Выполнено исследование современного напряженного состояния земной коры территории Узбекистана на основе сборного каталога механизмов очагов землетрясений из решений, полученных разными авторами. Инверсия природных напряжений проводилась методами катакластического анализа разрывных смещений. При минимальном числе землетрясений в однородной выборке, равном 6, и радиусе осреднения параметров от 10 до 30 км в пределах единичного домена для ряда сейсмоактивных областей территории Узбекистана получена послойная картина напряженного состояния массивов горных пород. Определены азимуты и углы погружения осей главных напряжений, значения коэффициента Лоде – Надаи, геодинамический тип напряженного состояния, относительные (нормированные на прочность сцепления массивов горных пород) величины максимальных касательных напряжений и эффективного всестороннего давления. Построены соответствующие карты площадного распределения указанных параметров как для всего сейсмоактивного слоя в целом, так и с дифференциацией по глубинам. Проведено сопоставление результатов реконструкции поля напряжений в двух иерархических уровнях, на основе параметров механизмов очагов слабых и умеренных землетрясений (М≤4.5), с аналогичными построениями, проведенными по сильным (М≥5.0) землетрясениям. Визуализация реконструкции поля напряжений по сильным (М≥5.0) землетрясениям проведена на базе интернет-платформы «Тектонические напряжения Евразии», разработанной в ИФЗ РАН.

Рассматривается математическое обоснование геодинамической модели верхнемантийной конвекции, сопряженной с Тихоокеанской зоной субдукции, в приложении к мел-кайнозойской эволюции Центрально-Восточной Азии (ЦВА) и Арктики. Приводится решение двухмерной стационарной задачи термической конвекции в слое верхней мантии при различных числах Рэлея с учетом влияния процесса субдукции и движения литосферного слоя вдоль подошвы верхней мантии. Описываются результаты 3D-моделирования нестационарной конвекции в верхней мантии, сопряженной с зоной субдукции. Полученные результаты позволяют объяснить весь спектр наблюдаемых тектономагматических процессов, развивающихся в пределах ЦВА в кайнозое и Арктики в верхнем мелу и кайнозое, а именно сочетание общего смещения литосферы ЦВА и Арктики в сторону Тихоокеанской зоны субдукции с наличием отдельных магматических провинций и рифтовых зон как следствие существования длинной горизонтально вытянутой конвективной ячейки (создающей эффект конвейерного волочения литосферы), осложненной внутренними изометричными ячейками (создающими эффект верхнемантийных плюмов).

Рассматривается процесс субдукции океанической литосферной плиты в приближении высоковязкой ньютоновской жидкости. Вблизи границы 670 км происходит растекание плиты в противоположные стороны из-за действия противоположно направленных горизонтальных сил, создающихся вследствие противоположно направленных горизонтальных градиентов температуры. Рассматриваются гидродинамика и теплообмен в слое, движущемся под континент и состоящем из океанической литосферы и корового слоя. Оценен тепловой поток на контакте субдуцирующей плиты с окружающей мантией на континентальном крыле зоны субдукции, и показана возможность плавления корового слоя субдуцирующей плиты и зарождения термохимического плюма на границе 670 км. Представлена модель термохимического плюма в зоне субдукции, включающая образование канала плавления в коровом слое субдуцирующей плиты; формирование первичного очага в области равенства по величине скоростей выплавления канала и субдукции; образование от первичного очага вертикально направленного канала плюма, проплавляющего континент; прорыв плюма на поверхность, т.е. образование вулкана. Представлены результаты экспериментального моделирования выплавления канала плюма в плоском наклонном слое парафина над локальным источником тепла. Представлена гидродинамическая структура расплава в канале плюма. Обнаружено различие в механизме прорыва расплава из канала плюма на поверхность в отсутствие и при наличии газовой подушки у кровли плюма.

Предложена модель декомпрессионного плавления, сепарации, миграции и замерзания расплава в процессе развития конвективной неустойчивости верхней мантии, позволяющая учесть различие фазовых диаграмм расплава и матрицы и вытекающие особенности поведения расплава, без расчета скорости реакций в многокомпонентной среде, в рамках явного представления о локальном термодинамическом равновесии существующих фаз. Таким образом, дополняется развиваемое нами первое приближение описания процесса конвекции в верхней мантии и формирования крупных эпиконтинентальных осадочных бассейнов, опубликованное ранее.

