. МГУ, сер. геолог., 1962.  №  4. С.

11.  Милановский Е.Е. Пульсации Земли // Геотектоника, 1995. № 5. С.3.

12.  Одесский И.А. Волновые движения земной коры. Л.: Недра, 1972. 208 с.

13.  Парфенов Л.М., Булгатов А.Н., Гордиенко И.В. Террейны и формирование орогенных поясов Забайкалья // Тихоокеан. геол., 1996. Т.15. № 6. С.3-15.

14.  Полякова А.М. Типы атмосферной циркуляции над северной частью Тихого океана и колебания климата // ТОИ (материалы годич. сес. 1994). Владивосток: Дальнаука, 1997. С.98-105.

15.  Романовский Н.П. Петрофизика гранитоидных рудно-магматических систем Тихоокеанского пояса. М.:Наука, 1987. 191 с.

16.  Синюков В.И. Формации и структура Восточно-Сихотэ-Алиньского вулканогенного пояса. М.: Наука, 1986. 158 с.

17.  Соловьев В.В. Структуры центрального типа территории СССР по данным геолого-геоморфологического анализа: (объясн. зап. к карте морфоструктур центр. типа). - Л.:ВСЕГЕИ, 1978. 110 с.

18.  Тишкин Б.М. Геодинамическое подобие тектоно-магматических систем // Автореф. дис. к. г-м.н. Хабаровск: ИТиГ, 1997. 30 с.

19.  Тишкин Б.М. Квантовая геодинамика - новая парадигма в геологии // Вестник ДВО РАН. 1994. №  4.  С.91-102.

20.  Тишкин Б.М. Связь геодинамических параметров тектонических структур с составом эндогенного вещества // Тихоокеан. геолог., 1996. Т.15.  № 1. С.67-79.

21.  Тишкин Б.М. Задача о дискретном и непрерывном развитии геодинамического пространства//Общие вопросы тектоники. Тектоника России. М: ГЕОС, 2000. С. 524-529.

22.  Уткин В.П. Горст-аккреционные системы, рифто-грабены и вулканические пояса юга Дальнего Востока России. Статья 1. Горст-аккреционные системы и рифто-грабены // Тихоокеан. геол., 1996. Т.15. № 6. С.44-72.

23.  Уткин В.П. Горст-аккреционные системы, рифто-грабены и вулканические пояса юга Дальнего Востока России. Статья 2. Вулкано-плутонические пояса: структурно-вещественные характеристики и закономерности формирования // Тихоокеан. геол., 1997. Т.16. № 6. С.58-79.

24.  Фатьянов И.И. Элементы зональности на одном из золото-серебряных месторождений Нижнего Приамурья // Глубинность распространения и элементы зональности эндогенной минерализации Дальнего Востока. Владивосток: ДВГИ ДВО АН СССР, 1987. С.21-35.

25.  Хаин В.Е. О тектонической основе металлогенического районирования складчатых зон // Геолог. рудных месторожд., 1962. № 4. С.7-28.

26.  Ханчук А.И., Кемкин И.В., Панченко И.В. Геодинамическая эволюция Сихотэ-Алиня и Сахалина в палеозое и мезозое // Тихоокеанская окраина Азии (геология). М.: Наука, 1989. С.218-254.

27.  Шашкин К.С. Структурно-вещественная эволюция земной коры Приамурья в позднем докембрии и фанерозое // Тихоокеан. геол. 1984. № 3. С.38-53.