Ю.И. Тверитинов¹, Т.Ю. Тверитинова²

1 – ООО "Геопромсервис", Иркутск

2 – Московский государственный университет, геологический факультет

Аннотация. Формирование тектоносферы происходит в условиях сложного взаимодействия (интерференции) тектонических сил, вызванных радиальными и тангенциальными напряжениями в земной коре. Первые связаны с действием силы тяжести, обуславливают гравитационную дифференциацию вещества, вертикальное сжатие (расплющивание) горных масс, их субгоризонтальное течение и сопутствующие складчато-разрывные деформации. Вторые, связанные с ротационным режимом планеты, в частности, с перемещением оси вращения, - вызывают перестройку фигуры Земли, перераспределение вещества в ее глубинных сферах, западный дрейф горных масс в ее верхних горизонтах, смену планов деформаций. Именно последние, выступая в качестве активного фактора, стимулируют непрерывное обновление лика Земли и предопределяют главные особенности ее морфоструктуры.

            Под “тектоническими перестройками” авторы понимают процессы, в результате которых происходят коренные преобразования структуры земной коры, выражающиеся в смене планов деформаций. В общем виде это явление общепризнанно, но представления о динамике и кинематике перестроек дискуссионны. Лишь немногие исследователи [1,2,3,8,9,14,15,17] обнаруживают в подобных процессах закономерную направленность. В кажущемся противоречии с этим находится наблюдаемое многообразие типов структур, в том числе мегаструктур центрального типа, развитие которых происходило унаследованно на протяжении ряда тектонических эпох.

            Для решения рассматриваемой проблемы авторы предприняли попытку сравнительного изучения структурных планов ряда регионов (Горный Алтай, Средняя Азия, Восточная Сибирь, Дальний Восток, Северный Кавказ). Выполнен пространственно-статистический анализ складчатых, а на Северном Кавказе – парагенетический анализ разрывно-трещинных структур по специальным методикам [11,16]. Обработаны десятки тысяч замеров залегания слоистости и трещиноватости. Геолого-структурные данные сопоставлены с геофизическими и геохимическими. Проведены палеотектонические реконструкции. В итоге установлены некоторые закономерные пространственно-временные соотношения разноориентированных структур, проливающие свет на природу и механизм тектонических перестроек.

            Сводные данные о простираниях разновозрастных структур в изученных регионах приведены в табл. Следует подчеркнуть, что в данном случае речь идет о параметрах генеральных простираний складчато-разрывных систем, которые в основном совпадают с конкретными структурно-формационными зонами, но могут располагаться дисконформно по отношению к ним, представляя структуры реликтового или наложенного типа.

Обнаруживается значительное сходство, иногда совпадение генеральных простираний складчатости в одновозрастных структурах изученных областей. Складчатые системы раннекаледонского (салаирского) этапа везде имеют СВ-ЮЗ простирание, раннегерцинского – СЗ-ЮВ. Обе системы являются рифтогенно-геосинклинальными. ССВ-ЮЮЗ и ЗСЗ-ВЮВ системы позднекаледонского и позднегерцинского этапов менее четко выражены, имеют в значительной части скрытый характер, что объясняется их формированием в условиях орогенного режима и широкой инверсии тектонических движений.

Таблица. Сравнительные данные о простираниях складчатых структур в тектонических областях

Прочерк - отсутствие данных

Сказанное означает, что на всех этапах изученные территории обладали определенной общностью геодинамических условий тектогенеза и их формирование происходило под влиянием одинаково ориентированных трансрегиональных тектонических сил.

            Устанавливается геометрическая выдержанность процесса смены простираний структур. Структурные планы смежных тектонических циклов или однотипных геодинамических систем различаются между собой примерно на 90°. Иными словами, на этот угол от цикла к циклу переориентируются векторы тангенциальных напряжений.

            Некоторые данные позволяют судить о кинематике указанных перестроек. Из табл. видно, что разноориентированные структуры составляют последовательные ряды, в которых каждая последующая система оказывается повернутой по отношению к предшествующей в направлении против часовой стрелки. Этому правилу всецело подчиняются слабее выраженные системы промежуточных простираний. Нередки примеры веерообразного расположения последовательно формировавшихся структур. Вследствие большей или меньшей дисперсии ориентировок на диаграммах разноориентированные системы сливаются в практически непрерывные дугообразные (круговые) пояса. Отсюда следует, что смена структурных планов предопределяется непрерывной переориентировкой вектора тангенциальных напряжений, а не его “мгновенным” перескакиванием из одного положения в другое.

