Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Форланд

в

б_

—2

•О

Рис. 3.87. Имбрикационные веера и имбрикационные дуплексы [Кеагеу, 1995].

а — имбрикационный веер со слепыми надвигами, б — имбрикационный дуплекс с наклоном надвиговых чешуи («лошадей») в сторону хинтерланда (орогена), в — антиформное нагромождение дуплексов с наклоном надвиговых чешуй («лошадей») и в сторону орогена (хинтерланда), и в сторону форланда, г — дуплекс с наклоном надви­ говых чешуй («лошадей») в сторону форланда.

1 — разломы, 2 — слоистость, 3 — окончание надвига.

Постдеформационное несогласие

Рис. 3.88. Принципиальная схема строения вдвиговой зоны [Собор­ ное, 1997].

два уровня надвигов: нижний (подошвенный надвиг) и верхний (кро­ вельный надвиг). В реальных структурах разные типы имбрикации различаются не очень четко, особенно при наличии эрозии, поэтому терминология у разных исследователей может различаться. Над имбрикационными веерами или дуплексами в вышележащем чехле обычно образуется антиклинальная складка типа рор-ир — или вытал­ кивания вверх (в этом случае роль «штампа» играет нагромождение надвиговых тел).

426

Структуры типа вдвигов также широко распространены в краевых прогибах (рис. 3.88). Понятие вдвиг было введено К. О. Соборновым [1997] [Хайн, Ломизе, 1995] и означает клиновидный вдвиг пород (или пара: надвиг в верхней части и поддвиг в нижней части, разделенные клиновидным телом). Примерным синонимом этого понятия является англоязычный термин crocodile-tectonics (крокодиловая тектоника), показывающий, как крокодил пастью захватывает какое-либо тело. При этом не важно, какой блок (тело) является активным. Масштабы вдвигов могут быть различными: от сантиметров до километров. Суть вдвигов состоит в том, что на глубине образуется надвиг, который вы­ ше к поверхности срезается надвигом, направленным в обратную сто­ рону; вместе два надвига, направленные в разные стороны, образуют клиновидное тело, которое может на многие километры вклиниваться в осадочную толщу вдоль поверхности напластования. Вдвиги хорошо установлены для Терско-Каспийского, Предуральского и других крае­ вых прогибов. В приповерхностной части над вдвигами часто образу­ ются складки. Вдвиги могут быть «слепыми», с надвигами, не выхо­ дящими на поверхность. Вдвиги также могут формироваться на не­ скольких уровнях в осадочной толще при ее сжатии.

Для многих краевых прогибов характерно наличие изолированных антиклиналей (или небольших структур антиклинального типа). На­ пример, Терская и Сунженская антиклинали Терско-Каспийского про­ гиба (рис. 3.89), гряды Чернова и Чернышова на Полярном Урале, де­ формации Юрских гор Предальпийского прогиба и др. Интерпретация такого типа структур всегда дискуссионная, так как под ними геофи­ зическими методами и бурением не устанавливается корней. Вероят­ но, каждая из таких структур имеет особенности своего происхожде­ ния, но для всех них предполагается связь с надвигами типа срывов на глубине (начинающимися от складчатого сооружения) или со структу­ рами типа вдвигов (рис. 3.90).

Сдвиги широко известны для краевых прогибов. Их геометрия бы­ вает разной, но так как краевые прогибы формируются в обстановке сжатия, то сдвигообразование в сочетании со сжатием часто дает начало образованию так называемых положительных цветковых структур

(positive flower structure), когда толща пород из зоны сдвига выдавлива­ ется вверх, образуя антиклиналеподобную структуру (рис. 3.91).

Солянокупольные структуры также типичны для многих краевых прогибов (например, Предуральского). Они сильно усложняют струк­ туру прогибов, а наличие соляных сильнопластичных толщ значитель­ но упрощает возможность формирования срывов и связанной с ними ибрикации толщ краевых прогибов.

427

4 2 8

Grand

Cr6t d'eau

Рис. 3.90. Характер деформаций в зоне Юрских гор в области Пре­ дальпийского (молассового) краевого прогиба. Альпийские складчатонадвиговые деформации сфокусировались над зоной позднепалеозойско­ го рифтового бассейна; при этом доминирует роль надвигов типа срывов и вдвигов. По [Philippe, 1994] из [Ziegler, Roure, 1996].

1 — мезозой (юра в аллохтоне), 2 — пермь и (или) карбон, 3 — фундамент.

В кружках: 1 — ранние деформации (основной надвиг юрского аллохтона, 2 — бо­ лее поздняя инверсия фундамента, 3 — сопряженные деформации в юрском чехле.

