Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Новейшая тектоническая структура и геодинамика Кузнецкой периорогенной области

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Новейшая тектоническая структура и геодинамика Кузнецкой периорогенной области"

РГЗ ол 1 1 ПОП ¡ьНЗ

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет

УДК 624.131 На правах рукописи

МАКЕЕВ Владимир Михайлович

НОВЕЙШАЯ ТЕКТОНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ГЕОДИНАМИКА КУЗНЕЦКОЙ ПЕРИОРОГЕННОЙ ОБЛАСТИ (северо-западная чзстъ Алтаз-Саянского орогена)

Специальность: 04.00.04 - Геотектоника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА 1996

Работа выполнена в Институте геоэкологии РАН

Научный руководитель:

Лауреат Государственной премии, доктор геолого-минералогических наук

В.И. Макаров

Официальный оппонвнты: доктор геолого-минералогических наук профессор ГО.К. Щукин (ВНИИГеофизика Министерства природных ресурсов РФ); кандидат геошго-мчнерапсгических наук Н.И. Строк

(Институт горного дела РАН).

Ведущая организация:

Геологический институт РАН

Защита состоится 15 ноября 1996 г. В 1430 на заседании специализированного совета К.053.05.02 по общей и региональной геологии и геотектонике при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва В-234, Воробьевы горы, МГУ, геолсгический факультет, аудитория 608.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ, зона "А", б этаж

Автореферат разослан 15 октября

Ученый секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук ! ,

А 1А.Ф. Читалин

Азия - это метрополия глубинных складок.

Эмиль Арган, 1935

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Кузнецкая область расположена в переходной зоне между двумя крупными геоструктурами: Западно-Сибирской эпи-палеозойской плитой и Алтае-Саянсхим эпиплатформеннкм орогеном и относится к типу периорогенных. Структурный анализ результатов динамического взаимодействия этих двух крупных геострукгур представляет научный интерес с точки зрения понимания природы и механизма внутриконтинентального орогенеза, а также формирования древнего и новейшего перекрестных структурных планов. С этой течки зрения автору представилась уникальная возможность провести анализ новейших структур не только в северо-западной части Алтае-Саян, но и в пределах Центрально-Азиатской области орогенеза.

С увеличением количества добытого угля, плотности и глубин разработок осложняется и экологическая обстановка в Кузбассе. За последние десятилетия увеличилось количество землетрясений техногенного происхождения, меняется динамика наземных и подземных вод, активизировались оползневые и эрозионные явления, происходит рост зоронок проседания, изменяется структура почвенного и растительного покрова. Существующие шахтные водоотстойники являются экологически опасными для крупных рек Кондома и Томь, так как выбор местоположения водоотстойников не всегда обосновывается с точки зрения наличия зон повышенной трещиноватости и их современной активности. Как показали полевые исследования, большую опасность для экологии района представляет повышенная аварийность на шахтах (прорывы воды и газа, обрушения кровель и бортов выработок и т.п.). Поэтому необходимо провести оценку техногенного влияния геодинамически активных структур на со- . стояние природной среды. Такой анализ позволит прогнозировать горно-геологические условия добычи угля и снизить отрицательное влияние на экологическую обстановку в регионе.

Следует подчеркнуть также, что область исследования расположена за пределами тектонически активного Алтае-Саянского орогена, однако это не является критерием для отнесения ее к сейсмически безопасному району. Периодически возникающие здесь землетрясения пока небольшой силы заставляют более внимательно рассмотреть эту область и с позиции ее сейсмического потенциала.

Цель исследования состояла в выявлении и всестороннем анализе новейших структурных форм и оценке закономерностей времени и причин их становления, пространственного распространения, кинематических и геодинамических особенностей и тенденций их развития. Важно было определить роль глубинных структур на характер заложения складок и разломов новейшего возраста.

Особой целью было установление природы очагов отрицательных горногеологических явлений на шахтах Кузбасса и соответствующая типизация территории.

