Глава 7 основные черты современного тектонического режима

1. Современные движения земной коры

Современные движения земной коры (земной поверхности) обычно подразделяют на три основные группы [205, 221-222]: быстрые (импульсные) - сейсмические толчки различной силы и длительности; короткопериодические (от нескольких часов до нескольких лет, обусловлены приливными деформациями, изменениями температурных, барических, гидротерми­ческих условий и др.) и вековые. По направлению различают вертикальные (восходящие и нисходящие) и горизонтальные движения. Сочетание и наложение друг на друга разнопериодных колебательных движений образует сложную систему циклов (ритмов), которая применительно к более длительным (сотни, тысячи и десятки тысяч лет) интервалам времени позволяет выявить общую направленность (тренд) тектонических смещений того или иного участка земной коры (рис. 7.1-7.2).

Значения скоростей вековых движений (поднятий и опусканий) в пределах Восточно-Европейского кратона равнине составляют в среднем 2-4 мм/год; максимальные очень редко достигают 8-10 мм/год. Размеры участков (длина «волн»), испытывающих более или менее однонаправленные многолетние (первые десятки и сотни лет) современные вертикальные движения поднятия и опускания в платформенных областях могут составлять первые сотни км (от 150-200 до 600-800 км), периоды изменения знака вековых движений (колебания «волн») скорее всего могут изменяться от нескольких десятков до нескольких тысяч лет. Для выявления общей направленности современных вековых движений считается достаточным интервал в 20-25 лет.

По территории Беларуси и смежных областей запада Восточно-Европейского кратона в последние годы составлено и опубликовано несколько карт современных вертикальных движений земной коры. Среди них наиболее

известна карта, изданная в 1973 г. под редакцией Ю.А.Мещерякова [140]. Согласно этому изданию, распределение направленности и скоростей современных вертикальных движений земной коры в целом хорошо согласуется с рисунком изобаз суммарной неотектонической деформации (см. рис. 1.1). Так, на преобладающей части территории Беларуси, испытавшей наибольшее неотектоническое воздымание (Припятская, Смоленская ступени, Брагинско-оевская седловина), до сих пор в основном продолжается поднятие с интенсивностью до 1-2,5 мм/год. В то же время для северо-запада Беларуси и для районов, примыкающих к побережью Балтийского моря, а также, значительных площадей Литвы и Калининградской области наблюдается тенденция к прогибанию с амплитудой до -1,6 мм/год (Литовско-Эстонская моноклиналь Белорусско-Балтийской синеклизы). Современное опускание земной поверхности приурочено к Воложинскому структурному заливу и особенно Полоцкой депрессии (до –3 мм/год). Отклонения от названного регионального соответствия между неотектоническими и современными движениями весьма значительны главным образом на северо-западе Латвии и севере Эстонии, где до сих пор сказываются гляциоизостатические поднятия, скорее всего обусловленные снятием нагрузки последнего ледникового покрова.

Совсем иная (практически противоположная) тенденция наблюдается на картах современных движений, составленных для территории Беларуси А.В.Матвеевым и Л.А.Нечипоренко, а для всего Центрально-Европейского региона А.Фришбуттером и Г.Швабом [138-139, 347]. Эти карты отражают картину распределения знака и скоростей вековых движений, сложившуюся через 20-25 лет после составления предыдущей карты Ю.А.Мещерякова и показывающую резкую смену (инверсию) направления смещений: территория юга и востока Беларуси (Припятская и Смоленская ступени, Брагинско-Лоевская седловина) оказались максимально погружающимися (со скоростью до –2 мм/год и более), а северо-запад региона на участке между Минском и Вильнюсом – стабильными либо относительно поднимающимися (рис. 7.3).

По мнению А.В.Матвеева и Л.А.Нечипоренко [193-195], новые карты отражают происходящее в настоящее время изменение направления современных тектонических движений, означающее начало перестройки сложившегося (неотектонического) и формирования нового структурного плана.

Другим объяснением изложенного явления может быть требующий специального изучения циклический («волновой») характер современных вертикальных движений, проявляющийся в периодическом изменении их скорости и знака при относительно медленном горизонтальном перемещении крупных изгибов земной поверхности (см. рис. 7.1-7.3). В пользу такого объяснения говорит рисунок изобаз современных движений, которые на участке от внешней периферии Карпат на юге до Финского залива на севере образуют несколько достаточно отчетливо выраженных параллельных друг другу субширотных полос. Каждая из таких чередующихся полос (крупных изгибов, волн) имеет ширину около 150-200 км и длину порядка 800-1000 км при изменении скоростей вертикальных смещений от +1-2 мм/год на поднимающемся гребне волны до – 3-5 мм/год на погружающемся пространстве между двумя соседними гребнями. Судя по приведенному несовпадению составленных в разное время карт современных вертикальных движений, период таких волн деформации должен составлять несколько десятков лет.

