Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Новейшая геодинамика Северокарельской зоны

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Зыков, Дмитрий Сергеевич, Москва

ГЕОЛОГИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ РАН

На правах рукописи

ЗЫКОВ ^Ъри^^ Дмитрий Сергеевич ^ ____3

УДК 551.248.2:551.794(470.22)

НОВЕЙШАЯ ГЕОДИНАМИКА СЕВЕРОКАРЕЛЬСКОЙ ЗОНЫ

(БАЛТИЙСКИЙ ЩИТ)

Специальность 04.00.04 - геотектоника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук.

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук

М.Г. Леонов (ТИН РАН)

доктор геолого-минералогических наук А.А.Никонов (ОИФЗ РАН)

МОСКВА 1999

- ü-

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................3

Гл.1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА СЕВЕРОКАРЕЛЬСКОЙ

ЗОНЫ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ......................10

1.1. Литологические и литолого-стратиграфические комплексы пород......................................14

1.2. Тектонические деформации.............................21

1.3. Глубинное строение по геофизическим данным...........31

Гл.2. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОМОРФОЛОГИИ И НЕОТЕКТОНИКИ.........34

2.1. Восточная часть Балтийского щита.....................34

2.2. Северокарельская зона................................46

Гл.З. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ..................................61

3.1. Выделение неотектонически обусловленных форм

рельефа - морфоструктур............................. .63

3.2. К методике структурно-парагенетических и структурно-кинематических реконструкций............. .77

3.3. Суммирование. Последовательность действий при выделении объемных неотектонических деформаций.......87

Гл.4. НОВЕЙШАЯ ОБЪЕМНАЯ ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОДВИЖНОСТЬ

СЕВЕРОКАРЕЛЬСКОЙ ЗОНЫ..................................89

4.1. Западный фланг дуги Северокарельской зоны. Левосдвиговые деформации.............................89

4.2. Восточный фланг дуги Северокарельской зоны. Правосдвиговые деформации............................97

4.3. Центральная часть дуги Северокарельской зоны. Новейшее надвигание зоны в северном направлении.....101

4.3.1. Особенности новейшей тектоники района Кукасозерской синклинали........................105

4.3.2. Ханкусъярвская синклиналь - развитие

структуры латерального выжимания................133

4.3.3. Кужъярвская синклиналь. Развитие складчато-блоковой структуры..............................152

4.4. Парагенез морфоструктур района Северокарельской

зоны. Геодинамическая интерпретация.................156

Гл.5. ОСОБЕННОСТИ НОВЕЙШИХ ОБЪЕМНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ВОСТОЧНОЙ

ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА................................163

5.1. Примеры проявления объемных неотектонических деформаций в восточной части Балтийского щита.......163

5.2. Основной механизм новейших деформаций...............176

5.3. Предварительные выводы. .............................180

Гл.6. ПАЛЕОСЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОЛОЦЕНОВЫХ И

МОЛОДЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ........................186

Гл.7. ОСНОВНЫЕ ДИСКУССИОННЫЕ ВОПРОСЫ........................201

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................210

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................212

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Новейшая тектоника восточной части Балтийского щита изучалась большими коллективами ученых. В основе их работ лежали преимущественно геолого-геоморфологические методы, дополняемые инструментальными (уровнемерными и геодезическими) данными. В настоящее время установлено общее сводово-купольное возды-мание щита в поздне-послеледниковое время, локальные перекосы территории и большая роль блоковых субвертикальных движений по сети разрывов (Лаврова, 1960; Бискэ, 1961; Николаев, 1967; Лак и др., 1972; Стрелков, 1973; Лукашов, 1976; Никонов, 1977; Кошеч-кин, 1979 и др.). Измерены скорости современных вертикальных тектонических движений, достигающие, в основном, первых миллиметров в год (Победоносцев и др., 1971; Никонов и др., 1972 и др.). Зафиксирована сравнительно слабая историческая сейсмичность (Пана-сенко, 1969; Gregeгsen, 1991 и др.). Полученные данные позволили рассматривать новейшую тектонику Балтийского щита, в основном, с позиции субвертикальных движений весьма умеренной, платформенной интенсивности, что стало общепринятым. Данные же о горизонтальных движениях и деформациях встречаются весьма эпизодически (Войтович, 1971; Ананьев, 1997 и др.). Однако, особенно в последнее время, идет накопление сведений, делающих актуальным пересмотр традиционных взглядов на характер проявления неотектонических движений земной коры региона с позиций представлений о более высокой, чем было принято ранее, подвижности кристаллического фундамента платформ на плитном этапе развития (Леонов, 1993) и наличии не только вертикальной, но и значительной латеральной компоненты его деформации. Можно выделить следующие основные предпосылки для подобного переосмысления: 1) замеры напряжений в горных массивах рудников Балтийского щита показывают значительные превышения горизонтальной составляющей тензора напряжений над верти-

