Данный выпуск журнала «Геодинамика и тектонофизика» посвящен памяти Семена Иойновича Шермана – доктора геолого-минералогических наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ и заслуженного деятеля науки Республики Бурятия, почетного работника науки и техники РФ, лауреата премии Совета Министров СССР в области науки и техники.
ТЕКТОНОФИЗИКА 
Проблема прогноза землетрясений остается по-прежнему актуальной. Особый интерес вызывают сильные сейсмические события с магнитудой М≥8. Землетрясения такой силы рассматриваются как результат крупноамплитудных смещений контактирующих блоков вдоль плоскости разрыва. При этом физические параметры генерации очагов землетрясений оцениваются на основе представлений о разрушении твердых тел. В статье предлагается новая тектонофизическая модель очагов сильных землетрясений в континентальной литосфере. В предлагаемой модели очаг землетрясения рассматривается как тело, реологические свойства которого меняются с течением времени с момента его зарождения до реализации и последующей релаксации среды. Предполагается, что в процессе развития и роста очага будущего сейсмического события существенно меняются физические свойства вмещающих горных пород – уменьшается вязкость и относительная сдвиговая прочность. При этом непосредственно в момент сильного землетрясения вязкость среды в его очаге принимает минимальные значения, благоприятные для возникновения высокоамплитудной межблоковой подвижки в условиях существующего регионального напряжения и неменяющихся геодинамических факторов. Снижению вязкости способствует увеличение длины разрыва, что приводит к ослаблению среды и уменьшению ее прочностных свойств. Предполагается, что вязкость горных пород в очаге в момент землетрясения должна быть существенно ниже динамической вязкости литосферы и не менее чем на один-два порядка ниже вязкости межблоковой сейсмоактивной среды, вмещающей очаг. Наиболее вероятно, что вязкость среды в очаге сейсмического события в момент его реализации составляет 1017–1019 Па·с. Такой подход, при котором в физику очага землетрясения вводится параметр вязкости, а в процесс его формирования и реализации – фактор времени, может оказаться существенным шагом, приближающим к возможности прогноза сильнейших сейсмических событий с магнитудой М≥8.
Обсуждается проблема прогноза сейсмической опасности. Дается детальный обзор данных о напряженном состоянии, характеризующем различные аспекты хрупкого разрушения. Показано, что наиболее удобным инструментом такого анализа является диаграмма Мора и данные о кулоновых напряжениях. Отмечается роль флюида, не только понижающего уровень нормальных напряжений, ответственных за хрупкое разрушение, но и определяющего важнейшие процессы в разломных зонах. Выделяется ядерная часть – тело разлома, в которой происходят основные структурно-вещественные преобразования и формируются узкие, протяженные по площади модификации милонитовых пород от протомилонитов до ультрамилонитов и бластомилонитов, с которыми связана локализация непрерывных и разрывных сдвиговых деформаций. Метаморфические процессы в разломных зонах обеспечивают их низкую прочность в сравнении с окружающими консолидированными блоками коры. Теоретический анализ механизма реализации смещений вдоль разрывов сплошности разного масштабного ранга показывает их различие. Тектонические или сейсмические смещения вдоль трещины захватывают сразу всю ее площадь, в то время как для разлома они реализуются поэтапно вдоль его протяженности, напоминая «ковровый принцип» или «бегущую полоску», который также свойствен внутрикристаллическим дислокациям. Напряженное состояние в окрестности трещин и разлома имеет разные характерные особенности. Сейсмологические и тектонофизические данные о параметрах очагов землетрясений и разрывов сплошности в геологических объектах позволяют выделить 2–3 диапазона с различными законами, определяющими их взаимные соотношения. Данный вывод фактически противоречит гипотезе о самоподобии разрывов сплошности в непрерывном их диапазоне – от дислокации до разлома в десятки километров и накладывает ограничение на применение статистического анализа сейсмических данных. Сейсмические данные показывают, что смещение в очаге крупного землетрясения также развивается в виде бегущей полоски, а в очаге слабого землетрясения одномоментно охватывает всю его площадь. Различия в типе реализуемого сдвига в очаге слабого и сильного землетрясений связаны с соотношениями между тремя характерными динамическими параметрами среды: скоростью распространения сейсмических волн, скоростью распространения разрыва и скоростью смещения бортов разрыва. Тектонофизические реконструкции напряженного состояния в сейсмоактивных областях различных регионов планеты и в очагах подготовки мега-землетрясений XXI в. позволили получить усредненные значения прочности массивов и величин напряжений, а также выявили ряд характерных особенностей поля напряжений. Установлено, что наиболее сильные региональные землетрясения «избегают» областей повышенного уровня эффективного всестороннего давления. Размер очагов мега-землетрясений контролируется областью пониженного уровня эффективного давления, а участок, откуда инициировано землетрясение, часто располагается в зоне самого высокого градиента напряжений, существовавшего на краю очага или повышенного уровня напряжений внутри него.. Выявленные закономерности позволили дать термину «метастабильность состояния разломов», пришедшему в сейсмологию из физики фазовых состояний, обоснование в виде специфической закономерности распределения величин напряжений перед мега-землетрясениями.
