Изложены основные результаты исследований сотрудников лаборатории тектонофизики Института земной коры СО РАН за тридцатилетний период. Установлены общие закономерности организации разломно-блоковых структур хрупкой литосферы. Изучены соотношения основных параметров разломов, показана их связь со структурой литосферы, современными движениями земной коры. Предложена реологическая модель вертикальной зональности разломов. Детально исследована внутренняя структура разломов, установлены общие временные этапы ее становления, показаны закономерности организации внутриразломной трещиноватости и методы ее картирования для определения тектонических условий формирования разломов. Предложены методы количественной оценки относительной активности разломов в реальном времени на основе сейсмического мониторинга. На базе их применения выделены зоны современной деструкции литосферы в пределах Центрально-Азиатского региона. Составлена карта напряженного состояния литосферы, и намечены закономерности пространственного расположения на земном шаре регионов с различными типами полей напряжений. Проведены физические эксперименты с соблюдением условий подобия для выяснения механизма формирования разломов при разных условиях нагружения, а также комплекс экспериментов для выяснения механизма формирования Байкальской рифтовой системы в целом. Приведены примеры практического применения комплекса тектонофизических методов при изучении разломной тектоники, напряженного состояния литосферы и её сейсмичности. Рассмотрены перспективы дальнейших тектонофизических исследований.

В статье представлены результаты экспериментального изучения эшелонированных разломов растяжения и сжатия с приложением нагрузки к двуосной автоматически регулируемой модели. В ходе эксперимента производились синхронные замеры температур и тепловых сигналов. Для этого были использованы, соответственно, многоканальный термометрический прибор контактного типа и система регистрации тепловых сигналов. Синхронные снимки поверхностей экспериментальных образцов были получены при помощи цифровой видеокамеры на основе устройства с зарядовой связью. Был применен цифровой метод спекл-корреляции (DSCM) для анализа снимков и определения смещений и деформационных полей. Была установлена очевидная реакция тепловых полей на состояния напряжения противоположных типов в зонах сочленения эшелонированных разломов обоих типов. Перед полным разрушением зоны сочленения самые высокие значения температуры зарегистрированы на эшелонированных разломах сжатия, самые низкие – на эшелонированных разломах растяжения. С помощью метода DSCM самые высокие значения среднего напряжения в зоне сочленения дислокаций зарегистрированы на эшелонированных разломах сжатия, самые низкие – на эшелонированных разломах растяжения. В процессе деформирования эшелонированных разломов выявлены две стадии, развивающиеся от накопления напряжений и прорастания разлома в зону сочленения дислокаций до неустойчивого скольжения по разлому. Соответственно трансформируется механизм нагревания – с нагревания напряжением до нагревания трением. В самой зоне сочленения дислокаций и поблизости от неё в процессе трансформирования механизма повышения температуры наблюдались три фазы. Анализ полученных нами экспериментальных данных показал, что вариации температуры в зоне сочленения дислокации могут указывать на смещения по разлому и позволяют предположить направление смещения. Наблюдение за изменениями температуры и их изучение в процессе трансформирования механизма повышения температуры на чувствительных отрезках разломов имеют большое значение в плане раннего выявления предвестников неустойчивого смещения по активным разломам.

Указана важность исследований землетрясений на Сахалине и Курилах, а также вызванных ими сейсмодислокаций и тектонических подвижек. Показано, что они могут быть выполнены на основе изучения механизмов очагов землетрясений. Поскольку большое значение при решении фундаментальных вопросов геотектоники и геодинамики имеют данные об очагах землетрясений и о глубинном строении земной коры, особый интерес представляет их совместное рассмотрение и сопоставление в зоне перехода от Евроазиатского континента к Тихому океану.

По профилю «Шантары – Матуа» рассмотрено строение земной коры и распределение землетрясений, он проложен от западного борта Татарского пролива (побережья Приморья), через Южный Сахалин и Охотское море до о. Матуа. На основе каталога NEIC в полосе шириной 200 км в обе стороны от профиля «Шантары – Матуа» был построен глубинный разрез гипоцентров землетрясений. Это позволило совместно рассмотреть особенности глубинной структуры земной коры и положения очагов землетрясений в земной коре и верхней мантии по единому профилю (рис. 1, а, б).

Данные о катастрофических землетрясениях с магнитудой 8.3 и 8.1, произошедших 15.11.2006 г. и 13.01.2007 г. в районе острова Симушир, сопоставлены с результатами наземно-морских глубинных сейсмических исследований методами ГСЗ, КМПВ, МОВЗ и МОВ в районе Средних Курил. На основе этого совместно рассмотрено строение земной коры и очаговые зоны этих землетрясений (рис. 2–8). Установлена цикличность в смене характера напряженного состояния литосферы и соответствующих ему сейсмодислокациях в очаговой зоне катастрофического землетрясения (Шикотанского 4.10.1994 года с магнитудой 8.1) на глубинах 0–150 км (табл. 1, рис. 9).