Вычислительными экспериментами показано, что первичное плавление фертильного вещества верхней мантии происходит интенсивно в узком фронте поднимающегося в восходящем потоке горячего вещества. Далее, вверх от фронта первичного плавления, поднимается деплетированное и частично выплавленное вещество. Дальнейшее плавление деплетированного вещества происходит выше, при меньших давлениях в довольно широком диапазоне глубин (120–77 км). Далее мигрирует расплав уже от двух источников – глубинного, где плавится фертильное вещество, и промежуточного, где плавится вещество деплетированное. Достигнув уровня температур и давлений, соответствующих его солидусу, расплав образует фронт замерзания, примерно такой же узкий, как и фронт первичного плавления. По мере развития восходящего конвективного потока фронт замерзания смещается вверх. В результате под ним формируется довольно толстый (около 40–50 км) слой вещества, насыщенного «базальтовым» компонентом. Важным результатом моделирования является то, что, несмотря на значительные общие объемы выплавляющегося вещества, единовременное содержание расплава в мантии, при осреднении на объемы с линейным размером порядка 1 км, не превышает десятых долей процента. Экстракция базальтовой выплавки, в связи с обеднением мантийного вещества железом, существенно снижает его плотность. При рассчитанных значениях обеднения матрицы базальтовым компонентом 0.1–0.2 дефицит плотности удваивается, по сравнению тепловым расширением вещества. Стало быть, удваивается и число Рэлея, и интенсивность конвекции, что мы и видим в расчетах – после начала плавления конвекция усиливается.

Проведенное опробование модели дает разумную картину, согласующуюся как с известной геолого-геофизической информацией о строении литосферы под развивающимися эпиконтинентальными осадочными бассейнами, так и, в рамках своей детальности, – с результатами моделирования плавления и динамики расплава, полученными путем расчета реакций между компонентами мантийного вещества.

При помощи приближенного аналитического метода проведены расчеты параметров напряженного состояния массива для разных вариантов взаимного расположения сколов Риделя при нагрузке, необходимой для образования этих сколов. Результаты вычислений при значении угла внутреннего трения 30° показывают, что при расстоянии между соседними сколами, превышающем 0.7 характерной длины скола, кулоновское напряжение, отвечающее за разрушение материала, в промежутках между сколами оказывается ниже предела прочности. Это означает, что без увеличения внешней нагрузки отсутствуют предпосылки для образования новых нарушений, соединяющих соседние сколы. Если же сколы расположены ближе друг к другу, чем 0.7 длины скола, то на участках массива между ними превышен предел прочности. Соответственно, там должны возникнуть новые сколы, соединяющие сколы Риделя между собой. Таким образом, при наблюдении природной системы сколов Риделя появляется возможность оценить, является ли эта система достаточно устойчивой в ее текущем виде, или же, ввиду критического повышения кулоновского напряжения в участках массива между соседними сколами, равновесие может быть легко нарушено, и в изучаемой сдвиговой зоне образуется магистральный разлом.

Статья посвящена обобщению результатов изучения глубинного строения литосферы Центрального Тянь-Шаня с целью выявления основных тектонических элементов в существующих геофизических моделях. Приведены результаты сопоставления данных структурно-геологических исследований с данными о глубинном строении, полученными комплексом геофизических методов, и положением гипоцентров землетрясений. Согласно геологическим представлениям Тянь-Шаньский орогенический пояс характеризуется продольной и поперечной сегментацией. Границами Северного, Срединного и Южного Тянь-Шаня, а также Западного и Восточного служат разломные структуры глубинного заложения. Глубинные разломы и каналы тепломассоперетока характеризуются обособленным (локализованным) проявлением эндогенных процессов, представляют собой контрастные объекты в скоростных, геоэлектрических, тепловых моделях и могут служить индикаторными признаками. Анализ каталогов (NNC, KNET, CAIIG, KRNET, SOME) на предмет расположения гипоцентров очагов землетрясений показывает высокую степень пространственной приуроченности сейсмических событий к разломным зонам и границам крупных блоков. Корреляция аномалий геофизических полей позволяет установить степень унаследованности тектонических структур и выявить границы основных тектонических сегментов Тянь-Шаня. Для сопоставления коровых и верхнемантийных неоднородностей, выраженных в различных геофизических полях, проанализированы сейсмотомографические срезы, построенные на основе объемных сейсмотомографических моделей, геоэлектрические и скоростные разрезы вдоль профилей, секущих основные тектонические элементы Тянь-Шаня. Обзор построенных разрезов позволил определить области относительно низкоскоростных зон (с пониженными скоростями сейсмических волн) и глубинные проявления продольной сегментации складчатого пояса. Во всем интервале рассматриваемых глубин на сейсмотомографических срезах наблюдаются аномальные скоростные объекты. Наиболее контрастными по перепаду скоростей продольных и поперечных сейсмических волн являются срезы на глубине 0–5 км и 50–65 км, где наиболее ярко прослеживается масштабная сегментация Тянь-Шаня на северный, южный и западный сегменты. В целом, скорости P- и S-волн для Северного Тянь-Шаня выше скоростей Срединного и Южного. Анализ распределения геоэлектрических неоднородностей, полученных при исследовании Тянь-Шаня методом магнитотеллурического зондирования, позволил определить границы основных тектонических элементов как зоны повышенной электропроводности, приуроченные к границам разломных структур. В распределении эпицентров землетрясений четко проявляются зоны Северного, Срединного и Южного Тянь-Шаня, а также проявляется сегментация Западного и Центрального Тянь-Шаня относительно Таласо-Ферганского разлома. Выполненные исследования земной коры и верхней мантии Тянь-Шаня подтвердили существование различий в глубинном строении между рассматриваемыми тектоническими сегментами. Комплексный анализ полученных результатов позволил на качественном уровне выявить взаимосвязь между распределением скоростных и геоэлектрических неоднородностей в земной коре и верхней мантии, сейсмичностью и напряженно-деформированным состоянием земной коры.

