книги из ГПНТБ / Вопросы общей и теоретической тектоники [сборник]

этих разрывов происходили новейшие движения, и элементы блоковой структуры Балтийского щита находят, следователь­ но, отражение в особенностях рельефа земной поверхности и морского дна, определяя гипсометрию и ориентировку отдель­ ных участков местности, направление гидрографической сети, очертание берегов и т. д. Отмечается, что к линейно вытяну­ тым зонам, которые соответствуют установленным или предпо­ лагаемым тектоническим разрывам, приурочена сейсмичность

(Penttilа, 1964;. Николаев, 1966).

Однако схема среднеили крупномасштабного тектониче­ ского районирования Балтийского щита или его крупных час­ тей, основанная на классификации элементов блоковой струк­ туры, отсутствует. Известна такая попытка для другого райо­ на СССР (Воробьев, 1972), где классификация морфоструктур и основанное на ней районирование неразрывно связаны с классификацией элементов тектонической структуры. Со­ ставление подобной схемы районирования для Выборгского массива рапакиви явилось необходимым для оценки предста­ вительности выбранной нами экспериментальной модели.

Под элементом блоковой структуры мы понимаем участок геологической среды, ограниченный со всех сторон разрывны­ ми нарушениями. Теоретические расчеты и эксперименталь­ ные данные показывают малую вероятность существования блоков, вертикальные размеры которых значительно превы­ шают их длину и ширину (Подка.минер, 1973). Наиболее ре­ альными представляются изометричные («кубики») или пли­ тообразные тектонические формы. Исходя из этого, блоки вы­ соких порядков должны быть ограничены и снизу разрывами сплошности среды, по которым, вероятно, и происходят гори­ зонтальные подвижки. Приповерхностные блоки с одной сто­ роны ограничены дневной поверхностью.

Блоки, из которых состоит Выборгский массив, мы разде­ ляем па три категории: «макроблоки», «мезоблоки» и «микро­ блоки». Микроблок — элементарная блоковая структурная форма, способная к самостоятельному движению. Мезоблок представляет собой группу микроблоков, объединенную об­ щей тенденцией к движению определенного характера (под­ нятию, опусканию, горизонтальному перемещению, вращению или некоторому сочетанию этих элементарных форм движе­ ния). Макроблок — крупная часть массива (группа мезоблоков) со специфическим строением земной коры.

На определенную независимость движения отдельных бло­ ков косвенно указывают формы современного рельефа. При

191

этом, однако, возможны такие частные случаи, когда блоки, обладающие разнонаправленным или разноскоростным дви­ жением, оказываются выведенными на один и тот же уровень, вследствие чего происходит «укрупнение» выделяемых элемен­ тов структуры. Кроме того, морфоструктурный анализ в боль­ шинстве случаев не позволяет реконструировать горизонталь­ ную составляющую движений. Но на современном уровне изу­ ченности вопроса геоморфологические методы по-прежнему ос­ таются основными в неоструктурных построениях.

В северной части Выборгского массива (с небольшими участками прилегающих пород) нами выделяются десять мак­ роблоков (см. рис. 1). Все разрывные нарушения, ограничи­ вающие эти блоки, являются вертикальными или крутопадаю­ щими и относятся к «крупным коровым разрывам» по клас­ сификации А. Е. Михайлова (1964) или, что то же самое, «тек­ тоническим разрывам нулевого уровня» (Рац, Чернышев, 1970). Некоторые из них показаны на мелкомасштабной схеме

*тектонического районирования, составленной В. А. Перевозчи­ ковой (Перевозчикова, Синицын. 1971). Разломы эти, во вся­ ком случае, достигают подошвы Выборгского гранитного мас­ сива, расположенной на глубине 5—8 км (Lauren, 1970), раз­ бивая массив на блоки целиком, на всю его мощность. Протя­ женность нарушений, как правило, от десятков до первых со­ тен километров, мощность — сотни метров.

Многие исследователи (Penttila, 1964; Шустова, 1956; Булин, 1971 и др.) указывают на неоднородное строение земной коры в районе Выборгского массива. При этом отдельным макроблокам соответствует определенный набор сейсмических поверхностей, а в местах разломов отмечается резкий перепад глубины залегания этих поверхностей изменение их количест­ ва в горизонтальном направлении, сильное затухание обмен­ ных волн.

Неоднородность строения земной коры в пределах Выборг­ ского массива сказывается и па характере распределения ано­ малий силы тяжести, хорошо заметном, например, на гравимет­ рической карте Карелии, Финляндии и Ленинградской области (Андреев, 1938) и гравиметрической карте Финляндии Т. Хонкасало (Раагша, Marmo, 1961), где направление изолиний под­ черкивает форму и ориентировку отдельных блоков. Так, бло­ кам I, II, VII, на схеме (см. рис. 1) отвечают пониженные значения Ag, а блокам III и IV — относительно более высокие. Тектонические нарушения тяготеют к линиям максимальных градиентов регионального поля. В этих же местах на аэромаг-

192

нитных картах отмечаются линейно вытянутые аномалии

(Рааша, 1964; Mikkola, Niini, 1968).