Рис. 3.91. Характер структурообразования в зонах сдвигов с растяже­ нием (отрицательная цветковая структура) и зон сдвигов со сжатием (по­ ложительная цветковая структура) [Кеагеу, 1995].

429

Рис. 3.93. Идеализированная схема эволюции складчато-надвигового пояса краевого прогиба и формирования месторождений нефти [Roure, Colletta 1996].

гибэк бассейн. Пример такого бассейна показан на рис. 3.92, где виден недеформированный чехол над надвигами [Zoetemeijer, 1993].

3.2.5.МАГМАТИЗМ В КРАЕВЫХ ПРОГИБАХ

Вцелом магматизм для краевых прогибов не характерен, так как они формируются в обстановке сжатия. Но, например, в Предкавказье

вобласти Минераловодского выступа известна зона неогеновых кис­ лых интрузий [Милановский, 1968]. Такого рода кислые интрузии формируются за счет частичного плавления низов коры при ее утол­ щении. Значит, если образование краевого прогиба сопровождается утолщением коры и соответственно разогревом ее низов, то магматизм возможен. Магматизм наиболее вероятен вдоль зон, ортогональных самим прогибам, к которым приурочено относительное растяжение. Сразу севернее Предальпийского краевого прогиба в неогене имел ме­ сто базальтовый мантийный вулканизм примерно вдоль перифериче­ ского поднятия [Милановский, Короновский, 1973; Ziegler, 1990]; в общем виде его объясняют наличием горячего пятна в мантии. Но можно предположить, что в области периферического поднятия вся

431

литосфера испытывает антиклинальный изгиб, это приводит к деком­ прессии в подлитосферной астеносфере и повышению в ней степени плавления вещества и соответственно к магматизму [Nikishin et al., 1997]. Таким образом, магматизм в редких случаях имеет место в краевых прогибах.

3.2.6. ГЕОДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ КРАЕВЫХ ПРОГИБОВ

Краевые прогибы являются структурами изгиба коры и литосферы и формируются в обстановке сжатия. Из этих фактов следуют основ­ ные ограничения на механизмы формирования такого рода бассейнов. Изгиб литосферы может быть вызван пятью обсуждаемыми в литера­ туре причинами (рис. 3.94): (1) вертикальная нагрузка избыточного за счет нагромождения вещества веса литосферы [Beaumont, 1981; Ререг, Cloetingh, 1995; Ершов, 1997]; (2) вдавливание литосферы за счет ее сжатия [Nikishin et al., 1997]; (3) погружение литосферы в связи с ее утяжелением (фазовые переходы, внедрение тяжелых интрузий и т. д.) [Артюшков, 1993]; (4) погружение литосферы под воздействием нис­ ходящих мантийных течений; (5) погружение краевого прогиба в связи с внутрикоровой конвекцией [Гончаров, 1979].

При орогенезе происходит значительное утолщение коры и лито­ сферы в процессе сокращения площади (коллизии континентальных блоков и сжатия). В итоге вес литосферы в полосе бывшего подвиж­ ного орогенического пояса («геосинклинали») значительно увеличива­ ется. Помимо этого надвиги перемещаются на края форландов и также утяжеляют литосферу. Избыточный вес орогена нарушает изостатическое равновесие и приводит к погружению прилегающих к орогену территорий форландов в ходе изгиба литосферы; это и может быть ос­ новной причиной формирования краевых (форландовых) прогибов. Изгиб литосферы вниз типа синклинали в форландовой области вызы­ вает сопряженный антиклиналевидный изгиб литосферы примерно в 200-300 км в стороне от орогена, вызывая воздымание перифериче­ ского поднятия.

Модель погружения литосферы под тяжестью орогена анализирова­ лась в численном виде многими исследователями (например, Beaumont, 1981; Ершов, 1997]. Расчеты показывают, что тяжесть литосферы ороге­ на может вызвать погружение краевого прогиба на несколько километ­ ров. Эта модель в целом удовлетворительно описывает природу краевых прогибов, но при ее анализе принимается современное состояние ре­ гионов: т. е. горы и литосферные корни уже существуют. Однако есть ряд наблюдений, объяснение которых затруднительно с позиции модели

432

нагрузки орогена. Например, Северо-Кавказские (Индоло-Кубанский и Терско-Каспийский) краевые прогибы начали быстро погружаться в олигоцене в майкопское время [Милановский, 1968], но в то время Кав­ каз как горное сооружение еще либо не существовал, либо был низким и его избыточный вес был невелик и вряд ли мог обеспечить значительное изостатическое погружение краевых прогибов. Ряд других краевых про­ гибов также начал свое погружение в то время, когда сопряженный ороген еще не был заметным горным сооружением. То есть модель погру­ жения краевого прогиба за счет избыточного веса орогена (всей его ли­ тосферы) удовлетворительно описывает современную геодинамику про­ гибов, но имеются трудности в объяснении ранней геодинамической ис­ тории прогибов, когда орогены еще не были горами. Есть также приме­ ры, когда перед фронтом горного орогена краевой прогиб не формиру­ ется: например, перед фронтом Кавказа на орогенной стадии современ­ ное Ставропольское поднятие сначала испытало погружение, а затем воздымание и стало высоким плато, не погрузившись под тяжестью орогена [Милановский, 1968].