Осадконакопление в озере Байкал происходит на фоне постоянной сейсмической активности Байкальской рифтовой зоны. Современные и исторические землетрясения оказывают значительное влияние на формирование донных отложений в этом глубоком тектоническом бассейне. В статье представлены результаты международных исследований за период 1996–2019 гг. Для обнаружения следов сейсмических событий в самых верхних слоях отложений (<1.5 м) были отобраны короткие керны по всему озеру. Приведены карты с точками отбора кернов и сейсмичностью озера. Литологический состав, данные измерения магнитной восприимчивости, оценка органических и неорганических компонентов осадков позволяют определить индикаторы землетрясений в донных отложениях озера. Следы исторических землетрясений были обнаружены в пределах Южной котловины Байкала (районы станций Шарыжалгай и 106-й км Кругобайкальской железной дороги) и в заливе Провал рядом с дельтой р. Селенги.

По данным многолетних наблюдений на двух разнесенных по широте и долготе геофизических обсерваториях «Борок» и «Колледж» проведен анализ свойств электромагнитных ультранизкочастотных (УНЧ) сигналов, обнаруживаемых от удаленных землетрясений за минуты до сейсмического события. Показано, что динамические спектры сигналов от землетрясений, происходящих в различных регионах Земли, подобны и повторяются при разных магнитудах и глубинах очага. Исследуются суточные и сезонные вероятности появления сигналов. Рассмотрено распределение источников обнаруженных сигналов, т.е. землетрясений, при которых они наблюдались, на земной поверхности. Показано, что они группируются в отдельные зоны и ячейки, отражая на карте регионы с сейсмоэлектромагнитной активностью. В Северном полушарии в распределении отмечается максимум в широтном направлении в интервале 30–45°, в долготном выделяются два максимума в западном секторе – основной в интервале 120–150° и дополнительный в интервале 0–30°. Даются примеры, иллюстрирующие появление предвестников в различных регионах Земли. По результатам анализа делается вывод об универсальности процессов генерации импульсных сигналов перед землетрясениями и о принципиальной возможности краткосрочного предупреждения (за несколько минут) о предстоящем землетрясении.

На начальном этапе исследований возраст и стратиграфическое положение терской свиты ограничивались снизу ее налеганием на раннепротерозойские гранитоиды, а сверху – тем, что породы терской свиты вмещают позднедевонские щелочные интрузии (в том числе и трубки взрыва).