Макроблоки или группы макроблоков как отдельные неотектоничеокие формы находят отражение в рельефе, и на сов­ ременной поверхности им соответствуют крупные геоморфоло­ гические единицы. Каждый такой геоморфологический район характеризуется некоторыми максимальными высотами, пре­ обладающими абсолютными отметками, определенными пре­ вышениями. На карте относительных высот Финляндии (Грано, 1953) блокам I и II соответствует равнинная область с пре­ вышениями от 5 до 10 .м, блокам IV и VI — область грядово­ го рельефа с разницей высот 10—20 м (называемая «плоско­ горьем»); блокам III н V — холмистая область, превышения от 20 до 50 м. Для последнего района характерны абсолютные отметки, превышающие 100 м.

На побережье Финского залива по сравнению с внутренни­ ми районами северной части массива значения абсолютных от­ меток повышаются (до 87 м у г. Котка; здесь начинается блок VIII, который затем по системе мелких -ступенчатых сбросов опускается под уровень Финского залива. Я- Граио (1953) по­ лагает, что на высотный уровень вершин могли оказать влия­ ние только кристаллические породы, выведенные на различ­ ный уровень в результате неотектонических блоковых движе­ ний.

Блоку VII примерно соответствует в этой части так назы­ ваемая Выборгская гранитная ра-вшша, которая протягивает­ ся узкой полосой на севере Карельского перешейка от Выбор­ га до северо-западного побережья Ладожского озера. Преоб­ ладающие высотные отметки здесь находятся на уровне 45— 50 м, возрастая до 100-130 м у границ с Финляндией и Ка­ рельской АССР, причем «перегиб» этот имеет сравнительно прямолинейный характер и вытянут в северо-восточном нап­ равлении. Южная часть данного блока находится под водами мелкого Выборгского залива.

Блок X, отмеченный более высокими абсолютными верши­ нами, нежели соседний блок VII, к востоку перекрывается верхнепротерозойскими и кембрийскими отложениями чехла Русской платформы; восточное ограничение его неизвестно.

Разрывные нарушения, ограничивающие макроблоки, выра­ жены в рельефе протяженными впадинами, часто занятыми крупными озерно-речными системами (Кюмин-Иоки, Пюхяарви, — Киви-ярки, Вуоксинская и др.). Эти элементы текто-

ники отчетливо выделяются и при дешифрировании аэрофото­ снимков.

Ряд исследователей, изучавших поздне- и послеледниковые береговые линии и их деформации (Sauramo, 1955; Donner, 1970 и др.), пришли к выводу о существовании па территории Фенноскандии так называемых «шарнирных линий», под кото­ рыми понимаются флексурообразные перегибы в береговых линиях, имевших ранее горизонтальное положение, и которые также отражают блоковый характер новейшей тектоники. Так, II. И. Доннером (Donner, 1970) на основании анализа дистан­ ционных диаграмм и кривых, изображающих изменение гра­ диентов скоростей новейших движений за последние 10000 лет, намечена шарнирная линия, разделяющая области с резко различным градиентом и протягивающаяся через Финский за­ лив, восточную часть Выборгского массива к северному бере­ гу Ладожского озера параллельно изобазам современных дви­ жений.

На схеме высокоточного нивелирования (Kaariainen, 1964) можно заметить, что западная группа блоков Выборгского массива (I, II, III, рис. 1) испытывает относительно ускорен­ ное поднятие по сравнению со смежными участками. Это выра­ жается в характерном искривлении изолиний скоростей совре­ менных движений, а к разлому, ограничивающему эту групп)' с востока, приурочено сгущение изобаз. С этим же разрывом связаны эпицентры землетрясений (Penttila, 1964). Боль­ шинство остальных слабых землетрясений зафиксировано вдоль северных и западных границ Выборгского массива.

Площадные размеры макроблоков колеблются в пределах 7Х102—5хЮ3 км2; это тектоноформы IV порядка.

Макроблоки в свою очередь можно подразделить на эле­ менты более высокого порядка — мезоблоки. Густая сеть раз­ рывов (Натте, 1964), пересекающих .макроблоки, выражена в рельефе линейно вытянутыми озерами, фьордами и шхера­ ми, прямолинейными отрезками речных долин и некоторыми другими элементами гидросети. На расчлененность гранитно­ го массива указывают и продольные профили рек, характери­ зующиеся перегибами в склоне, порогами и ровными участка­ ми, занятыми, озерами (Ренквист, 1953).