            При совмещении на одной диаграмме пространственно-временных координат разноориентированных складчатых систем изученных регионов (рис.1) обнаруживается линейная зависимость между простиранием структур и возрастом происходивших в них складчатых деформаций. Переориентировка структур выглядит как процесс поворачивания (вращения) структурных планов и, соответственно, векторов тангенциальных напряжений в направлении против часовой стрелки, совершающегося со средней угловой скоростью 0,34° в млн лет.

            Выявляется корреляционная связь между сменой структурных планов и тектонической цикличностью. Она выражается в ритмично повторяющемся увеличении скорости вращения структурных планов от начальных стадий тектонических циклов к конечным. Крупнейшие фазы складчатости повторяются при повороте векторов напряжений на 35-45°, при повороте на 70-90° происходит коренная структурная перестройка, завершающая цикл.

Вращение структурных планов коррелируется с аналогичной тенденцией вращения палеомеридианов [6,7]. В течение раннекаледонского и киммерийского геономических этапов фанерозоя палеомеридианы и структурные планы повернулись против часовой стрелки в пределах Восточной Сибири соответственно на 188 и 198°, Горного Алтая - на 167 и 177°, Средней Азии - 47 и104°, Дальнего Востока - 161 и146°. Столь устойчивая корреляция структурных и палеомагнитных данных находит естественное объяснение в том, что складчатость и остаточная намагниченность представляют собой свойства одного природного объекта и выступают как парагенетически связанные следствия процессов, происходящих на планетарном уровне.

            Обнаруживается четкая зависимость палеопростираний структур от палеоширот (рис.2). В направлении от высоких широт к экватору азимутальные несогласия между простираниями палеомеридианов и складчатых структур закономерно увеличиваются. Это указывает на связь деформаций с распределением тектонических сил и тангенциальных напряжений, обусловленных ротационным режимом Земли. Логично полагать, что азимутальные несогласия увеличиваются в указанном направлении пропорционально возрастанию скорости движения поверхности Земли и, соответственно, величины западного дрейфа деформируемых горных масс. О последнем свидетельствует неизменно западная вергентность осевых поверхностей складчатых структур, формировавшихся на соответствующих тектонических этапах.

            Изложенное приводит к выводу, что причиной тектонических перестроек являются направленные изменения в расположении тектонических областей на поверхности Земли. Этому не противоречат глобальные палеогеографические реконструкции [13], палеомагнитные построения [6,7], данные Международной службы движения полюсов [8]. Концепция тектоники плит предполагает, что такие изменения являются следствием перестроек литосферы, происходящих при фиксированном положении оси вращения Земли относительно звезд. Полученные нами данные доказывают противоположную точку зрения.

            Некоторые данные способствуют раскрытию механизма тектонических деформаций на верхних горизонтах литосферы. В результате пространственно-статистического анализа складчатых деформаций выяснилось, что выраженность процесса тектонических перестроек существенно зависит от режимов вертикальных движений земной коры. При восходящих движениях фиксируются все импульсы тангенциального сжатия, при нисходящих – складкообразование происходит обычно в одну фазу, совпадающую с временем инверсии. Так, в геоантиклинальных блоках байкальской-раннекаледонской консолидации Горного Алтая зафиксировано от 2 до 4 выраженных простираний складок (309-265-247-206°), в обрамляющих эти блоки прогибах – только одно (247°). В Памиро-Тяньшанском регионе на участках поднятий установлены азимутальные несогласия между осями складок в толщах силура и карбона (3-10° против часовой стрелки), карбона и перми (9°); в структурах с режимом устойчивых погружений силурийские отложения входят в состав непрерывных разрезов палеозойских толщ и участвуют в общей складчатости, ориентированной в соответствии со структурным планом юры.

О причинах отмеченной зависимости в определенной степени можно судить по особенностям распределения деформаций на различных гипсометрических уровнях. Статистически установлено, что напряженность складчатости          возрастает от равнинных территорий к предгорьям и горным системам пропорционально увеличению объема (мощности) возвышающихся над уровнем моря горных масс. Устанавливается отчетливая общая тенденция усиления деформаций сверху вниз. При высоте подъема первичной поверхности осадочных толщ на 2-3 тыс. м над уровнем моря в приподошвенных частях горных массивов наблюдаются наиболее крутые, нередко опрокинутые складки в сочетании с субгоризонтальными срывами, ниже, в автохтоне, тенденция обратная: напряженность складчатости убывает с глубиной. В соответствии с этим, особенности складкообразования могут толковаться как обусловленные разной величиной подъема горных масс над уровнем моря, или приблизительно отвечающей ему поверхностью, ниже которой относительная складкообразующая роль тангенциальных напряжений резко снижается.