кальной (Турчанинов и др., 1973; Stephanson et а1., 1991 и др.); 2) решения механизмов очагов указывают на наличие горизонтального стресса и сдвигового характера деформаций на глубине (Ассиновс-кая, 1986; ¥аЫзггот е1 а1., 1996 и др.); 3) появляются обоснованные данные о палеосейсмодеформациях (ЬикаэЬоу, 1995 и др.); 4) реконструкции полей напряжений по массовым замерам трещин и бороздам скольжения показывают во многих случаях субгоризонтальную ориентировку оси максимального сжатия (Бабак и др., 1979; Сим, 1997 и др.).

В пределах Русской платформы по данным бурения установлены значительные деформации платформенного чехла, которые часто могут быть увязаны с горизонтальными перемещениями по сдвигам и надвигам в фундаменте (Камалетдинов и др., 1987, 1990; Розанов, 1981) и сделан вывод о значительно большей, чем считалось ранее, роли горизонтальных движений в формировании структуры платформ (Леонов Ю.Г., 1991). Структурные исследования на активизированных платформах и срединных массивах показывают наличие следов тектонического течения консолидированных пород (Леонов, 1993; Леонов и др., 1995).

Подобные данные, однако, фрагментарны и вплоть до настоящего времени не предпренималось попыток рассмотреть новейшую геодинамику конкретного региона (крупной структуры) с позиций проявления объемной, трехмерной деформации. Все это делает представленную работу весьма актуальной как с позиций расшифровки новейшей геодинамики конкретного района (структуры) так и с точки зрения принципиальной научной задачи установления форм и особенностей проявления новейших движений в области Балтийского щита.

Тектонические деформации, происходящие в трехмерном пространстве и связанные с активизацией геологической структуры, в дальнейшем будут называться объемными.

Цель и задачи исследования. Цель исследования: выявить признаки и оценить процессы объемной (включающей как вертикальную, так и латеральную компоненты) подвижности горных масс в новейшее время (включая заключительную его стадию - молодое, после- и позднеледниковое время). Задачи исследования: 1) разработать методические принципы выявления объемных новейших движений и деформаций; 2) выявить отдельные активизированные структуры на местности; 3) установить парагенезы активизированных структур; 4) систематизировать наблюдения и составить структурно-кинематические схемы, отражающие новейшее геодинамическое развитие исследованных участков земной коры.

Объект исследования. Исследования проводились на восточной части Балтийского щита, особенно детальные - в Северокарельской зоне концентрированных деформаций (рис.1). Последняя выбрана по следующим основным причинам: 1) она располагается на границе двух мегаблоков земной коры Балтийского щита: Карельского и Беломорского и позволяет судить об их тектонических взаимоотношениях; 2) зона представляет собой область концентрированных деформаций и, в силу интенсивного проявления морфоструктурных процессов, перспективна для выявления признаков объемных неотектонических движений; 3) в районе Северной Карелии фиксируется сравнительно высокая сейсмичность.

Научная новизна работы. Разработан новый методический подход, позволяющий выделять в рельефе и ландшафте платформенных территорий следы новейших объемных деформаций. На территории восточной части Балтийского щита (особенно детально - в районе Северокарельской зоны) впервые выявлены морфоструктурные парагенезы, отвечающие неотектоническим деформациям не только с вертикальной, но и с горизонтальной компонентой. Показано, что эти движения связаны с объемной подвижностью геологической структуры кристал-

Рис.1. Обзорная схема геологического строения района Северокарельской зоны. Нижний протерозой: 1 ~ осадочно-вулканогенные толщи; 2 - массивы ультраосновных пород; 3 -интрузивные породы, преимущественно диориты. Архей: 4 - осадочно-вулканогенные породы лопия; 5 - тавоярвский комплекс; 6 -саамские гранито-гнейсы; 7 - основные сдвиги; 8 - надвиги; 9 - ориентировочные контуры, в пределах которых наблюдаются выходы нижнепротерозойских толщь Северокарельской зоны.