Для оценки напряженного состояния земной коры в районе Шикотанского землетрясения нами был применен метод катакластического анализа (МКА) разрывных нарушений, лежащий в основе нового направления экспериментального изучения тектонического напряженно-деформированного состояния и свойств массивов горных пород в их естественном залегании. Реконструкция напряженного состояния выполнялась на основе данных СМТ (тензоров моментов центроидов) – решений для землетрясений, взятых из каталогов NEIC (рис. 10– 15). Выполненная реконструкция параметров современного напряженного состояния земной коры и верхней мантии Южных Курил позволила установить, что для этого района, с одной стороны, характерно наличие обширных областей устойчивого поведения параметров тензора напряжений, а с другой – присутствие локальных участков аномально быстрого изменения этих параметров.

За полувековую историю сейсмогеологических исследований в Прибайкалье и сопредельных территориях в зонах активных разломов выявлены более 70 дислокаций сейсмического или предположительно сейсмического происхождения. С начала палеосейсмических исследований определению возраста палеоземлетрясений уделялось особое внимание как одному из признаков долгосрочного прогноза сильных землетрясений. В.П. Солоненко [Солоненко, 1977] выделял пять методов датирования палеосейсмогенных деформаций: геологический, инженерно-геологический, историко-археологический, дендрохронологический и радиоуглеродный. Однако возраст большинства сейсмодеформаций, изучаемых на начальном этапе развития сейсмогеологии в Сибири, был получен с использованием методов относительного или корреляционного датирования.

С конца 80-х годов XX столетия в Прибайкалье для изучения сейсмогенных деформаций стал широко применяться тренчинг – метод изучения сейсмодеформаций в разрезах канав. Массовый отбор проб на радиоуглеродный анализ и получение абсолютных возрастов палеоземлетрясений позволили не только получить данные о сейсмическом режиме территории, современных скоростях перемещений по активным разломам, но и повысить значимость методов относительного датирования, и прежде всего морфометрического. Сами возможности морфометрического метода значительно возросли с внедрением лазерных технологий съёмки местности с последующей цифровой обработкой трёхмерных моделей рельефа.

Комплексные сейсмогеологические исследования, проводимые в Прибайкалье, позволили установить 43 палеособытия в пределах 16 сейсмогенных структур, в том числе для 18 палеособытий установлен абсолютный возраст по результатам радиоуглеродного датирования. В результате определения возраста было установлено, что ряд дислокаций был связан с историческими землетрясениями XVIII и XIX веков, достоверных сведений об эпицентрах которых не существует. Благодаря методам абсолютного и относительного датирования некоторые палеосейсмогенные структуры были дефрагментированы на отрезки с различным временем активации, что позволило уточнить эпицентры и магнитуды палеоземлетрясений. Отмечены случаи единовременного вскрытия дислокаций сейсмогенных структур, расположенных рядом, но считавшихся самостоятельными.

В статье предложен новый подход к выбору уравнений регрессий определения палеомагнитуд в зависимости не только от конкретных геодинамических обстановок, но и от степени изученности сейсмодислокаций и достоверности имеющихся данных об их параметрах.

Подведены итоги многолетних исследований позднемеловых–кайнозойских отложений, палеопочв и кор выветривания Байкальского рифта. Они расчленены на позднемеловой–раннеолигоценовый (крипторифтовый – Археобайкальский), позднеолигоценовый–раннеплиоценовый (экторифтовый раннеорогенный – Прабайкальский) и позднеплиоценовый–четвертичный (экторифтовый позднеорогенный Палеобайкальский – Байкальский) литостратиграфические комплексы, связанные с отдельными этапами геологического развития рифта. Прослежены изменения характера выветривания (мел–квартер), почвообразования (миоцен–квартер) и различия осадков по стратиграфической вертикали и латерали, определяемые особенностями климата, тектоники и фациальных условий осадконакопления. Выявлены тектонические фазы в кайнозое Прибайкалья – Тункинская (27–25 млн), Северобайкальская (10 млн), Ольхонская (4–3 млн), Приморская (1.2–0.8 млн), Тыйская (0.15–0.12 млн лет).

Проведен анализ геохимических характеристик вулканических пород и петрологических данных по глубинным включениям, которые могут быть использованы для оценки обмена веществом между различными геосферами Земли. Несмотря на то, что обычно рассматривается возможность субдуцирования слэбов вплоть до границы ядро–мантия и последующего возвращения материала в область подлитосферной магмогенерации в форме мантийных плюмов, петрологические доказательства самого глубокого поступления вещества на поверхность ограничиваются верхними горизонтами нижней мантии (~650–700 км), т.е. глубиной самых глубоких землетрясений. Включения ферропериклаза в некоторых алмазах не опровергают вовлечение и более глубоких горизонтов мантии, однако не дают этому однозначного подтверждения. Геохимические данные также не дают однозначного подтверждения вовлечения вещества нижней мантии в процессы магмогенерации под вулканически активными районами. В то же время они свидетельствуют о полной вещественной изоляции ядра от верхнемантийных процессов.