А.Я. Кравчинский [7] установил, что палеомагнитные перестройки на докембрийских платформах закономерно связаны с вертикальными эпейрогеническими движениями: каждому “устойчивому” положению платформы относительно полюсов Земли соответствуют этапы их опускания; “перемещения” платформ совпадают с этапами восходящих движений. Эти данные согласуются с рассмотренным выше механизмом складкообразования и служат доказательством того, что в эпохи поднятий (подъема поверхности выше уровня моря) происходят деформации их чехла с поворачиванием последующих структур по отношению к предшествующим в направлении против часовой стрелки. Нет никаких фактов, которые указывали бы на синхронные вращательные движения фундамента платформ.

Изложенное объясняет существование структур, которое происходит в кажущемся противоречии с механизмом вращения поля напряжений. Он “не работает” в депрессионных структурах – в силу их расположения ниже равновесной поверхности эллипсоида вращения и господства в них радиальных тектонических напряжений. Он слабо выражен также в различных структурах предшествующей консолидации, где последующие деформации совершаются унаследованно в условиях пассивного перемещения (квазипластического течения) горных масс. Подобный унаследованный характер имеют позднеальпийские деформации по отношению к раннеальпийским в районе Кавказских Минеральных вод. Установлено [18], что в альпийском чехле параметры трещин находятся в существенной зависимости от компетентности литологически разнородных пород; при их совместной деформации происходит растекание (расплющивание) одних и будинирование других. Вниз по разрезу усложняются структурные рисунки трещин и увеличивается интенсивность деформаций; это указывает на образование трещин под влиянием силы тяжести, величина которой пропорциональна мощности осадочного чехла. При этом выдерживается закономерная ориентированность трещинных систем по отношению к морфометрии фундамента и структуре чехла. Таким образом, формирование трещин в чехле происходит не только вследствие литологической нагрузки горных масс, а и в связи с их направленным перемещением (гравитационным сползанием) со склонов ранее возникших тектонических поднятий.

Приведенные факты означают, что перестройки на уровне супраструктуры проявляются в существенной зависимости от эндогенных режимов и глубинных неоднородностей земной коры. Логично предположить, что изменчивость последних в значительной мере обязана также ротационнообусловленным перестройкам, которые обладают определенными отличиями от перестроек на близповерхностных горизонтах, но между теми и другими существует закономерная связь. Обнаружить и раскрыть эту связь непросто. Мы ставим перед собой такую задачу и пытаемся решать ее, анализируя строение и взаиморасположение мегаструктур центрального типа как наиболее характерных элементов структуры земной коры.

Для мегаструктур центрального типа мы используем термин “геокон”, по В.В. Соловьеву [12], который в сравнении с “ядрами” В.И. Попова [10] и “нуклеарами” М.З. Глуховского [5] точнее отражает их геометрию и эволюцию в процессе формирования.

Бесспорны выводы исследователей о раннедокембрийском возрасте внутренних частей геоконов как первых сиалических ядер материковой коры. Очевидно также, что при общей тенденции разрастания ядер в радиальных направлениях, формирование геоконов на последующих этапах происходило по-разному, в зависимости от региональной изменчивости тектонических режимов. Этим обусловлена разная выраженность геоконов на современном эрозионном срезе, что затрудняет их диагностику и объясняет несовпадения реконструкций мегаструктур рассматриваемого типа, выполненных разными авторами.

Для решения аналогичной задачи мы вначале осуществили реконструкции структуры Ангарского геокона как типового. Затем, основываясь на выявленных закономерностях, провели реконструкции подобных однопорядковых мегаструктур в других регионах.

В соответствии с полученными данными, геоконы имеют концентрически-кольцевое строение (рис.3). В них вписываются дуги с разными радиусами кривизны, имеющие общие концентры. Им соответствуют линейные магматические тела, геологически разнородные блоки, линии разломов и структурных несогласий, гипсометрические ступени. Наилучшей выраженностью обладают дуги (окружности) с радиусом 650-700 км, в границах которых геоконы автономны относительно друг друга. Вместе с тем фиксируются дуги больших радиусов, что позволяет говорить о более широких сферах влияния (взаимодействия) рассматриваемых энергосистем.

В радиальном направлении в геоконах чередуются структуры, развивавшиеся в режимах восходящих либо нисходящих движений. Соответственно орогенные (дейтероорогенные) формации чередуются с островодужными и рифтогенными. При этом отчетливо проявляется тенденция омоложения структур к периферии геоконов, указывающая на центробежную миграцию фронта эндогенной активности с течением времени.