Модель синкомпрессионного вдавливания краевого прогиба осно­ вана на данных, что прогибание происходит в обстановке сжатия. Суть гипотезы состоит в том, что из-за сжатия литосфера краевого прогиба испытывала синклиналеподобное вдавливание вниз, при этом перифе­ рическое поднятие является сопряженной антиклинальной складкой. Модель качественно удовлетворительно описывает погружение крае­ вого прогиба во времени с самого начала коллизионной орогении. Ос­ новные трудности состоят в том, что нужны очень большие силы сжа­ тия для синкомпрессионного вдавливания литосферы на несколько километров.

Модели погружения за счет утяжеления литосферы предполагают, что литосфера в силу каких-либо причин может резко утяжелиться. Е. В. Артюшков [1993] считает, что низы коры под воздействием флюидов могут быстро эклогитизироваться и утяжеляться. Это приво­ дит к гравитационному погружению краевого прогиба. Не исключает­ ся возможность фазовых переходов и в подкоровой мантии (например, переход бывших базальтовых «подушек» астеносферных линз в эклогиты [Лобковский и др. 1993]). Наконец, можно допустить, что кора краевого прогиба интрудируется телами базитов-ультрабазитов. Гипо­ тезы погружения краевого прогиба за счет утяжеления литосферы ос­ нованы на том, что для ряда краевых прогибов и стадий их истории допускаются фазы их быстрого погружения без какой-либо связи с тектоническими событиями. Данные модели имеют следующие труд­ ности: они как бы не связывают историю краевого прогиба с тем фак­

434

том, что рядом с ними растет горный ороген; геофизические данные не могут сейчас достоверно указать на наличие или отсутствие под краевыми прогибами в низах коры высокоплотных включений. Дан­ ные модели трудно проверить, так как у нас явно нехватает данных о том, что происходит в низах коры в районе орогенов.

Модели, связанные с мантийной (или верхнемантийной) конвек­ цией, основаны на простых предположениях: ороген воздымается, значит, под ним восходящий мантийный поток, краевые прогибы по­ гружаются — следовательно, под ними нисходящие ветви того же са­ мого мантийного течения. Расстояния от оси орогена до оси краевого прогиба составляют порядка 100-250 км. Значит, и характерная шири­ на конвективной ячейки имеет сопоставимые размеры, т. е. конвекция происходит в верхней мантии. В тех местах на Земле, где по данным имеется восходящая мантийная конвекция (области горячих пятен (то­ чек), такие как Гавайи, рифтовые зоны Африки Эфиопская и Кений­ ская, поднятия Африки типа Хоггар и Тибести и так далее) не наблю­ дается современных краевых прогибов вокруг областей поднятия. То есть скорее всего силы конвекционных течений не хватает для погру­ жения литосферы краевого прогиба на несколько километров. Реаль­ ный характер мантийных течений непосредственно под орогенными областями (например, под Кавказом) авторам не известен. Есть пред­ положения, что под горами имеется нисходящий мантийный поток, ко­ торый и скучивает горное сооружение, а под краевыми прогибами — восходящий и расходящийся в стороны поток. Этим гипотезам проти­ воречит тот факт, что реально наблюдаются структуры сжатия в крае­ вых прогибах, они в любом варианте гипотез должны формироваться в обстановках сжатия.

Гипотезы о связи образования краевых прогибов с внутрикоровой конвекцией берут свое начало от представлений В. В. Белоусова [1989] о внутрикоровой адвекции. Их суть состоит в том, что разогретое нижнекоровое вещество собственно орогена всплывает конвективно (или диапирообразно) вверх, а его место занимает нижнекоровое ве­ щество форландов. Отток корового вещества современных краевых прогибов под ороген вызывает погружение краевых прогибов. Данной гипотезе противоречат два факта: толщина коры краевых прогибов обычно нормальная без признаков относительного уменьшения; срав­ нительно низкий тепловой поток в полосах краевых прогибов в рам­ ках современных моделей реологии литосферы не может обеспечить высокие температуры в низах коры, необходимые для начала конвек­ ции. Однако какие-то формы перетекания нижнекорового вещества между краевым прогибом и орогеном можно допускать.

435