Задачами исследования являлись: 1) всестороннее изучение новейших деформаций и их соотношений с формами салаирско-каледон.ских и гер-цинских структур, амплитуды и скорости, а также интенсивности проявления тектонических движений и морфологических особенностей; 2) выявление эро-зионно-денудационных ступеней выравнивания и коррелятных им новейших отложений; ч) структурный анализ соотношения глубинных слоев литосферы относительно приповерхностных новейших структурных элементов; 4) выявление зависимостей между проявлением очагов негативных явлений в горных выработках от новейших тектонических структур и древних складчато - разрывных зон, а также типизация горно-геологических условий и их прогноз относительно обрушений кровли выработок, прорывов воды, выбросов угля и породы, отжима бортов, участков с повышенным горным давлением и т.п.

Методика исследований. В работе были использованы традиционные приемы геологического картирования припозер/ностных форм, а также изучения приконтурной зоны горных выработок. Широко применялся опыт структурно-геоморфологического анализа с построением структурно - геоморфологических, разрезов, который был разработан доктором г-м наук, профессором Н.П.

Костенко, доктором гм наук В.И. Макаровым, доктором г-м наук С.А. Несмеяновым, кандидатом г-м наук Н.В. Макаровой и др. Проводилось дешифрирование космо- и аэрофотоснимков. Результаты замеров трещиноватости и борозд скольжения обрабатывались кандидатом г-м наук Л А Сим с помощью метода кинематического анализа. В процессе работы выполнен анализ опубликованного фактического материала по литологии, стратиграфии и тектонике, а также были использованы результаты глубинных геофизических исследований.

Научная новизна. Установленные пространственные и временные характеристики новейших структур Кузнецкой периорогенной области показали, что их последовательное заложение и развитие происходит э направлении Западно-Сибирской плиты. Специфическими элементами новейшего тектонического плана являются активные зоны структурных несогласий и интерференции разноплановых, разноглубинных и разновозрастных структур, что вызывает повышенную напряженность геологической среды в современный период.

Выполнена типизация зависимости условий разработки горных выработок от новейшей тектонической структуры.

Становление перекрестного структурного плана происходит в условиях тектонического сжатия, наведенного как со стороны Алтае-Саянской, так и Центрально-Азиатской областей орогенеза, в связи с чем различно ориентированные складки основания могут иметь различный генезис, механизм образования и режим развития.

Практическая значимость. Полученные данные существенно дополняют и отчасти изменяют представления о новейшем тектоническом строении Кузнецкого региона. Выявленная активность структурных зон, основанная на различном соотношении древних и новейших структур с пространственной и временной изменчивостью одних направлений по отношению к другим, позволяет типизировать горно-геологические условия месторождений не только в объеме отдельных шахтных полей (месторождений), но и отдельных выработок. Первые результаты этих работ уже использованы на угольных шахтах Южного и Центрального Кузбасса. Здесь на основании карт потенциальной опасности зон различными шахтными службами проводились профилактические мероприятия в горных выработках по снижению возможного экономического и

экологического ущерба от возможных негативных процессов (отчеты ИГД им. Скочинского РАН 1990,1391 гг. и ИГЦ РАН 1992,1993 гг.).

Полученные результаты исследований могут являться основой для пересмотра ранее принятых схем потенциальной сейсмической опасности региона. Согласно тенденции развития фронта современного орогенеза здесь возможны более мощные землетрясения, чем были известны до сих пор.

Предлагаемая карта новейших тектонических структур, а также геодинамическая и кинематическая модель их развития могут быть рекомендованы для использования при заложении космогеодезических сетей для изучения характера тектонических деформаций и тенденций их развития, а также при экологическом мониторинге природной среды.