С целью поиска механизма, управляющего подготовкой и последующей полной сейсмической активизацией крупных разломов как источников сильных землетрясений, выполнено физическое моделирование деформационной динамики крупного разлома в упруговязкопластичной и упругой моделях литосферы. Моделируемый процесс фотографировался цифровой камерой с последующей компьютерной обработкой методом корреляции цифровых изображений (digital image correlation, DIC). Результаты обработки показали, что в моменты импульсной активизации происходит реализация смещений по всему разрыву или на его большей части. Между такими активизациями разрыв имеет сегментную структуру с направленной эволюцией активных сегментов – от нескольких крупных сегментов к многочисленным мелким с постепенным вырождением последних. Долговременная деформационная динамика разрыва представлена закономерной последовательностью его полных активизаций. Установлено, что моментам таких активизаций в большинстве случаев соответствуют минимальные значения угла наклона графика повторяемости (β) и максимальные значения информационной энтропии (Si). Детальный анализ динамики деформаций на разрыве и в его крыльях между двумя полными активизациями показал, что они происходят закономерно в рамках регрессивной и прогрессивной фаз деформационного процесса с проявлением двух одноименных сценариев эволюции активных сегментов и пластических микросдвигов в их пределах. Установлено, что деформационная активность сегментов и пластических микросдвигов на отдельных временных интервалах существенно отличается. Из этого следует, что при статистических прогнозных оценках зоны крупных сейсмоопасных разломов следует пространственно подразделять на центральную узкую подзону с магистральной плоскостью сместителя и две обрамляющие ее внешние широкие подзоны в его крыльях. С учетом результатов физического моделирования ширина центральной подзоны может составлять до10 км, а суммарная ширина всех подзон – до100 км и более. В целом, результаты экспериментов способствуют развитию представлений о геодинамике крупных разломов в сейсмических зонах литосферы и показывают один из возможных механизмов подготовки в них сильных землетрясений.
Рассмотрены некоторые результаты исследований в условиях лаборатории физических эффектов, которые могут оказаться полезными для развития новых подходов к краткосрочному прогнозу землетрясений. Одной из основных задач сейсмологии и механики очага землетрясения является поиск признаков готовящегося события, которые могут быть надежно зарегистрированы инструментально. В этой связи наилучшим результатом лабораторных исследований процесса динамического скольжения по разлому является установление макроскопических параметров, контролирующих деформационный процесс, которые, в свою очередь, могут быть измерены в натурных условиях. Возможно, что подходящим параметром является динамическая жесткость разломной зоны. Судя по результатам лабораторных экспериментов последних лет, величина этого параметра определяет тип скольжения по разлому – неустойчивое скольжение, крип, тремор и т.д. При этом величина сдвиговой жесткости радикально снижается в процессе приближения разломной зоны к метастабильному состоянию. Обнаруженный в лаборатории эффект дает основания полагать, что изменения напряженно-деформированного состояния разломной зоны на заключительной стадии подготовки землетрясения могут быть обнаружены при анализе параметров низкочастотного микросейсмического шума. По-видимому, одним из наиболее благоприятных для определения значений, характерных для изучаемого региона, является участок записи во время и после прохождения поверхностных волн от далеких землетрясений. Эти колебания с периодом в несколько десятков секунд обладают значительной амплитудой и длительностью, что способствует возбуждению резонансных колебаний блоков. Целый ряд важных вопросов требует дополнительной проработки именно в лабораторном эксперименте: оценка характерного размера, определяющего закономерности снижения собственной частоты системы блок–разлом, соотношение механических параметров разлома в зоне нуклеации и на периферии будущего разрыва и т.д. Выполненный анализ результатов экспериментальных исследований разных авторов позволяет заключить, что лабораторные эксперименты, проводимые при нормальных условиях и небольших давлениях, в состоянии дать ответ на ряд принципиальных вопросов, которые необходимо решить на пути к созданию нового подхода к краткосрочному прогнозу землетрясений. Повышение давления и температуры до значений, характерных для сейсмогенных глубин, не приводит к появлению принципиально новых черт в поведении системы блок–разлом на стадии подготовки динамического срыва. Эффекты снижения трения из-за плавления, физико-химических преобразований поверхности скольжения на микро- и наноуровне и других процессов не играют решительно никакой роли на стадии подготовки динамического срыва и начала скольжения.