лических пород фундамента. Для Северокарельской зоны и отдельных районов всей восточной части Балтийского щита созданы структурно-кинематические схемы, отражающие внутриплитное геодинамическое развитие этих участков земной коры. Установлены новые для района участки и характеристики палеосейсмодеформаций.

Практическая ценность. Методические и фактические результаты работ могут быть использованы при обосновании долгосрочной устойчивости крупных сооружений - гидроэлектростанций, атомных электростанций, нефтепроводов и др. Открываются переспективы переоценки долговременного сейсмического потенциала.

Фактическая основа работы. Предварительные результаты по материалам полевых исследований в Якутии, Казахстане, Карелии и на Керченском полуострове были получены во время работы в Лаборатории неотектоники МГУ им.М.В.Ломоносова под руководством проф. Н.И.Николаева, а затем в Лаборатории неотектоники и космической геологии ГИН РАН под руководством проф. В.Г.Трифонова. Основная часть работы была проделана на базе многолетних полевых работ в Карелии в составе лаборатории Тектоники консолидированной коры ГИН РАН под руководством доктора г.-м. наук М.Г.Леонова.

Методы исследования. Автор предложил новый методический подход, в котором последовательно осуществляются такие действия: 1) выделяются неотектонически обусловленные формы рельефа (морфост-руктуры) и их парагенезы; 2) они сравниваются с геологической структурой и выявляются закономерные сочетания; 3) последние анализируются и интерпретируются с точки зрения парагенетических структурно-геологических и морфоструктурных моделей, отвечающих латеральным деформациям и созданных в районах с высокой тектонической активностью, а также по результатам моделирования на эквивалентных материалах; 4) затем строятся структурно-кинематические схемы, отражающих новейшее геодинамическое развитие исследуемых

районов.

Защищаемые положения. 1) Разработан новый методический подход, позволяющий выявлять новейшие объемные (трехмерные) тектонические деформации горных масс в платформенных условиях (особое внимание уделяется выявлению горизонтальной составляющей деформации). 2) На основе применения методического подхода: а) показан вклад объемных неотектонических деформаций в формирование новейшего структурно-геоморфологического плана Северокарельской зоны и участков Карельского массива; б) создана структурно-кинематическая модель, отражающая геодинамическое развитие Северокарельской зоны на новейшем тектоническом этапе. 3) Выявлены палеосейсмоде-формации, свидетельствующие о высоком уровне тектонической активности и сейсмического потенциала земной коры восточной части Балтийского щита.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях Лаборатории неотектоники МГУ им. М.В.Ломоносова (1987, 1988); на конкурсных сессиях ГИН РАН (1992, 1993, 1996); на научном семинаре по проблемам активной разрывной тектоники в Национальном агентстве по защите окружающей среды (ЕКЕА-В1вР) Рим, Италия (1993); на Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода, в ГИН РАН (1994); на пятой Конференции памяти Л.П.Зоненшайна (1995); на тектоническом совещании "Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов" в МГУ им.М.В.Ломоносова (1996); на научном совещании "Современная тектоническая активность, строение и сейсмичность Восточно-Европейской платформы" в С-Петербурге, ВСЕГЕИ (1997); а также на коллоквиумах ГИН РАН в 1996, 1998 годах и на заседаниях Лаборатории Тектоники консолидированной коры ГИН РАН (1995-1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из "Введения",

7 глав и "Заключения", изложенных на 155 страницах машинописного текста. Она содержит 68 рисунков, 3 фотографии. Библиография включает 456 наименований.

Благодарности. Автор выражает большую благодарность научным руководителям работы М.Г.Леонову и А.А.Никонову за постоянную помощь и консультации в ходе проводимых исследований. В процессе работы автор обсуждал различные аспекты своих научных разработок с P.P.Атласовым, В.И.Бабаком, Л.И.Боголюбовой, О.А.Воейковой, В.А.Галкиным, В.А.Зайцевым, А.И.Ивлиевым, А.И.Кожуриным, А.Н.Козловым, С.Ю.Колодяжным, М.Л.Коппом, H.П.Костенко, Ю.А.Лаврушиным, Ю.Г.Леоновым, А.В.Лукьяновым, А.Д.Лукашовым, Э.H.Лишневским, В.И.Макаровым, Н.В.Макаровой, Ю.А.Морозовым, М.В.Минцем, А.А.Най-марком, С.А.Несмеяновым, Н.И.Николаевым, П.Н.Николаевым, Ю.Й. Сыстрой, С.Ф.Скобелевым, С.Г.Смирновым, С.В.Руженцевым, В.Г.Трифоновым, Н.С.Фроловой и признателен им за ценные советы и критические замечания. Хочется поблагодарить также своих коллег по полевым работам последних лет - С.Ю.Колодяжного, М.Л.Сомина, И.И.Бабарину, Ф.С.Котова, В.В.Травина.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 96-05-64412).