Структурно-вещественные особенности периферических подвижных поясов в системе геоконов – их дугообразная форма, характерные пространственные соотношения формаций островодужного – рифтогенного типов, наличие пологозалегающих каналов эруптивных и тектонических брекчий, наклоненных в сторону гипоцентров, позволяют рассматривать указанные пояса в качестве гомологов зон Заварицкого-Беньофа.

Строение геоконов асимметрично. Нередко они делятся на две примерно равные половины, одна из которых относительно приподнята, другая - опущена. Границы между ними представлены разломами; к пересечениям последних с геофизическими разделами, предположительно, приурочены глубинные энергетические центры.

Элементы структуры геоконов находят отражение в геофизических и геохимических полях (рис.4, 5). Тектонические карты, построенные с учетом структуры геоконов, успешно используются при решении проблем металлогенического районирования и регионального прогноза полезных ископаемых (рис.6).

На территории Северной Евразии (рис.7) выделяется множество подобных геоструктур. Они группируются в протяженные субпараллельные пояса, имеющие форму мегаундаций. Пояса имеют общее северо-восточное простирание, отвечающее структурному плану ранних карелид.

Наряду с геоконами реконструируются глобальные структуры центрального типа – супергеоконы (рис.8). Впервые они были выделены автором [14]. Позднее – воспроизведены практически в тех же контурах Б.В. Ежовым [4].

По многим особенностям геологического строения супергеоконы идентичны геоконам. Их внутренние части представляют относительно стабильные геоблоки (древние платформы, плиты), периферические – дуговые подвижные пояса с радиусом кривизны около 2400 км. В составе подвижных поясов – современные и ископаемые зоны Заварицкого-Беньофа, зоны тектоно-магматической активизации

Общей осью симметрии супергеоконов является Саяно-Филиппинский линеамент – глобальная структура, расчленяющая супергеоконы на сегменты с разными режимами развития. Гипоцентры супергеоконов тяготеют к узлам пересечения линеамента с подвижными поясами иных простираний. Очевидна значительно большая глубина их нахождения по сравнению с геоконами.

Система супергеоконов имеет общее северо-западное простирание, совпадающее со структурным планом герцинид. Достаточно очевиден средне-верхнепалеозойский возраст ее заложения, что подтверждают многочисленные данные о времени геосинклинально-складчатого развития обрамляющих супергеоконы подвижных поясов.

Таким образом, предположение о взаимосвязи перестроек на близповерхностных и глубинных уровнях имеет реальные основания. Устанавливается отчетливая корреляция планов деформаций в тех и других для важнейших тектонических эпох, означающая, что они имеют общую ротационнообусловленную природу. Полученные данные позволяют приблизиться к раскрытию общей динамики тектонических перестроек и пониманию процесса формирования литосферы в целом.

Представляется, что тектоническое развитие литосферы происходит под определяющим влиянием сил гравитации, связанных с жизнью Земли как космического тела. Вместе с тем, непосредственное и, может быть, главное влияние на развитие тектоносферы оказывают напряжения, возникающие в связи с режимом вращения Земли и направленными изменениями положения ее оси относительно звезд. Это служит причиной непрерывного процесса перестройки фигуры Земли, сопутствующего перераспределения масс в ее глубинных сферах, волновых движений и смены (миграции) тектонических режимов на верхних горизонтах земной коры.

Перераспределение и дифференциация вещества в глубинных сферах происходит преимущественно по типу адвекции, контролируясь структурной матрицей геоконов и глобальных линеаментов. На верхних горизонтах земной коры действуют как радиальные (сила тяжести), так и тангенциальные напряжения, продуцируемые инерционными и полюсобежными силами вращения. Они проявляются в форме волновых движений земной коры и дрейфа горных масс, явлениях рифтогенеза и складкообразования.

Взаимодействие указанных сил и процессов неодинаково в глобальном масштабе и на уровне регионов. Формирование мегаструктур (подвижные пояса, трансконтинентальные линеаменты, геоконы) проявляется через посредство эндогенных факторов тектогенеза. Кульминации событий предшествует этап длительного эволюционного развития, в течение которого намечающаяся перестройка не находит конкретного отражения в строении земной коры. В связи с этим трудно зафиксировать промежуточные стадии процесса; создается впечатление о резкой смене одного глобального структурного плана другим.

Формирование структур низших рангов непосредственно связано с процессами на близповерхностных горизонтах, для которых в силу колебательного характера движений земной коры специфичны условия гравитационной неустойчивости и контрастной изменчивости тектонических режимов. Нарушения равновесного состояния коры обязаны ротационнообусловленным волновым движениям земной коры и эндогеннообусловленным вертикальным перемещениям вещества в геоконах. При воздымании участков литосферы над поверхностью идеального эллипсоида вращения повышается структурообразующая роль тангенциальных напряжений, что создает условия для образования складчатости общего смятия. Взаимодействие эндо- и космогенных сил при этом запечатлевается в конкретных тектонических формах.