В настоящее время большое внимание уделяется изучению узких линейных зон, которые, пронизывая земную кору на разную глубину, характеризуются сложной инфраструктурой и интенсивной в сравнении с фоновой тектонической переработкой горных масс. Такие структуры получили название «структуры цветка» или «зоны концентрированной деформации». Изучение натурных объектов вкупе с данными тектонофизического и расчетного моделирования, дополненное анализом литературного материала, позволило сделать следующие выводы: ЗКД в эксперименте и в природных объектах обнаруживают сходство, иногда тождество, по морфологии, инфраструктуре, этапности эволюции; ЗКД отражают преимущественно обстановки транспрессии, и их формирование сопровождается 3D пластическим сдвиговым течением вещества и дилатансией деформируемого объема; возникновение ЗКД может быть связано с развитием системы «фундамент – чехол», но может определяться и внутричехольным тектогенезом, не затрагивающим фундамент; ЗКД обладают пространственно-регулярным расположением и определяют тектоническую делимость земной коры и литосферы.
Цель работы заключалась в разработке модельных представлений о природе «медленных» движений в нагружаемых твердых телах и средах и в изучении их роли в формировании критических состояний – очагов разрушения в прочной среде. Методика исследований – численное моделирование эволюции напряженно-деформированного состояния и формирования в нагружаемой среде медленных волн деформации. Разработан и обоснован вариант математической модели описания процессов совместной генерации и распространения в нагружаемых упругопластических средах как обычных волн напряжений, распространяющихся со скоростями звука, так и медленных деформационных волн неупругой природы, скорости которых на 5–7 порядков ниже скоростей звука. Исследованы особенности распространения медленных деформационных волн в прочных средах. Показано, что медленные деформационные волны при определенных условиях взаимодействуют как солитоны, проникая друг через друга. Их свойства сходны со свойствами как солитонов, получаемых решениями нелинейного уравнения Кортевега – де-Фриза, так и кинков – решений уравнения sin-Гордона. Показано, что медленные деформационные фронты активно участвуют в формировании очага разрушения, являясь эффективным механизмом переноса и перераспределения энергии в нагружаемой среде.
В статье обсуждаются результаты изучения тектонических напряжений севера Евразии полевыми тектонофизическими методами в пределах молодых и древних платформ: Западно-Европейской, Тимано-Печорской, Туранской, Западно-Сибирской, Восточно-Европейской и Восточно-Сибирской, а также в орогенных структурах обрамления: на Кавказе, на Северном Тянь-Шане, в Монголо-Охотских структурах мезозоид, на Сахалине. В результате определена граница влияния процессов спрединга в Северной Атлантике и Арктике на напряженное состояние платформ Северной Европы. Она проходит примерно по границе Фенноскандинавского щита и Русской плиты на севере, далее на юг она проходит субмеридионально по западному крылу Белорусской антеклизы практически до Восточных Карпат. Ожидаемая граница с разной ориентацией осей сжатия запад-северо-западного и меридионального простирания не совпала с линией Тейссера-Торнквиста – границей платформ с разновозрастным фундаментом, при этом она хорошо коррелируется с аномалиями теплового потока. Выделенная область приурочена к побережью Балтики [Sim, 2000. Вдоль нее вблизи Балтийского моря выделяется специфическая область, внутри которой большинство разломов формируется в обстановке растяжения [Sim, 2000. Такая обстановка сопровождается максимальной проницаемостью гелия, откартированной в 1983 г. в земной коре европейской части СССР [Eremeev, 1983. Обстановка растяжения в этой области, вероятно, связана с процессами формирования молодых грабенов Балтийского щита, а смена ориентации оси сжатия предположительно может быть обусловлена попеременной активизацией грабенов субмеридионального Ботнического и широтного Финского залива. По отдельным разломам в этой области восстанавливаются противоречивые направления сдвиговых смещений, т.е. по ним возможны как правосторонние, так и левосторонние перемещения на одних и тех же отрезках разломов, а ориентация оси сжатия может быть как широтной, так и меридиональной. Механизмы очагов Осмуссаарского, Калининградского землетрясений с меридиональными и широтными осями сжатия свидетельствуют о том, что специфика неотектонических напряжений в описываемой области характерна и для современного этапа. От этой области на 52° с.ш. отходит вторая зона – в целом субширотная; она проходит по южному крылу Белорусской антеклизы, далее на восток она приобретает ССЗ ориентировку, примерно повторяя ЮЗ границу Воронежской антеклизы. Южнее этой зоны неустойчивые ориентировки осей сжатия определены преимущественно на Украинском щите. В пределах платформ Северной Евразии тектонофизическими методами восстановлены неотектонические напряжения в структурах, формирующихся под воздействием внутриплатформенных тектонических напряжений – остаточных гравитационных горизонтальных сжимающих напряжений, реализованных при вертикальном подъеме структур и длительной денудации. К таким структурам отнесены Хибинский массив на Балтийском щите, Оленекский и Мунский массивы Восточно-Сибирской платформы. Перечисленные структуры характеризуются тем, что они сложены древними архей-протерозойскими комплексами пород, которые длительное время – от палеозоя и до новейшего этапа – испытывают преобладающие вертикальные перемещения. Особое место занимают результаты изучения тектонических напряжений на Сахалине, расположенном в пограничной полосе между Евразийской и Североамериканской литосферными плитами. На границе между этими крупнейшими плитами выделяются Амурская и Охотоморская микроплиты, граница между которыми проводится рядом авторов по Центрально-Сахалинскому разлому. Установлено, что для Сахалина характерно единое общее сдвиговое поле неотектонических напряжений с субширотным сжатием и субмеридиональным растяжением. Тектонофизические исследования показали различия неотектонических напряжений в крупных структурах: для поднятий характерен режим горизонтального сжатия и сдвиговый режим (Кольский п-ов, Тянь-Шань, Сахалин), а для впадин – режим горизонтального растяжения и растяжения со сдвигом (Кандалакшский грабен, впадины Татарского залива и Охотского моря). Проведенные исследования закрыли огромные по площади «белые пятна» на картах современных напряжений севера Евразии и показали доминирование регионального сдвигового геодинамического режима практически во всех изученных структурах.