Фактический материал. В основу работы положены результаты, полученные автором в процессе полевых работ 1989-1993 гг. и дальнейших камеральных исследований. В диссертации использован опубликованный материал по геологии новейших отложений, тектонике, структурной геоморфологии и по очагам горно-геологических явлений, который имел отношение к решению поставленных задач.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Всероссийской научно-практической конференции "Системный наземно-аэрокосмический мониторинг" (Свердловск, 1991), на Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода (Москва, 1994), на первом международном семинаре "Напряжения в литосфере (глсбальные, региональные, локальные)" (Москва, 1994), на двух совместных семинарах сотрудников ИГЦ РАН и ГИН РАН (Москва, 1994), на XXIX тектоническом совещании "Неотектоника и современная геодинамики континентов и океанов" (Москва, 199С) и опубликованы в 16 работах.

Защищаемые положения.

1. Новейшая тектоническая структура Кузнецкой периорогенной области представлена складками основания, формирование которых происходит по даум преимущественным направлениям: северо-восточному и северо - западному и создает ярко выраженный перекрестный структурный план. Этот план является суммарным выражением структурной дисгармонии литосферы, кото-

рая осуществляется на разных глубинах, по различным преимущественным направлениям, в разных формах и с разной тектонической активностью.

2. Становление новейших складок основания происходит в условиях общего тектонического сжатия, наведенного как со стороны Алтае-Саянской, так и Центрально-Азиатского областей новейшего горообразования.

3. Негативные горно-геологические явления месторождений обусловлены, главным образом, морфологическими, тектоническими, кинематическими и геодинамическими особенностями новейшего структурного плана, которые заключаются:

а) в более чем двух структурных направлениях, одно из которых обязательно является наиболее активным по отношению к другим и занимает преимущественное простирание, согласуясь или не согласуясь с простиранием палеозойской складчатости;

б) в интерференции, разнонаправленных зон одного (прогиба с прогибом или поднятая с поднятием) или разного знака (поднятия с прогибом) тектонических движений, что отражает соответственно пониженное или повышенное напряженное состояние геологической среды.

в) в зонах структурных азимутальных несогласий и повышенной трещи-новатости с потенциально сдвиговыми условиями формирования, которые рассматриваются в совокупности с технологией ведения горных работ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ и 6 научно-производственных отчетов.

Структур« и объем работы. Работа содержит 171 страниц машинописного текста, 30 рисунков и фотографий, 4 графика. Она состоит из введения, 5-ти глав и заключения. Список литературы содержит 106 названий.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук В.И. Макарову, заведующему лабораторией неотектоники и дистанционного зондирования ИГЭ РАН, в которой была выполнена работа, а также за совместный плодотворный труд, обогативший меня знаниями и опытом.

Без сомнения, состоявшейся работе я обязан коллективу сотрудников, в среде которых я работаю, кф-мн А.И. Иванову, кг-мн В.И. Бабаку, кбн Е.Ю

Якименко, кг-мн C.B. Григорьевой, дф-мн A.C. Алешину, кг-мн А.Д. Жигалину, кг-мн А.Д. Кожевникову., В.Г. Синчук и С.Д. Васютинской

Я признателен членам ученого совета и другим сотрудникам ИГЭ РАН: академику В.И. Осипову, дг-мн В.М. Кутепову, дг-ин, профессору В.А. Мымрину, дг-мн В.П. Звереву, дг-мн С.М. Семенову, кг-мн С.М. Чесалову, кг-мн В.Г. Заи-канову, кг-мн Е.М. Грибову, кг-мн НА Румянцевой и ТА. Додоновой за поддержку работы, а также за обстоятельное обсуждение результатов исследований и добрые советы

Очень полезными для меня были научные обсуждения работы с кг-мн А.И. Кожуриным, дг-мн, проф. Ю.К. Щукиным, кг-мн Н.И. Строкой, кг-мн А.Г. Скворцовым, ктн К.К. Ходоровичем, юн С.А. Логашкиным, дг-мн, проф. Н.П. Костенко, кг-мн Н.В. Макаровой, кг-мн Л.А. Сим, дг-мн И.И. Дземой, кг-мн А.Е. Романько, дг-мн В.Н. Шолпо, кг-мн O.A. Кучай, кг-мн С.Ф. Скобелевым, кг-мн Н.В. Лукиной, кг-мн Я.М. Грицюком, кг-мн А.Ф. Щифевым, Г.В. Якиным и др. учеными.