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА СЕВЕРОКАРЕЛЬСКОЙ ЗОНЫ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ.

Вводная часть.

Геологическим исследованиям, захватывающим территорию работ

I

автора, посвящена огромная литература, в которой представлен широкий спектр мнений по разным аспектам геологического строения изучаемых районов (Волотовская и др., 1960; Кратц, 1963; Богданов и др., 1966; Володичев, 1977; Войтович, 1975; Коросов и др., 1975; Воинов и др., 1987; Миллер, 1988 и др.). В своих исследованиях автор опирался, в основном, на работу Ю.Й.Сыстры (1991), на данные, полученные М.Г.Леоновым и С.Ю.Колодяжным (Леонов и др., 1996, 1998; Колодяжный, 1998), и, отчасти, на собственные полевые наблюдения.

Наиболее важными элементами геологической мегаструктуры исследуемой территории, располагающейся на севере Карелии и, отчасти, на территории юга Мурманской области, являются Северокарельская зона (Кратц, 1963) и разделяемые ею фрагменты двух крупных мегаб-локов земной коры: Карельского и Беломорского (рис. 1-3). Северокарельская зона сложена раннепротерозойскими метаморфизованными и сильно деформированными, преимущественно вулканогенно-терригенны-ми породами, имеет протяженность немного менее ста километров и представляет собой в плане сравнительно узкую прерывистую дугу, выгнутую в северном направлении. Зона имеет синклинорный характер и представлена сравнительно крупными Кукасозерской и Пааноярвинс-кой сложными синклиналями и несколькими более мелкими аналогичными структурами (Ханкусъярвская и др.), названными по расположенным в их пределах одноименным озерам. Карельский и Беломорский мегаблоки сложены преимущественно гранито-гнейсами архея, интру-

чу у X X. X ц ь. 7 ©

Н о > » 2 Л. Л/ Л, • — — —

V в • 0 О ** ~ /• & _ — _

' \ *. * * * -И- Ч У г

* * J у * у

С» «""» ^ О в <В о Ч + + + + + +• Л?

V V V V V \/ V \/ V \Г V 5 * * * * * * * * // .У у

6 * * * ж * /2 *

Рис.

2

Схема геологического строения Северокарельской зоны, по Ю.Й Сыстре (1991), с дополнениями.:

Условные обозначения к рис, 2.

1 - Голоценовые отложения. Флювиогляциальные озовые и дельтово -озовые накопления повышенной мощности. Карельский комплекс пород. Нижний протерозой: 2 - Людиковийский надгоризонт. Амфиболиты, доломиты, амфиболо - карбонатные сланцы, полимиктовые конгломераты; 3 - Ятулийский надгоризонт. Кварц -полевошпатовые кварците - песчаники с прослоями карбонатных метаморфических пород и метавулканитов; 4 - сариолийский надгоризонт. Полимиктовые конгломераты; 5 - сумийский надгоризонт. Преимущественно андезито - базальты, преобразованные в амфиболитовые сланцы и амфиболиты. Прослои кислых вулканитов - плагиопорфиров, кварцитов.

туфоконгломератов; 6 - перидотиты и габбро - нориты; 7 - диориты и грано - диориты. Лопийский комплекс пород. Верхний архей: 8 - Осадочно - вулканогенные образования, преобразованные в биотит - амфиболовые микрогнейсы; 9 - микроклиновые лейкограниты, п л а г и о м и к р о кли н и з и р о в ан ные граниты; 10 - граниты соколозерского типа; 11 - грано - сиениты; 12 - диориты и грано

- диориты; 13 - метапироксениты. Саамский комплекс пород. Нижний архей: 14 - Плагиограниты и тоналиты; 15 - грано - диориты; 16

- мигматизированные биотитовые и амфибол содержащие гнейсы Беломорской серии. 17 - Сдвиги и сбросы; 18 - надвиги и взбросы.

Рис. 3 . Схема расположе