Об использовании факторного анализа для исследования геодинамических процессов формирования Большого Кавказа

В статье рассматривается порядок корректного использования факторного анализа в целях выявления реально действующих процессов, формирующих складчатую структуру и основные слои континентальной коры подвижных поясов. Особенностью подхода к проблеме геодинамики является решение обратной (а не прямой, как обычно) задачи выделения тех процессов, которые привели к формированию природной структуры, имеющей ряд количественных признаков, обладающих определенным разбросом численных значений. Цель работы – уточнение числа основных процессов (факторов), описание их характера и выявление их сравнительной «силы». Рассматривается значение полученных результатов для разработки реалистичных геодинамических моделей. Исходным материалом работы послужили детальные структурные профили через складчатую структуру Большого Кавказа. По этим данным с помощью специального метода была построена сбалансированная модель осадочного чехла в объеме «структурных ячеек», размер которых составляет 5–7 км вдоль профиля. Было исследовано 78 таких «ячеек», которые характеризовались шестью параметрами: глубиной кровли фундамента на трех стадиях развития (доскладчатой, постскладчатой, посторогенной), величиной сокращения, амплитудой неотектонического поднятия и разницей глубин фундамента на первой и последней стадиях. Параметры имеют прямое отношение к истории формирования блоков континентальной коры региона и составляют исходный массив данных для факторного анализа. Первой операцией факторного анализа является определение числа факторов по критерию Кайзера; оно равнялось двум. Это число задавалось при основном исследовании несколькими методами (главных компонент с вращением). Был выявлен фактор 1, «изостазия», с весом 46 % и высокими нагрузками признаков глубины кровли фундамента на стадиях 1 и 3. Фактор 2, «сокращение», имел вес 40 % и высокие нагрузки признаков величины укорочения и амплитуды неотектонического поднятия. Первый фактор связывается с процессом «изостазии», который выражается в том, что после складчатости и горообразования кровля фундамента «ячеек» в целом стремится вернуться к своей глубине на доскладчатой стадии. Второй фактор связан с сокращением структуры. При анализе альпийского развития структур на примере Чиаурской зоны с использованием изостатически сбалансированной модели было показано, что ее формирование обусловлено последовательным увеличением плотности пород кристаллической коры до «мантийных» значений. Такие преобразования пока недостаточно учитываются в геодинамических моделях. При обсуждении результатов обращается внимание на то, что установленный процесс «изостазии» является природным, а не умозрительным модельным, а также на то, что корректная геодинамическая модель должна включать в себя результаты действия обоих  обнаруженных процессов. Полученные результаты могут быть использованы при создании более совершенных геодинамических моделей формирования складчато-надвиговых подвижных поясов.

1. Артюшков Е.В. Физическая тектоника. М.: Наука, 1993. 456 с.

2. Artyushkov E.V., 2007. Formation of the superdeep South Caspian basin: subsidence driven by phase change in continental crust. Russian Geology and Geophysics 48 (12), 1002–1014. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.11.007.

3. Artyushkov E.V., Chekhovich P.A., 2014. Neotectonic uplift of Early Precambrian cratons caused by metamorphism with rock expansion in the earth crust. Doklady Earth Sciences 458 (2), 1215–1219. https://doi.org/10.1134/S1028334X14100158.

4. Артюшков Е.В., Чехович П.А. Глубокие осадочные бассейны в акватории российской Арктики: механизмы образования, перспективы нефтегазоносности, обоснование принадлежности к континентальному шельфу // Арктика: экология и экономика. 2015. №. 2. С. 26–34.

5. Avouac J.P., Tapponnier P., 1993. Kinematic model of active deformation in Central Asia. Geophysical Research Letters 20 (10), 895–898. https://doi.org/10.1029/93GL00128.

6. Белоусов В.В. Основы геотектоники. 2-е изд. М.: Недра, 1989. 382 с.

7. Борняков С.А., Шерман С.И. Многоуровневая самоорганизация деструктивного процесса в сдвиговой зоне (по результатам физического моделирования) // Физическая мезомеханика. 2000. Т. 3. №. 4. 107–115.

8. Cloetingh S., Burov E., Francois T., 2013. Thermo-mechanical controls on intra-plate deformation and the role of plume-folding interactions in continental topography. Gondwana Research 24 (3–4), 815–837. https://doi.org/10.1016/j.gr.2012.11.012.