Я благодарю кф-мн А.И. Иванова, B.C. Крылову, В.Г. Синчук, кф-мн O.K. Миронова и Д.В. Королькова за большую техническую помощь, которую они оказали при оформлении диссертации.

Я признателен Е.А. Макеевой, М.Г. Рубцовой и М.А. Мазочу за внимание к моей научной работе.

Глава 1 ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Рассматриваемая территория относится к одной из наименее исследованных горно-складчатых областей, обрамляющих с юга платформы Северной Евразии. Первые работы по изучению новейших тектонических движений были начаты здесь В.А. Обручевым (1915, 1933,1943), М.А. Усовым (1936) и В.П. Не-хорошевым (1936, 1939, 1959). Они обозначили лишь самые общие черты строения и развития региона в новейшее время.

С 1960 по 1980-е годы активно изучалась стратифафия новейших отложений» их корреляция с тектоническими движениями. Большой вклад в этом направлении был сделан OA Адаменко (1963, 1965, 1967, 1971, 1973, 1974,

1976), Е.В. Девяткиным (1965), В.В. Фениксовой (1966), С.А. Архиповым (1971), В.В. Вдовиным (1976), Б.М. Богачкиным (1981) и рядом других исследователей.

Большой объем работ по региональному структурно - геоморфологическому анализу территории и дешифрированию аэро- и космофотоматериа-лов был успешно выполнен Л.К. Зятьковой (1973, 1977), Я.М. Грицюком (197Э, 1986), Н.И. Строкой, А.Г. Скворцовым и К.К. Ходоровичем (1989-1992).

Обоснованию связи между сейсмичностью региона и новейшей тектонической зональностью посвящены работы Н.Д. Жалковского (1967, 1938, 1978, 1938), Ф.С. Моисеенко (1969, 1971) и И.Д. Цидульки (1975,1983), Е.А. Рогожина (1990), О А Кучай (1995).

Анализу скорости и амплитуд тектонических движений, а также состояния современного поля напряжений в связи с негативными явлениями в горных выработках посвящены работы И.М. Ватутиной, И.М. Петухова (1986, 1988, 1990), А.Ф. Щигрева (1982) и И.И. Дземы (1987).

Более общие вопросы влияния Центрально-Азиатского орогенного пояса на прилегающие платформы и формирования периорогонных зон проработаны в работах Э. Аргана (1922), М.М. Усова (1938), Ю.А. Мещерякова (1965, 1981), Ю.М. Пущаровского (1969), М.С. Нагибиной (1970), Л.М. Расцветаева (1980), А.Г. Золотарева (1985, 1990), В.И. Макарова (1983-1995), В.Г. Трифонова (1983-1988) и М.Л. Коппа (1991).

В результате сложились следующие принципиальные представления о новейшей структуре региона: 1) периорогенная область представляет переходной тип структур от орогенов к платформам; 2) блоковые молодые структуры, заложившиеся на гетерогенном и разновозрастном основании, отражают, в основном, влияние движения Индостанской плиты з северном направлении, либо, по очень распространенному мнению, являются производными местных глубинных тектоно-магматичоских процессов и вертикальных глыбовых движений земной коры.

ДРЕВНЯЯ СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ АЛТАЕ-САЯНСКСЙ ГОРНО-СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ

Область исследования включает Кузнецко-Алатаускую и Горно-Шорскую складчатые зоны салаирско-каледонского возраста, а также Темь - Колыван-скую и Салгирскую зоны герцинского возраста, разделенные Кузнецкой и Минусинской впадинами позднепапеозойского возраста.