Путем интерпретации данных о сейсмических, гравитационных и магнитных аномалиях, а также данных о структуре прибрежной зоны южной части Центрального Вьетнама и прилегающих к нему третичных впадин можно выделить несколько этапов тектонической эволюции изучаемого региона, с позднего мелового до четвертичного периода. Цель статьи – получить более точную картину тектонической эволюции южной части Центрального Вьетнама и прилегающей территории. Тектоническая фаза, датируемая как мел – палеоцен, началась после прекращения глубинного магматизма в западной части Тихого океана, приведшего к образованию многочисленных диабазов и аплитовых даек, ориентированных в основном субмеридионально. В течение этой фазы происходило меридиональное сжатие (С-Ю) и расширение в широтном направлении (З-В). В геоморфологическом и геологическом отношении ЮЗ Азия значительно изменилась в течение неотектонических фаз вследствие столкновения между Индийской плитой и Евразийским континентом. Ранняя и поздняя неотектонические фазы разделены региональным несогласием, которое установлено как поверхность, разграничивающая сильнодеформированные толщи (синрифтовые) и перекрывающие, менее деформированные формации (пострифтовые). Ранняя неотектоническая фаза, связанная с левосторонним смещением в зоне разлома Ред-Ривер, может быть разделена на две тектонические подфазы: эоцен – олигоцен (сжатие в СЗ-ЮВ направлении) и олигоцен – миоцен (широтное сжатие, В-З). В течение подфазы, датируемой как олигоцен – миоцен, возникли рифтовые впадины на континентальной окраине южной части Центрального Вьетнама. Поздняя неотектоническая фаза началась после прекращения сдвигового смещения в зоне разлома Ред-Ривер и прекращения расширения Восточного (Южно-Китайского) моря. Поздняя неотектоническая фаза также может быть разделена на две тектонические подфазы: поздний ранний миоцен (субмеридиональное сжатие) и поздний миоцен – плиоцен (сжатие в СВ-ЮЗ направлении). В течение подфазы, датируемой как поздний миоцен – плиоцен, происходили вертикальные движения, приведшие к формированию ряда поднятий на суше, а также опускания в районе морской впадины Фухань. При этом по всей южной части Индокитая и на континентальной окраине широко распространены миоцен-плиоцен-четвертичные базальтовые извержения.
В статье представлены первые результаты геолого-структурного и тектонофизического изучения напряженного состояния земной коры района алмазоносной трубки Катока, расположенной на юго-западном фланге щита Касаи на северо-востоке Анголы. На основе анализа смещений маркеров, шарниров складок и длинных осей будин, даек гранитов различных фаз внедрения и кимберлитов, а также трещин со штрихами скольжения выделено шесть основных этапов в эволюции напряженного состояния земной коры. Эти этапы обусловлены доминированием ориентированных в определенном направлении горизонтальных тектонических напряжений сжатия и/или растяжения, господствовавших в течение всей истории тектонического развития региона. В ходе первого этапа – превалирующего северо-западного растяжения со сдвигом – и начала второго этапа – северо-западного сжатия – формирование структур во вмещающих породах происходило в хрупкопластических условиях. Смена пластических деформаций на разрывные могла произойти примерно 530–510 млн лет назад, когда континентальная кора Африки была окончательно сформирована. Третий и четвертый этапы, важнейшие для кимберлитообразования, в течение которых в раннем мелу радиальное растяжение сменилось сдвиговым полем напряжений, характеризуются превалированием северо-западного растяжения. Оба этапа связаны с открытием центрального сегмента Южной Атлантики, а основной кимберлитовый магматизм приходится на момент разрыва Анголо-Бразильского сегмента Гондваны. В ходе всех четырех этапов разрядка напряжений происходила в основном по разрывным нарушениям северо-восточного и восток-северо-восточного простирания, в меньшей степени северо-западного и широтного. Начальный этап кимберлитового магматизма связан с разрывами двух первых указанных направлений, что предопределено наличием древних докембрийских зон течения и рассланцевания, которые оказались наиболее благоприятными для реализации северо-западного субгоризонтального растяжения. Последующее северо-восточное сжатие (пятый этап), начавшееся во второй половине мела и, возможно, продлившееся до конца палеогена, реализовалось в основном по разрывам северо-западного простирания. В региональном отношении ему соответствуют два этапа инверсионных движений на юге Африке, в ходе которых возникло Ангольское куполовидное поднятие и началось формирование плеч Восточно-Африканских рифтов. Последний этап горизонтального растяжения в доминирующем север-северо-восточном направлении связан с процессами, происходящими на юге Танганьикского рифта и восточном побережье Атлантики. Результаты исследований впервые позволили получить представление об основных этапах развития региона, которые впоследствии будут уточняться на основании большего количества геолого-структурных измерений и данных датирования вмещающих пород.