В статье представлены результаты U-Pb изотопного датирования зерен детритового циркона (dZr) из песчаников терской свиты, дополненные определениями химического состава пород и результатами их изотопного Sm-Nd изучения. Полученный средневзвешенный возраст четырех наиболее молодых зерен dZr из песчаников терской свиты составил 1145±20 млн лет, что означает, что часть разреза терской свиты, залегающая выше изученного уровня, не может быть древнее конца среднего рифея. Сравнительный анализ полученного набора U-Pb изотопных датировок зерен dZr (провенанс-сигнала) из песчаников терской свиты и аналогичных данных по другим верхнедокембрийским обломочным толщам, распространенным на северо-востоке Восточно-Европейской платформы и в сопредельных регионах, выявил существенные различия. Это находится в хорошем соответствии с представлениями о том, что палеогеографическую обстановку, господствовавшую в конце среднего и в позднем рифее в области заложения и развития рифтовой системы Белого моря (РСБМ), можно рассматривать как совокупность небольших (часто бессточных) бассейнов, разделенных поднятиями. Эти бассейны могли время от времени иметь связь с Мировым океаном. Такая палеогеографическая ситуация не благоприятствовала развитию крупных рек, поэтому грабены заполнялись преимущественно материалом местного происхождения. Кандалакшский и Керецкий грабены РСБМ заполнены осадками морского генезиса, представляющими собой преимущественно продукты размыва вещественных комплексов, участвующих в строении бортов этих грабенов. Среди местных локальных источников идентифицированы эклогитовые комплексы с возрастом метаморфизма ~1.9 млрд лет и базитовового магматизма с возрастом ~2.4–2.5 и ~2.7–2.9 млрд лет. Попадание зерен dZr, для которых нет потенциальных близких первичных источников, расположенных около Керецкого грабена, произошло за счет рециклинга из вторичных источников циркона – местных древних осадочных образований.

На основе региональной структурной и стратиграфической геологический модели с использованием выбранных геолого-геофизическх данных и с помощью геологического программного обеспечения «Petrel Schlumberger» были изучены и обобщены тектонические и эрозионные особенности и их влияние на зональное распространение и изменение мощности осадочных отложений верхнетриасовых (формация Мулусса Ф) и нижнемеловых (формация Рутба) отложений вдоль Евфратского грабена.

Верхнетриасовые и нижнемеловые отложения (суммарная мощность около 800 м), считающиеся основными пластами-коллекторами углеводородов вдоль месторождений Евфратского грабена, содержат приблизительно от 80 до 90 % объема углеводородов, сохранившихся в этом районе. Осадочные зоны верхнетриасовых и нижнемеловых отложений Евфратского грабена подвергались различным изменениям в зональном распространении и мощности из-за эрозии, вызванной комплексом региональных несогласий вдоль Евфратского грабена. Этими несогласиями являются базовое верхнемеловое несогласие (BKU) и базовое нижнемеловое несогласие (BKL). Максимальная мощность 480 м верхнетриасовых отложений сохранилась в центральной части Евфратского грабена и в направлении с северо-запада на юго-восток, это направление погружения верхнетриасовой формации Мулусса Ф. Мощность верхнетриасовых отложений постепенно уменьшалась к северо-восточным флангам грабена вблизи поднятия Хлейсса и к юго-западным флангам вблизи поднятия Рутба из-за частичного или полного среза этих отложений в результате эрозии, вызванной несогласием BKL, и из-за меньшего пространства для накопления осадков вблизи этих поднятий. Максимальная мощность нижнемеловых отложений приблизительно 320 м, при этом толщина осадков увеличивается на северном, северо-западном и северо-восточном флангах Евфратского грабена. Наибольшая степень эрозии вследствие влияния несогласия BKU на нижнемеловые отложения отмечается вдоль южного, юго-восточного и юго-западного флангов Евфратского грабена. Толщина верхнетриасовых и нижнемеловых отложений вдоль районов Жора и Пальмира к северо-западным флангам грабена сохраняется неизменной из-за меньшего влияния эрозии, вызванной несогласиями BKL и BKU, а также из-за большего пространства для накопления осадков вдоль этих районов.

В работе представлены результаты изучения вещественных (литохимических) и фациальных характеристик терригенно-карбонатных пород мотской серии, изученных в их стратотипической местности (разрез «Шаманский утес»). Показано, что породы, слагающие нижнюю часть разреза «Шаманский утес», представлены песчаниками, размер обломков которых постепенно уменьшается вверх по разрезу. Средняя часть разреза сложена песчанистыми доломитами. Завершают разрез доломиты. По своим вещественным характеристикам терригенные породы соответствуют аркозам. Генетическая типизация, выполненная с применением петрохимических модулей, свидетельствует о том, что эти аркозы сложены продуктами разрушения первично-магматических пород. Выявлено постепенное увеличение карбонатной составляющей в вещественном составе терригенно-карбонатных пород верхних частей разреза. В разрезе «Шаманский утес» выделено 32 литологические пачки и восемь литолого-генетических типов отложений. Реконструированы палеогеодинамические условия формирования бассейна седиментации. Литолого-фациальные особенности пород шаманской свиты свидетельствуют о том, что они накапливались в условиях приливно-отливного побережья. Основной снос обломочного материала происходил с орогена, возникшего в результате вендских аккреционно-коллизионных событий, проявленных в южном складчатом обрамлении Сибирской платформы. Доломиты, слагающие верхние части изученного разреза, отнесены к иркутской свите мотской серии. Литолого-фациальные особенности этих доломитов свидетельствуют о мелководно-морских условиях их образования, без поступления обломочного материала, что способствовало массовому расселению кембрийской биоты, охарактеризованной в работе [Marusin et al., 2021]. Авторами впервые предложено провести границу между шаманской и иркутской свитами мотской серии по подошве реперной пачки, представленной карбонатной элювиальной брекчией, которая фиксирует стратиграфический перерыв, и определить ее как границу верхнего венда и нижнего кембрия в изученном разрезе.