Нами проведено членение на мезоблоки одного из крупных элементов структуры — блока VII («Блока Выборгского зали­ ва», рис. 2). На схеме заметно, что преобладающее направле­ ние разрывных нарушений северозападное (330° и 315°) и се­ веро-восточное (60° и 45°), реже встречается широтная и мери-

194

Рис. 2. Мезоблоки района Выборгского залива 1 — разломы, ограничивающие макроблоки, 2 — разрывные на­

рушения, разделяющие мезоблоки, 3 — государственная грани­ ца СССР

диональная ориентировка разрывов. Эти нарушения отчетли­ во фиксируются в рельефе и хорошо дешифрируются на аэро­ фотоснимках. Разрез рыхлых отложений над ними часто ха­ рактеризуется увеличением мощностей суглинистых и супесча­ ных прослоев и появлением более тонкозернистых разностей. Разрывы имеют протяженность, выражающуюся первыми де­ сятками километров, и мощностью, равную десяткам метров.

Большинство отдельных мезоблоков выражено в рельефе различными средними гипсометрическими уровнями, причем высота «уступов», «перегибов» между соседними блоками меньше, чем в случае границ, разделяющих макроблоки, но,

однако, в большинстве случаев превышает величину леднико­ вой эрозии, которая в этом районе, находящемся на самом краю Балтийского щита, была крайне незначительной (Натте, 1966). В пределах Выборгского залива мезоблоки представле­ ны крупными островами или их частями, пространствами, за­ нятыми группами мелких островов, участками, скрытыми под водами залива.

Мезоблоки занимают площадь в пределах 20—200 км'2 и являются тектоническими формами V порядка.

В одном мезоблоке намечено деление на микроблоки. Раз­ рывные нарушения, представляющие собой зоны мелкораздробленных пород мощностью 10—25 м и протяженностью пер­ вые километры, выражены линейно вытянутыми понижениями в микрорельефе, заполненными рыхлыми ледниковыми отло­ жениями со значительно более густой и отличной от прилегаю­ щих участков растительностью. Такие зоны часто образуют небольшие уступы, и по обе стороны от них ровные и хорошо обнаженные поля гранитов расположены на несколько раз­ личных уровнях.

Если принимать во внимание крайне незначительные вели­ чины эрозии (ледниковой и послеледниковой) и аккумуляции, то устойчивые превышения одного микроблока над другим вдоль разрывных нарушений вне зависимости от ориентировки этих разрывов (а следовательно, и направления движения лед­ ника) и отсутствие таких закономерностей в пределах микро­ блоков позволяют сделать вывод о возможности самостоятель­ ных движений микроблока и о невозможности таковых внут­ ри него. Мезоблок в таком случае представляет собой объем, занятый группой микроблоков, большинство из которых имеют сходные характеристики тектонических движений, и ограниче­ ны разрывными нарушениями более низкого порядка, чем те, которые разделяют между собой микроблоки.

Экспериментальная площадка находится в центре одного.из таких микроблоков (рис. 3), площадь которого порядка 1 км2. Вообще говоря, площадь этих элементов структуры на рас­ сматриваемой территории колеблется от 1 до 10 км2; основ­ ным критерием при их выделении является предполагаемая самостоятельность движений. Площадка представляет собой ровный участок в гранитах рапакиви (здесь представлена одна из их разновидностей — выборгиты) с почти стопроцентной обнаженностью. С юго-запада площадка ограничена стенкой заброшенного гранитного карьера (рис. 4). Размер исследо­ ванного участка около 0,017 км2.

196

«

Рис. 3. Мнкроблоин одного из участков Выборгского массива раиакивн

197

А

Рис. 4. Схематизированная блок-диаграмма участка эк­ спериментальной площадки

1 — трещнпы в скальпом массиве,

2 — устья вертикальных горных выработок (шахт), 3 — устье

штольни

Массив в пределах этой площадки трещиноват: вы­ деляется .ряд основных систем субвертикальных трещин с про­ стиранием: а) СЗ 320°—340° (29°/«); б) СВ 4(Г—60° (21°/о);

в) субширотное СВ 80°—СЗ 275° (22°/о), субмеридионалыюе СВ &—10° (5°/°). Ориентировка этих систем является, в об­ щем, типичной .для Выборгского массива, что видно из срав­ нения роз-диаграмм трещиноватости (рис. 5). Пространствен­ ная сеть трещин может быть охарактеризована как «преры­ вистая» (Рац, Чернышев, 1970).