9. Глико А.О., Ефимов А.Б. О движении фазовой границы при возмущении глубинного теплового потока // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1978. № 7. С. 11–21.

10. Горбатов Е.С. Яковлев Ф.Л. Изучение геодинамического развития сооружения Большого Кавказа методами многомерной статистики // Научная конференция молодых ученых и аспирантов ИФЗ РАН: Тезисы докладов и программа конференции (25–26 апреля 2016 г., г. Москва). М.: ИФЗ РАН, 2016. С. 27.

11. Jolivet L., Augier R., Robin C., Suc J.P., Rouchy J.M., 2006. Lithospheric-scale geodynamic context of the Messinian salinity crisis. Sedimentary Geology 188–189, 9–33. https://doi.org/10.1016/j.sedgeo.2006.02.004.

12. Kaiser H.F., 1960. The application of electronic computers to factor analysis. Educational and Psychological Measurement 20 (1), 141–151. https://doi.org/10.1177/001316446002000116.

13. Ким Дж.-О., Мьюллер Ч.У., Клекка У.Р., Олдендерфер М.С., Блэшфилд Р.К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.

14. Kingston D.R., Dishroon C.P., Williams P.A., 1983. Global basin classification system. American Association of Petroleum Geologists Bulletin 67 (12), 2175–2193.

15. Mareschal J.-C., Gliko A.O., 1991. Lithosphere thinning, uplift and heat flow preceding rifting. Tectonophysics 197 (2–4), 117–126. https://doi.org/10.1016/0040-1951(91)90036-R.

16. Matenco L., Radivojević D., 2012. On the formation and evolution of the Pannonian Basin: Constraints derived from the structure of the junction area between the Carpathians and Dinarides. Tectonics 31 (6), TC6007. https://doi.org/10.1029/2012TC003206.

17. Mosar J., Kangarli T., Bochud M., Brunet M-F., Glasmacher U.A., Rast A., Sosson M., 2010. Cenozoic-Recent tectonics and uplift in the Greater Caucasus: a perspective from Azerbaijan. In: M. Sosson, N. Kaymakci, R.A. Stephenson, F. Bergerat, V. Starostenko (Eds.), Sedimentary Basin Tectonics from the Black Sea and Caucasus to the Arabian platform. Geological Society, London, Special Publications, vol. 340, p. 261–280. https://doi.org/10.1144/SP340.12.

18. Pavlenkova G.A., 2012. Crustal structure of the Caucasus from the Stepnoe-Bakuriani and Volgograd-Nakhichevan DSS profiles (reinterpretation of the primary data). Izvestiya, Physics of the Solid Earth 48 (5), 375–384. https://doi.org/10.1134/S1069351312040040.

19. Seminsky K.Zh., Burzunova Yu.P., 2007. Interpretation of chaotic jointing near fault planes: a new approach. Russian Geology and Geophysics 48 (3), 257–266. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.02.009.

20. Шерман С.И. Нестационарная тектонофизическая модель разломов и ее применение для анализа сейсмического процесса в деструктивных зонах литосферы // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 1. С. 71–80.

21. Шерман С.И. Деструкция литосферы: разломно-блоковая делимость и ее тектонофизические закономерности // Геодинамика и тектонофизика. 2012. Т.3. № 4. С. 315–344. https://doi.org/10.5800/GT-2012-3-4-0077.

22. Sherman S.I., Gladkov A.S., 1999. Fractals in studies of faulting and seismicity in the Baikal rift zone. Tectonophysics 308 (1–2), 133–142. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(99)00083-9.

23. Соловьев А.В. Изучение тектонических процессов в областях конвергенции литосферных плит: методы трекового датирования и структурного анализа. М.: Наука, 2008. 319 с.

24. Сомин М.Л., Белов А.А. К истории тектонического развития зоны южного склона Большого Кавказа // Геотектоника. 1967. № 1. С. 41–50.

25. Трифонов В.Г. Проблемы горообразования (Альпийско-Гималайский пояс) // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Материалы Третьей тектонофизической конференции. М.: ИФЗ РАН, 2012. Т. 1. С. 99–109.