В целом, сформулированные в настоящей работе выводы не противоречат представлениям большинства исследователей о поздневендской эволюции южной окраины Сибирской платформы и закладывают основу для дальнейших исследований в данном районе с последующей корреляцией изученных толщ с одновозрастными опорными разрезами других регионов Сибири.

Рассмотрена роль природного водорода в геодинамике и энергетике Земли. Поскольку в современных проектах развития водородной энергетики базовой является гипотеза об изначально гидридной Земле, рассмотрены ее аспекты, а также физические параметры мантии и ядра.

Оценена вероятность нахождения месторождений природного водорода в ловушках осадочного чехла. Показано, что объемы глубинной дегазации водорода, оцениваемые по разнообразным космогоническим, петрофизическим, геохимическим данным, в среднем на два порядка меньше объемов, прогнозируемых гипотезой об изначально гидридной Земле. Следующие из нее выводы о наличии металлосферы не подтверждаются ни геологическими, ни геофизическими данными.

Работа представляет собой критические комментарии к статье М.В. Минца и К.А. Докукиной «Субдукционные эклогиты Беломорской эклогитовой провинции (восток Фенноскандинавского щита, Россия): мезоархей, неоархей или поздний палеопротерозой?» (Geodynamics & Tectonophysics. 2020. 11 (1), 151–200). Беломорская провинция Фенноскандинавского щита – ключевой пункт в исследованиях ранней тектоники, поскольку с ней связаны многочисленные находки докембрийских эклогитов. Проблема возраста эклогитового метаморфизма габброидов Беломорского подвижного пояса неожиданно оказалась крайне актуальной не только для геологии данного региона, но и для докембрийской геологии в целом, поскольку определения рядом авторов возраста эклогитов как архейского (2.7–2.8 млрд лет) делают Беломорский подвижный пояс единственным в мире примером архейского эклогитового метаморфизма и, следовательно, единственным продатированным свидетельством в пользу плейт-тектонической модели эволюции земной коры на самом раннем этапе ее становления.

В статье последовательно проведен критический разбор аргументов, выдвигаемых сторонниками архейского возраста эклогитов Беломорского подвижного пояса. Специальный акцент в работе сделан на изотопно-геохронологических и геохимических особенностях состава циркона из эклогитов, а также на особенностях фазового и химического состава и характера распределения минеральных включений. Авторская трактовка возраста эклогитового метаморфизма, приведшего к образованию эклогитов Беломорского подвижного пояса, основанная на комплексе независимых изотопно-геохимических методов датирования – локальном U-Pb методе по гетерогенным цирконам с магматическими ядрами и эклогитовыми каймами, Lu-Hf и Sm-Nd методах по минералам эклогитового парагенезиса – гранату и омфациту, принципиально другая, чем в рассматриваемой статье: все три метода независимо друг от друга определяют эклогитовый метаморфизм как палеопротерозойский, с одним и тем же значением возраста – около 1.9 млрд лет. По нашим данным, эклогиты Беломорского подвижного пояса являются одними из самых древних высокобарических пород с достоверно установленным возрастом метаморфизма около 1.9 млрд лет при различном возрасте магматического протолита в интервале от 2.2 до 2.9 млрд лет.

Авторы Комментариев, определив в качестве главного объекта своего исследования позднепалеопротерозойские каймы цирконов, проигнорировали многие важные детали ими же полученных данных. Комментарии базируются на ложной идее, будто бы эклогитовые цирконы обладают уникальными геохимическими (REE, Th/U) и изотопными (Lu-Hf, δ¹⁸O) характеристиками, которые не зависят от типа породы и высокого или сверхвысокого давления при метаморфизме, что позволяет однозначно датировать эклогитовый метаморфизм по единичным образцам.