Следует отметить, что циклическая периодичность (2-2,5 –летний и другие циклы) изменения скорости и знака современных вертикальных движений, вариаций силы тяжести, а также миграция крупных изгибов земной поверхности (деформационных волн), перемещающихся в северном направлении со скоростью около 30 км/год, действительно были установлены в результате проведения в 1975-1988 гг. комплексного изучения современной геодинамики территории Припятского прогиба. Эти детальные (до 10-12 циклов наблюдений по линиям повторного нивелирования общей длиной 5,5 тыс. км) исследования проводились под руководством В.А.Сидорова [254]. В комплекс работ также входили повторные высокоточные светодальномерные наблюдения для изучения современных горизонтальных движений земной поверхности; повторные высокоточные гравиметрические и магнитометрические наблюдения для изучения вариаций во времени силы тяжести и магнитного поля; геохимические исследования и электромагнитный мониторинг. В результате проведения многолетних повторных нивелировок и других исследований были выявлены многочисленные признаки малоамплитудных современных смещений по большинству крупных разломов Припятского прогиба.

Дополнительную информацию, подтверждающую возможное существование перемещающихся в общем направлении с юга на север изгибов («волн») земной поверхности, дал специальный анализ числовых данных повторных нивелировок, имеющихся в архиве ЦНИИГАиК (Москва), выполненный А.Ф.Грачевым, Ш.А.Мухаметдиевым, С.Л.Юнга при проведении сейсмического районирования территории Беларуси [32].

Для определения характера изгибных деформаций была использована упрощенная модель упругой  литосферы. В результате выполненного моделирования была получена схема современных полей напряжений территории Беларуси и смежных областей запада Восточно-Европейского кратона (рис. 7.4). На схеме направление черты в узлах сетки соответствует ориентировке максимальной из двух главных кривизн изогнутой по­верхности, отвечающей ориен­тации оси максимального сжатия, длина черты пропорци­ональна интенсивности изгиба. Из схемы можно сделать вывод, что современное поле напряжений в верхней части земной коры в определенной мере подтверждает существование на поверхности литосферы крупных (шириной порядка 200 км) преимущественно субширотно вытянутых волн. Образование волн можно объяснить влиянием глобальных тектонических напряжений, передаваемых от границ ли­тосферной плиты. Источником таких тангенциальных напряжений в рассматриваемом регионе скорее всего является Альпийско-Карпатский ороген.

Важным результатом изучения современных движений стало выявление закономерной связи зон высоких градиентов скоростей современных вертикальных движений с выявленными по геолого-геофизическим данным активными в новейшее время разломами. По морфологии и величине градиента выделено четыре основных типа аномалий современных вертикальных движений земной коры, обусловленных современной активизацией движений по разрывным нарушениям: α - региональный однородный наклон; β – региональный изгиб; γ – локальный изгиб; s – ступенеобразный. Как показали работы А.В.Матвеева,

В.А.Сидорова и др. [254] в пределах таких аномальных выделенных зон скорости смещений достигают 30 мм/год и более, причем знак движений по «живущим» разломам может изменяться.

Интересные данные получены в результате одновременного определения характера современных горизонтальных и вертикальных движений светодальномерным данным (рис. 7.5). Согласно эти данным, определенное по светодальномерным данным горизонтальное растяжение зоны активного разлома сопровождается локальным проседанием земной поверхности ( - аномалии, а сжатие –поднятием и формированием изгиба (β – аномалии). При этом β – аномалии (региональный изгиб) над активными разломами представлены довольно протяженными зонами, оконтуривающими разлом. Формирующийся региональный изгиб имеет форму протяженного цилиндра, ось которого совпадает с телом разлома (повторное нивелирование вдоль разлома не обнаруживает разницы в скорости современных вертикальных смещений) [254].

Для изучения современных горизонтальных движений земной коры в последние годы все чаще используются методы космической геодезии (техника GPS). Система международных геодинамических станций (IGS), играющих роль реперов для космогеодезических наблюдений, включает более 100 постоянных пунктов в разных районах мира [270]. Точность измерений вертикальных (до 2-5 мм) и горизонтальных ( до 1-3 мм) перемещений техникой GPS пока заметно ниже, чем у повторного нивелирования и трилатерации.

Для неотектонических реконструкций важно отметить, что по данным за 1994-1998 гг. Евразийская литосферная плита движется в северо-восточном направлении со скоростью до 27 мм/год с вращением по часовой стрелке (полюс вращения располагается на западе Индийской плиты). При этом сближение Африканской и Евразийской плит со скоростью около 10 мм/год наблюдается в Восточном Средиземномо­рье (побережье Африки и Израиль) (рис.7.6) [270].