Согласно полученным данным, эффективное влияние внешних сил, проявляющееся в образовании складчатости общего смятия, ограничивается узкими интервалами геологического времени. Оно не обнаруживается на догеосинклинальной стадии, отличающейся господством структур нелинейного типа, достигает максимальной степени проявления в эпохи складчатости и практически прерывается на стадии консолидации структур. Следовательно, в известном смысле - это атрибут определенных этапов в развитии земной коры, для которых специфичны условия высокой пластичности коры и дифференциальных движений большой амплитуды.

Изложенное показывает, что формирование тектоносферы происходит в условиях сложного взаимодействия (интерференции) тектонических сил, выражением которых являются радиальные и тангенциальные напряжения в земной коре. Первые связаны с действием силы тяжести, обусловливают гравитационную дифференциацию вещества, вертикальное сжатие (расплющивание) горных масс, их субгоризонтальное течение и сопутствующие складчато-разрывные деформации. Вторые, связанные с ротационным режимом планеты, в частности, с перемещением ее оси вращения, - вызывают перестройку фигуры Земли, перераспределение вещества в ее глубинных сферах, западный дрейф горных масс на верхних горизонтах, смену планов деформаций. Представляется, что именно последние, выступая в качестве активного фактора, стимулируют непрерывное обновление лика Земли и предопределяют главные особенности ее морфометрии.

ЛИТЕРАТУРА

1.            Бубнов С.Н. Основные проблемы геологии. М.: МГУ. 1960. 233 с.

2.            Долицкий А.В. Реконструкция тектонических структур. М.: Недра. 1978. 150 с.

3.            Долицкий А.В. Образование и перестройка тектонических структур. М.: Недра. 1985.  219 с.

4.            Ежов Б.В. Морфоструктуры центрального типа Азии. М.: Наука. 1986. 133 с.

5.            Брюханов В.Н., Буш В.А., Глуховский М.З. и др. Кольцевые структуры континентов Земли. М.: Недра. 1987. 184 с.

6.            Кравчинский А.Я. Палеомагнитные и палеогеографические перестройки на докембрийских платформах.  М.: Недра. 1977. 95 с.

7.            Кравчинский А.Я. Палеомагнетизм и палеогеографическая эволюция континентов.  Новосибирск: Наука. СО. 1979. 264 с.

8.            Михайлов А.А. Земля и ее вращение. М.: Наука. 1984. 80 с.

9.            Попов В.И., Рыжков О.А. О вращении простираний разновозрастных структур против часовой стрелки // Ташкент: Зап.Узб. отд. минерал. О-ва. № 7. 1955.

10.        Попов В.И. Ядра и междуядерные зоны Средней Азии - основа ее геологического районирования // Тектоника Памира и Тянь-Шаня. М.: Наука. 1964. С.155-173.

11.        Расцветаев Л.М. Парагенетический метод структурного анализа дизъюнктивных нарушений // Проблемы структ. геол. и физики тект. процессов. Ч. II. 1987. С.173-235.

12.        Соловьев В.В. Структуры центрального типа территории СССР по данным геолого-морфологического анализа. Л.: ВСЕГЕИ. 1978. 112 с.

13.        Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. М.: АН СССР. 1960. Т.1. 212 с.

14.        Тверитинов Ю.И. Структурные перестройки и размещение металлогенических зон в складчатых областях. М.: Недра. 1981. 222 с.

15.        Тверитинов Ю.И. Закономерности смены структурных планов в складчатых областях Горного Алтая, Памира и Тянь-Шаня // Бюлл. МОИП. Отд.геол. 1980. Т. 55. Вып.1. С.3-17.

16.        Тверитинов Ю.И. Методические рекомендации по пространственно-статистическому анализу элементов залегания складчатости при составлении обзорных и среднемасштабных тектонических схем. Иркутск: ВСНИИГГиМС. 1981. 32 с.

17.        Тверитинов Ю.И. Полигенная модель тектонического развития Восточной Сибири // Тез.докл. на конф. 100 лет геол. службы Вост. Сибири. Иркутск. 1988. С.55-57.

18.        Тверитинова Т.Ю. Тектодинамические условия формирования разрывов и трещин в породах альпийского чехла на территории Кавказских Минеральных Вод. Канд. дисс.  М.: МГУ. 1989. 178 с.