Неотектонические структуры юго-восточной части территории Монголии значительно удаленной от активных границ, представляют большой интерес с точки зрения определения источника тектонических деформаций и закономерностей их активизации во внутриконтинентальных условиях. Наши исследования были сосредоточены на части Юго-Восточной Монголии, в которой выделяются в разной степени активизированные на неотектоническом этапе мезозойские Восточно-Гобийская и Южно-Гобийская депрессии. Задача настоящей работы – оценка палеонапряженного состояния земной коры этой территории, выявление этапов и механизмов кайнозойской активизации структур разного простирания и определение ее источников. Сопоставление литературных данных о геологической истории развитии Восточно-Гобийской и Южно-Гобийской депрессий свидетельствует о единой истории развития территории в позднеюрско-раннемеловое (рифтообразование) и позднемеловое – палеогеновое время (режим тектонической стабилизации). На кайнозойском этапе эти впадины испытали совершенно различную по стилю активизацию. Помимо активизации левосторонними сдвигами в Восточно-Гобийской впадине в третичное время эта территория характеризуется развитием постпозднемеловых надвигов на ряде северо-восточных разломов в северном борту Тотошанского поднятия. Деформации позднемеловых осадков и реконструкции стресс-тензоров режима сжатия и транспрессии в зонах разломов свидетельствуют о субмеридиональном и СЗ сжатии в раннем кайнозое. Суммируя литературные данные, можно заключить, что наиболее вероятным источником этих деформаций могла быть Западно-Тихоокеанская зона межплитных взаимодействий. Нельзя также полностью отрицать возможность влияния процессов сжатия, происходивших на ранних стадиях в зоне Индо-Азиатской коллизии. Во второй половине кайнозоя эта территория была малоактивна. Активизация Южно-Гобийской депрессии в отличие от Восточно-Гобийской началась с позднего кайнозоя (конца миоцена – начала плиоцена). В этом районе происходит активное формирование рельефа с образованием молодых поднятий и форбергов (восточное окончание Гобийского Алтая), «протыкающих» осадки уже существовавших с мезозоя впадин. Эта территория характеризуется признаками плиоцен-четвертичной активности субширотных и СЗ сдвигов и надвигов. Реконструкции полей напряжений характеризуют режимы сжатия, транспрессии и сдвига с ориентировкой оси сжатия на северо-восток. Источником этих деформаций, так же как и деформаций структур Западной и Юго-Западной Монголии, являются процессы конвергенции Индостана и Евразии.
Приводятся результаты изучения парагенезов разноранговых разрывов в зонах крупных дизъюнктивов Западного Забайкалья. Актуальность исследования связана с необходимостью реконструкции наиболее поздних деформаций в зонах разломов Забайкалья, в пределах которых известны палеосейсмодислокации и в настоящее время происходят землетрясения с магнитудой 4.7. Для получения статистически обоснованного решения о кинематическом типе наиболее крупных разломов Западного Забайкалья был собран необходимый фактический материал, на основе которого проведен структурно-парагенетический анализ разрывов и трещиноватости горных пород. Для зон Чикой-Ингодинского, Хилокского, Северо-Тугнуйского и Северо-Заганского дизъюнктивов создана сеть из 54 точек наблюдения, на которых измерено более 5500 элементов залегания локальных разрывов и трещин, задокументированы штрихи скольжения, смещения маркеров и другие проявления разрывных деформаций породного массива. Проведенный анализ позволил установить соотношение разновозрастных динамических обстановок формирования парагенезов изученных разломных зон, главными из которых по мере встречаемости являются растяжение и сжатие по направлению северо-запад – юго-восток. Парагенезы сбросов восток-северо-восточного простирания – региональных разломов, продольных по отношению ко впадинам Западного Забайкалья, – широко распространены в изученных разломных зонах и характерны для разновозрастных образований, в том числе для кайнозойских осадков, что наряду с механизмами очагов недавно произошедших землетрясений свидетельствует о молодом возрасте их формирования. Кроме того, в пределах Тугнуйской впадины и к юго-востоку от Чикойской депрессии реконструированы обстановки правостороннего сдвига для разломов восток-северо-восточной ориентировки. Впервые на количественной основе изучены парагенезы разломов Западного Забайкалья, реконструированы главные этапы развития сети крупных разломов территории, а также кинематический тип систем разрывов 2-го порядка, составляющих внутреннюю структуру изученных дизъюнктивов на каждом из этапов их тектонического развития.