Рис. 5. Розы-диаграммы трещиноватости а — восточной части Выборгского массива рапакиви (по данным

С. С. Шульца (1969); б — участка экспериментальной площадки (по данным автора)

Протяженность трещин от 7 до 100 м. Они, как правило, прямолинейны или слегка изгибаются в плане (см. рис. 4.) Пересекаются трещины обычно без видимого смещения; рас­ пространены случаи, когда одна трещина заканчивается у второй, не пересекая ее. Ширина трещин у поверхности 2—5 мм, с глубиной они сужаются до долей миллиметра. По­ давляющее большинство трещин залегает вертикально; те из

198

них, которые видны в стенке карьера; продолжаются до глу­ бины 5 м. Поверхности трещин обычно неровные, шерохова­ тые, так что соседние стенки в целом соприкасаются («пере­ крещиваются»); по стенкам часто развита каолинизация; встречаются бурые окислы железа и другие следы выветрива­

ния.

Замечательной особенностью строения экспериментальной площадки является горизонтальная трещина (см. рис. 4) мощ­ ностью 5—10 см с параллельной ей системой тонкой трещино­ ватости, которая прослеживается в стенке карьера и верти­ кальных выработках на глубине 5—7 м от поверхности. Трещи­ на раскрытая, по ней отмечается движение грунтовых вод. Все наблюдаемые в стенке вертикальные трещины доходят лишь до этой зоны, не пересекая ее. Ширина горизонтальной трещины, выдерженность по простиранию, а также наличие катаклаза в породах непосредственно у ее стенок, чего не от­ мечается для вертикальных трещин, позволяют предположит!) возможность небольших горизонтальных перемещений («шеве­ лений», «потрескиваний») отдельных монолитов вдоль этой зоны. Эти крайне незначительные перемещения, не будучи сахмостоятельными, представляют собой «отголоски» движении микроблока.

Поскольку на данном участке массива линейно-параллель­ ная ориентировка не выражена, уверенное отнесение трещин к той или иной системе по номенклатуре Г. Клооса не пред­ ставляется возможным; вполне вероятно, что не все из наблю­ даемых трещин являются прототектоническпми. Генетические аспекты и механизм образования трещин в настоящей статье не рассматриваются.

Таким образом, пространство, занимаемое эксперименталь­ ной площадкой, до глубины 5—7 и разбито на ряд миниатюр­ ных «блоков-моделей», имеющих объем 250-5000 м3; горная по­ рода внутри отдельных блоков по своим механическим свой­ ствам является очень однородной. Предполагается, что эти «блоки» не обладали самостоятельными тектоническими дви­ жениями, испытывая лишь слабые колебания при перемеще­ ниях микроблока.

В первом приближении «блоков-модели» могут представ­ лять собой группу реальных микроблоков в определенном мас­ штабе (в среднем 1:1000000). Под воздействием небольших искусственных динамических нагрузок эти «блоки-модели» мо­ гут участвовать в направленных движениях, которые вполне могут быть измерены; чтобы вызвать перемещения микробло­

199

к о в , е с т е с т в е н н о , п о т р е б у ю т с я в м и л л и о н р а з б о л ь ш и е н а г р у з ­ к и .

Для моделирования мезоблоков и макроблоков нужны го­ раздо более сложные системы. В условиях Выборгского мас­ сива нам не удалось выбрать естественную модель, которая в той или иной мере соответствовала бы структуре мсзоблокоз и их соотношениям между собой, не говоря уже о макроблоках. Возможно, поиски подобных моделей в других районах ока­ жутся более перспективными.

Выборгский гранитный массив в плане изучения его блоко­ вой структуры представляет собой достаточно удобный объект для исследований по ряду причин. С геологической точки зре­ ния всей описываемой территории характерны следующие осо­ бенности: 1) вся область сложена примерно одновозрастными и сходными по составу гранитами типа рапаииви; 2) массив отличается простыми условиями залегания; это обусловило од­ нообразную и выдержанную по всей площади ориентировку сети трещин разного порядка, что облегчает структурные по­ строения, количественные расчеты, моделирование; 3) прини­ мая во внимание малую глубину ледниковой эрозии и неболь­ шую мощность рыхлых отложений, а также учитывая незначи­ тельность времени, прошедшего с момента таяния ледника, рельеф очень близко отражает неотектопику; 4) многочислен­ ные разрывы отчетливо маркируются прямолинейными участ­

дальнейшем, по мере отработки методики подобных исследо­ ваний, полученные результаты .могут быть использованы для измерения и прогнозирования техногенных блоковых движе­ ний в масштабе 1:1.

Л и т е р а т у р а

движений земной поверхности. «Геол. и геофизика». 1971, № 9.

Ан д р е е в В. А. О геологическом значении гравиметрической кар­ тины Карелии, Финляндии п Ленинградской области. Материалы Всес. и.-и. геол. нн-та. В сб. «Геофизика», вып. 7, 1938.

Ан д р е е в Б. А. К вопросу о южной границе и размерах Выборг­ ского массива рапакиви. «Докл, АН СССР, т. 118», 1958, № 4.

200