Сегодня в геологии выработаны представления об эволюции взаимосвязанных геодинамических и биотических событий в истории Земли. Результаты седиментационных, биостратиграфических и геодинамических исследований южного фрагмента Сибирского кратона (ЮСК) позволяют с той или иной степенью достоверности оценить состояние и эволюцию древних ландшафтов и биот с нижнего протерозоя до кайнозоя.

В нижнем протерозое Урикско-Ийского грабена существовал геодинамический режим, по своим характеристикам сходный с островодужными системами западно-тихоокенского типа, приведший к формированию орогена и становлению посторогенных гранитоидов с возрастом 1.86 млрд лет. В начале раннего рифея в континентальных бассейнах шло накопление осадочно-вулканогенных толщ. Терригенно-вулканогенные отложения акитканской серии Западного Прибайкалья и прорывающие их гранитоиды ирельского комплекса с возрастом 1.86 млрд лет формировались на краю кратона также в результате процессов коллизионного орогена. Далее, видимо до начала рифея, происходила пенепленизация территории с последующим заложением мелководного окраинного моря, где формировались высокозрелые осадки пурпольской свиты. Другие обстановки реконструируются в Кодаро-Удоканской зоне. Отложения удоканской серии мощностью 11–14 км показывают сложную эволюцию осадконакопления морского окраинного бассейна. Десятки радиохронологических датировок гранитоидов чуй- ско-кодарского комплекса, прорывающих удоканскую серию, укладываются в интервал 1.7–2.0 млрд лет. По составу отложений и текстурам предполагается существование островодужных условий во время формирования средней, чинейской, подсерии и гляциальные события в позднеудоканское время.

Дальнейшая геологическая история ЮСК может быть описана только с позднерифейских образований. Эволюция ЮСК в неопротерозое начинается с дивергентных событий, которые наиболее вероятно проявились в интервале 1000–850 млн лет на востоке и в интервале 780–730 млн лет на западе территории. Последний период логично увязывается с процессами распада суперконтинента Родиния. Период в 780–680 млн лет в восточной части региона определяется началом конвергентных событий, заложением и эволюцией островной дуги и задугового бассейна. Предполагается, что формирование базальных слоёв байкальской и оселковой серий и их аналогов происходило 730 млн лет назад, а свидетельства присутствующих в них гляциальных событий коррелируются с глобальным стертовским оледенением. Период в 680–630 млн лет характеризуется образованием окраинного бассейна форландового типа, который в раннем венде – 630 млн лет – сменился системой предгорных прогибов орогенного этапа. Вторая половина венда в разных зонах ЮСК определяется схожим типом мелководных карбонатно-терригенных отложений. Компенсационное осадконакопление происходило в остаточных впадинах бассейна. Быстрое его заполнение и нивелирование рельефа привели к режиму пассивного осадконакопления в относительно мелководном, но обширном бассейне. В раннем кембрии карбонатонакопление распространилось по всей площади Сибирской платформы и прилегающей территории ЮСК.

Отложения палеозоя, сохранившиеся преимущественно в центральных и северных районах Сибирской платформы, отражают сложную эволюцию внутренних и эпиконтинентальных морей и более мелких бассейнов Сибирского континента – Ангариды. В ордовике наблюдается господство карбонатных пород с морской фауной. Силур характерен разнообразной гаммой осадков разных морских обстановок, от дистального шельфа до мелководья и засоленных заливов. В конце силура и начале девона территория Ангариды представляла собой сушу. На фоне субконтинентальной седиментации был проявлен локальный вулканизм с трещинным излиянием лав основного состава. Позднепалеозойский этап геологического развития ознаменовался крупной перестройкой плана тектонических структур, которая, по всей видимости, связана с внутриплитным растяжением и утонением континентальной коры. В среднем–позднем карбоне в результате длительного и равномерного прогибания сформировался единый Тунгусский седиментационный бассейн. В раннепермскую эпоху положительные тектонические движения привели к значительному осушению палеобассейнов и превращению их в область размыва. Общее поднятие Сибирской платформы обусловило изменения климата в сторону аридизации и похолодания. В мезозое ландшафты представляли собой сочетание пологих поднятий, широких речных долин с болотистыми равнинами и озерами, где накапливались угленосные отложения. Характерен базитовый вулканизм, известный в виде как щитовых эффузивов, так и субвулканических пород. В юрском периоде происходит становление основных элементов современного рельефа Сибирской платформы. Это время крупной структурной перестройки, связанной с проявлениями на территории Восточной Азии значительных диастрофических циклов, в том числе и заложением Байкальского рифта и его ветвей.

Анализируя данные за два миллиарда лет, можно отчетливо представить, что в истории Земли существовали эпохи диастрофических процессов огромной разрушительной силы. Несогласие между толщами, разделен- ными миллионами и тем более сотнями миллионов лет (как в докембрии), может вызвать вполне реальные картины, потрясающие воображение. Это сюжеты происходивших в далеком прошлом наводнений, горовоздыманий, извержений вулканов и землетрясений, по сравнению с которыми наблюдаемые в современности проявления геологической и климатической активности представляются достаточно обыденными.