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.
СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА
Анализ эпицентрального поля землетрясений в Прибайкалье выявил пространственно-временную неравномерность распределения сейсмических событий. Это позволило рассмотреть развитие сейсмического процесса через призму сейсмических структур литосферы, а неравномерность проявления событий по времени – в рамках сейсмической погоды и климата. Причины периодических активизаций сейсмического процесса связаны с внешним воздействием на физические поля Земли космических и солнечных процессов. В рамках сказанного дается классификация сейсмических структур как неких геометрических объектов, располагающихся в теле литосферы и являющихся ее абстрактными структурными элементами. Рассмотрены некоторые закономерности проявления сейсмических событий. Временной ход сейсмического процесса проявляет сходство с протеканием гидрометеорологических процессов, что находит свое отражение в периодичности реализации упругой энергии, если только рассматривать изменение во времени числа землетрясений различных энергетических классов по годам. Использованы материалы исторического и инструментального мониторинга землетрясений в Прибайкалье. Устойчивая периодичность сейсмических активизаций наводит на мысль о том, что на ход процесса влияют некие внешние факторы, рассматриваемые в рамках концепций гелиогеодинамики, космического климата и погоды.
Пространственный анализ положения гипоцентров землетрясений в транзитной зоне верхней мантии и фокальных механизмов сильнейших из них в субдукционных слэбах охотоморского сегмента Курило-Камчатской и япономорского сегмента Японской островной дуги показал существенное различие в морфологии этих слэбов, в положении гипоцентров землетрясений относительно активной и стагнирующей части слэбов и сил, вызывающих эти землетрясения. Приведенные в работе сейсмические данные подтверждают наличие двух типов погружения океанических литосферных плит в мантию и их дальнейшую судьбу в связи с различными геологическими процессами на границе между верхней и нижней мантией. Рассмотрены возможные причины, в том числе связанные с фазовыми переходами, глубинных сейсмофокальных землетрясений, при которых происходит расщепление океанических литосферных плит на глубинах у границы верхняя – нижняя мантия. Субдукция океанических литосферных плит и их расщепление определяют возможность поступления коровых элементов в нижнюю мантию и далее в слой D″, где зарождаются новые плюмы, вызывающие поступление с глубинными магмами рециклированного вещества в коровую оболочку Земли. Глубокофокусные землетрясения являются необходимым звеном механизма рециклирования химических элементов в системе земная кора – мантия – слой D″, приводящего к появлению широкой гаммы месторождений полезных ископаемых.
Приведены различные формулировки кинематических типов разломов. Предложен морфологический критерий выявления типов разломов по геодезическим наблюдениям, основанный на степени симметричности распределения аномальных смещений земной поверхности. Анализ различных типов локальных аномалий вертикальных смещений земной поверхности, полученных по геодезическим наблюдениям в зонах разломов, показал, что 88 % всех аномалий – локальные, симметричные оседания земной поверхности в окрестности разлома. Такая морфология деформационных аномалий соответствует субвертикальным разломам раздвигового типа. Рассмотрены три варианта механизма формирования наблюдаемых смещений в зоне активизации раздвиговых разломов: блоковый, дислокационный и параметрический. Сопоставление расчетных и наблюденных смещений поверхности показывает, что максимальную сходимость теории и наблюдений обеспечивает модель локального параметрического возбуждения деформаций при квазистатических региональных нагрузках и формализма теории деформационных ядер (мягких включений).
Квазилинейная зона заметных геологических и геофизических изменений совпадает приблизительно с меридианами 102–103° в.д. Активные субмеридиональные разломы развиты в этой зоне, названной авторами геодивайдером 102–103° в.д. Наиболее интенсивная сейсмичность характеризует центральную часть геодивайдера от озера Байкал до региона Трех рек на границе Китая и Мианмар. Проведение трансектов с глубинными сейсмическими разрезами и графиками диссипации сейсмической энергии показывает преимущественно резкое возрастание объемов сейсмической энергии и глубины гипоцентров на западном крыле геодивайдера. Геодивайдер разделяет, в первом приближении, Центрально-Азиатскую и Восточно-Азиатскую транзитные зоны между Северо-Евразийской, Индийской и Тихоокеанской литосферными плитами. Тектонический режим транспрессии преобладает к западу от геодивайдера под влиянием давления Индостанского индентора, и режим транстенсии распространен к востоку от него, благодаря глубокому погружению и продолжению Тихоокеанского слэба. Смена режимов совпадает с резким увеличением мощности коры к западу от геодивайдера от 35–40 до 45–70 км, отражающимся в геофизических полях и коровых металлогенических характеристиках. Направление P- и S-волн анизотропии наряду с данными GPS показывает их несовпадение в различных слоях коры и мантии в южной части геодивайдера. По результатам наших исследований геодивайдер 102–103° в.д. представляет собой тип геолого-геофизической границы, сопоставимой с линией Торнквиста, по масштабу с Уральским и Аппалачским фронтами и с рядом других крупных структур.