26. Trifonov V.G., Dodonov A.E., Bachmanov D.M., Vishnyakov F.A., Artyushkov E.V., Mikolaichuk A.V., 2008. Pliocene-Quaternary orogeny in the Central Tien Shan. Russian Geology and Geophysics 49 (2), 98–112. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.06.012.

27. Trifonov V.G., Sokolov S.Y., 2014. Late Cenozoic tectonic uplift producing mountain building in comparison with mantle structure in the Alpine-Himalayan belt. International Journal of Geosciences 5 (5), 497–518. https://doi.org/10.4236/ijg.2014.55047.

28. Тучкова М.И. Литология нижне-среднеюрских отложений Большого Кавказа (осадконакопление, минеральный состав, вторичные преобразования) – палеогеографические и геодинамические следствия // Большой Кавказ в альпийскую эпоху / Ред. Ю.Г. Леонов. М.: ГЕОС, 2007. С. 141–214.

29. Вадковский В.Н., Родкин М.В. Термодинамика смещений границы М // Строение и динамика зон перехода от континента к океану / Ред. Б.С. Вольвовский. Геодинамические исследования, вып. 9. М.: Междуведомственный геофизический комитет при Президиуме АН СССР, 1986. С. 91–96.

30. Яковлев Ф.Л. Исследование постскладчатого горообразования – первые результаты и подходы к диагностике механизмов на примере Северо-Западного Кавказа // Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики: Материалы XLI Тектонического совещания. М.: ГЕОС, 2008. Т. 2. С. 510–515.

31. Yakovlev F.L., 2008b. Multirank strain analysis of linear folded structures. Doklady Earth Sciences 422 (7), 1056–1061. https://doi.org/10.1134/S1028334X08070118.

32. Яковлев Ф.Л. Владимир Владимирович Белоусов и проблема происхождения складчатости // Геофизические исследования. 2008. Т. 9. № 1. С. 56–75.

33. Yakovlev F.L., 2009. Reconstruction of linear fold structures with the use of volume balancing. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 45 (11), 1025–1036. https://doi.org/10.1134/S1069351309110111.

34. Яковлев Ф.Л. Опыт построения сбалансированной структуры восточной части альпийского Большого Кавказа по данным количественных исследований линейной складчатости // Вестник КРАУНЦ, серия Науки о Земле. 2012. № 1. С. 191–214.

35. Яковлев Ф.Л. Многоранговый деформационный анализ линейной складчатости на примере альпийского Большого Кавказа: Дис. … докт. геол.-мин. наук. М.: ИФЗ РАН, 2015. 472 с.

36. Яковлев Ф.Л. Реконструкция складчато-разрывных структур в зонах линейной складчатости по структурным разрезам. М.: ИФЗ РАН, 2017. 60 с.

37. Яковлев Ф.Л., Горбатов Е.С., Выявление основных процессов формирования альпийского Большого Кавказа по параметрам сбалансированной модели его структуры (факторный анализ) // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Материалы Четвертой тектонофизической конференции. М.: ИФЗ РАН, 2016. Т. 1. С. 304–313.

38. Яковлев Ф.Л., Горбатов Е.С. Первый опыт диагностики геодинамических механизмов формирования складчатой структуры с помощью факторного анализа ее параметров (Большой Кавказ) // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 999–1019. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0329.

39. Yakovlev F.L., Gorbatov Y.S., 2017b. About a role of process of an isostasy in formation of a sedimentary cover of Greater Caucasus, its folded structure and a mountainous uplift (the factor analysis). In: Dynamics of sedimentary basins and underlying lithosphere at plate boundaries and related analogues. Abstracts of ILP Sedimentary Basins 2017 Cyprus. Limassol, Cyprus, p. 25–26.

40. Яковлев Ф.Л., Сорокин А.А., Сопоставление геодинамических моделей развития альпийского Большого Кавказа по параметру «объем размытых пород» // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Материалы Четвертой тектонофизической конференции. М.: ИФЗ РАН, 2016. Т. 1. С. 314–322.

41. Yakovlev F.L., Yunga S.L., 2001. Crustal shortening during mountain building: A case study in the Pamir-Tien Shan and Altay-Mongolia region. Russian Journal of Earth Sciences 3 (5), 317–332.