Исследование посвящено субмеридиональной трансрегиональной границе, которая широкой полосой простирается вдоль 105° в.д. в Центральной Азии и может быть прослежена в современных сейсмических моделях вплоть до глубины ~600 км. К западу от нее отмечается повышенная континентальная сейсмическая активность. Изучение природы трансрегиональной пограничной зоны позволит оценить ее вклад в текущие геодинамические процессы в Азии. В работе проведен комплексный анализ на основе сопоставления доступных данных с результатами, полученными в ходе исследования с помощью независимых методов. Проанализировано распределение землетрясений по глубине. Прослежена корреляция между характером сейсмотектонических деформаций (СТД) по данным механизмов очагов землетрясений, структурой аномалий Р-скорости и распределением конвективных потоков в верхней мантии. Структура распределения аномалий сейсмических скоростей в верхней мантии основана на данных каталога ISC за период 1964–2011 гг. Моделирование выполнено по двум региональным томографическим схемам (на первых вступлениях [Koulakov et al., 2002 и с использованием PP-фаз [Bushenkova et al., 2002) с последующим суммированием с весовыми коэффициентами, зависящими от распределения исходных данных для каждой схемы. Аналогичный подход применен в работе [Koulakov, Bushenkova, 2010 для территории Сибири, в которой модель была построена на меньшем количестве данных каталога ISC (до 2001 г.) и захватывала лишь часть исследуемой в настоящей работе субмеридиональной пограничной зоны. Характеристики полученной суммарной модели использованы для оценки вариаций мощности литосферы, которые, как показали результаты предыдущих исследований [Chervov et al., 2014; Bushenkova et al., 2014, 2016, могут значительно влиять на структуру конвективных течений в верхней мантии. Полученные вариации мощности учтены при задании граничных условий в задаче численного моделирования тепловой конвекции, выполненного в соответствии с алгоритмом [Chervov, Chernykh, 2014. Реконструкция поля СТД проводилась по данным механизмов очагов землетрясений (M≥4.6), которые произошли в Центральной Азии в 1976–2017 гг. Результаты показали, что зона изменения сейсмического режима и полоса разворота главных осей СТД коррелируют с субмеридионально вытянутой границей повышенных/пониженных скоростей в сейсмотомографической модели и с субмеридионально протяженным нисходящим потоком в верхней мантии. Западная часть территории характеризуется субмеридиональным укорочением главных осей деформации, а восточная – субширотным укорочением. Поворот направлений основных осей СТД происходит в зоне 93–105° в.д. Таким образом, субмеридионально протяженный нисходящий поток в конвективной структуре верхней мантии региона, возникший в результате суперпозиции неоднородностей мощности литосферы, вероятно, и представляет собой преграду на пути распространения проявляющихся в сейсмическом режиме активных геодинамических процессов, вызванных коллизией.
Приамурье – сейсмоактивный регион России с умеренной сейсмичностью, расположенный в пределах северо-восточной части Амурской литосферной плиты и окружающих ее территорий. Наибольшее число землетрясений региона, включая самые сильные, тяготеют к трем сейсмическим поясам: Становому (в зоне влияния восточного фланга одноименного разлома), Янкан-Тукурингра-Соктаханскому (на восточном фланге Монголо-Охотского линеамента) и Турано-Селемджинскому, протягивающемуся от Малого Хингана на север. Сахалинским филиалом ФИЦ ЕГС РАН создан каталог механизмов очагов землетрясений региона, включающий 57 событий, что позволило уточнить параметры напряженного состояния коры региона. Для реконструкции параметров напряженного состояния использован метод катакластического анализа (МКА) совокупностей механизмов очагов землетрясений Ю.Л. Ребецкого (I этап), позволяющий оценить ориентацию главных осей тензора напряжений и значение коэффициента Лоде – Надаи. В Верхнем Приамурье преобладают условия сдвига и сжатия со сдвигом, т.е. Амурская плита сдвигается относительно Алдано-Станового блока вдоль Южно-Тукурингрского и Северо-Тукурингрского разломов на восток, вдоль Джелтулакского и западной части Северо-Тукурингрского разлома преобладают условия вертикального сдвига. Восточнее зоны затишья хр. Джагды расположена область сжатия земной коры, ось сжатия здесь направлена на ССВ. Далее вдоль Монголо-Охотской системы разломов у Охотоморского побережья направление сжатия коры меняется на северное. Вдоль разломной зоны Танлу выявлены неоднородности в поле тектонических напряжений по типу напряженного состояния – чередующиеся зоны горизонтального сжатия и растяжения, и по направлению основных осей – к востоку от полосы максимальной сейсмической активности напряжение сжатия меняет направление на юго-восток и восток. Возможно, на этом участке земной коры Приамурья начинает проявляться влияние океанической субдукции на северную часть Японо-Корейского блока. Полученная по сейсмологическим данным реконструкция поля тектонических напряжений согласуется с данными измерений современных движений коры. Результаты могут быть применены для уточнения тектоники региона.
В продолжение опубликованной ранее первой части исследования [Ruzhich, Kocharyan, 2017 в данной статье сделан акцент на выявлении признаков распознавания элементов палеоочагов землетрясений, формирующихся на гипоцентральных глубинах земной коры в эксгумированном Приморском сегменте древнего коллизионного шва на юго-восточной окраине Сибирского кратона (Прибайкалье, Восточная Сибирь). Для этого проводился отбор образцов зеркал скольжения, псевдотахилитов и других петрологических свидетельств интенсивных тектонических подвижек. Собранные сведения о косейсмических разрывных нарушениях использовались для реконструкции строения глубинных сегментов коллизионного шва и восстановления некоторых параметров РТ-условий. Попытки решения подобных задач в других сейсмоопасных регионах предпринимаются зарубежными исследователями в течение нескольких последних десятилетий, например, в работах [Sibson, 1973; Byerlee,1978; Morrow et al., 1992; Hodges, 2004; Kirkpatrick et al., 2012. В России к геолого-геофизическому изучению глубоко денудированных участков древних разломов проявляется пока еще ограниченный интерес [Sherman, 1977; Ruzhich, 1989, 1992, 1997; Savel'eva et al., 2003; Ruzhich et al., 2015; Kocharyan, 2016. В рамках данной работы основное внимание было уделено зоне глубоко денудированного Приморского сегмента коллизионного шва Сибирского кратона, претерпевшего геологическую эволюцию длительностью порядка миллиарда лет. Также привлекались дополнительные геологические сведения, полученные авторами и другими исследователями при петрологическом изучении зоны Главного Саянского разлома и иных эксгумированных участков разломов, в том числе сейсмогенерирующих разломов Монголо-Байкальского региона [Zamarayev, Ruzhich, 1978; Zamarayev et al., 1979; Ruzhich et al., 2009. На основании собранных сведений о РТ-условиях возникновения зеркал скольжения, псевдотахилитов и строении Приморского участка коллизионного шва получена оценка возраста зеркала скольжения с турмалином по 40Ar/39Ar методу, которая составляет 673±4.8 млн лет и предположительно может соответствовать неопротерозойской эпохе распада мегаматерика Родиния. По мусковиту в другой декомпрессионной трещине получена еще одна датировка – 415.4±4.1 млн лет, которую возможно отнести к раннепалеозойскому этапу формирования коллизионного шва, при котором происходила аккреция Сибирского кратона и Ольхонского террейна [Donskaya et al., 2003; Fedorovsky et al., 2010. С учетом полученных датировок и других петрологических сведений определены глубины, на которых происходило развитие разновозрастных систем косейсмических разрывов:18 км – в неопротерозойский,12 км – в среднепалеозойский этап сейсмотектонической эволюции земной коры в Прибайкалье. В заключение обосновывается актуальность дальнейшего совершенствования глубинных палеосейсмологических исследований с целью более предметного выяснения физико-химических условий, оптимальных для возникновения древних и современных очагов сильных землетрясений в глубинных сегментах разломов, пронизывающих земную кору. Дальнейшее продвижение в направлении решения проблем обеспечения сейсмобезопасности в различных регионах без подобных сведений может оказаться недостаточно результативным.
ПАЛЕОГЕОДИНАМИКА
В результате проведенных структурно-геологических, петролого-геохимических, геохронологических и биостратиграфических исследований установлено, что палеозойская Хэнтей-Даурская складчатая система Монголо-Охотского орогенного пояса сложена главным образом тремя разновозрастными ассоциациями пород, связанными с заложением и развитием океанических бассейнов и активных окраин в зоне сопряженного взаимодействия Сибирского континента и Монголо-Охотского океана в течение трех этапов: 1) позднекаледонского (ордовикско-раннесилурийского), во время которого произошло заложение океанического спредингового бассейна и формирование глубоководных кремнистых отложений, излияние пиллоу-лав базальтов и андезибазальтов, образование расслоенных и кумулятивных габбро, даек габбро-долеритов, а также зон субдукции с островодужным магматизмом, 2) раннегерцинского (позднесилурийско-девонского), когда после небольшого перерыва вновь произошло заложение новых зон спрединга и субдукции на активных окраинах Монголо-Охотского океана, и 3) позднегерцинского (каменноугольно-пермского), завершившегося образованием крупных задуговых осадочных бассейнов, формированием аккреционных призм и сшивающих внутриплитных магматических комплексов во всех структурах Хэнтей-Даурской складчатой системы. На основе полученных данных разработана комплексная модель геодинамического развития Хэнтей-Даурской складчатой системы, сформированной на месте Монголо-Охотского океана и его окраин.