Складчатые зоны сложены следующими формациями: Томь-Колывань -карбонатно-терригенной и угленосной формациями средне - позднепапеозойского возраста; Салаир - терригенно-вулканогенной формациями ранне- и сре-днепалеозойского возраста; Кузнецкий Алатау - терригонно-вулканогенными и карбонатным/, формациями докембрийского и раннепалеозойского возраста; Кузнецкая впадина - терригенно-угланосной формацией позднепэлеозойско-триасового возраста; Хакасские впадины - терригенно-вулканогенными формациями позднепапеозойского и мезозойского возраста.

В области исследования образовались крупные разломы палеозойского возраста: сдвиги, ориентированные преимущественно в северо-западном направлении (Прииртышский, Западно-Мартайгинский, Восточно-Саянский, Тыр-ганский и другие), а также надвиги, простирающиеся преимущественно в северо-восточном направлении (Саяно-Минусинский, Горловско-Зарубинский, Кыт-мановский, Барнаульско-Саранинский и другие).

Таким образем, в результате продолжительной истории становления земной коры в северо-западной части Алтае-Саян сформировалась мозаичная облаегь с невыдержанными, перекрещивающимися, взаимноперг.ендикуляр-ными, простираниями складчатых зон с преобладанием северо-восточных и сеееро-залэдных ориентировок, их торцовыми сочленениями по крупным разломам (обычно сдвигам и надвигам).

НОВЕЙШАЯ (ПОЗДНЕОЛИГОЦЕН-ЧЕТВЕРТИЧНАЯ) ТЕКТОНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КУЗНЕЦКОЙ ПЕРИОРОГЕННЭЙ ОБЛАСТИ

На палеозойском складчатом основании в течении позднего кайнозоя (поздний олигоцен - четвертичное время) произошло заложение новейших складок, которые ориентированы преимущественно в ранее заложенных северо-западном и северо-восточном направлениях.

К структурам северо-восточного простирания приурочены: Кулундинско-Тегульдетская и Бельагач-Северсминусинасая системы прогибов, а также Томь-Колыванская, Бахматовско-Урскэя и Горно-Шорская системы поднятий. Эти структуры имеют локальный характер распространения. Они развиваются между северным фасом Алтае-Саянской области орогенеза и платформенными структурами Западно-Сибирской плиты.

К структурам, простирающимся в северо-западном напранлении относятся: Иртышская, Бийско-Барнаульская, Кузнецкая и Хакасская зоны прогибов, а также Приобская, Салаирская и Кузнецко-Алатауская зоны поднятий. Эти структуры имеют более региональный характер распространения, чем предыдущие складки. Они простираются далеко за пределы собственно области исследования, включая в себя не только Аптае-Саянскую область орогенеза, но и южную часть Западно-Сибирской плиты, прослеживаясь вплоть до Сибирских увалов (Макаров, 1994).

Новейшие складки периорогена различаются по масштабу проявления и дифференцированное™ тектонических движений. Поэтому в работе складки северо-восточного и северо-западного простираний условно разделены соответственно на системы и зоны (см. рисунок).

Структуры северо-восточного простирания Томь-Колыванская система поднятий приурочена к самой северной части Кузнецкого периорогена. Она полностью наследует пдзднегерцинскую одноименную складчатую зону. Северная граница поднятия устанавливается

СТРУКТУРНО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА И ПРИЛЕГАЮЩИХ ОБЛАСТЕЙ (Составили В.М.Макеев,В.И.Макаров, 1992 г.)

56 б>

1 - высокоградиентные зоны структурных несогласий: а) явные, 6) скрытые; 2 - структуры северо-западного простирания: а) поднятия (I - Салаирское и II - Кузнецко-Алатауское), б) прогибы (III - Иртышский, IV - Кузнецкий и V - Хакасский); 3 - структуры северо-восточного простирания: а) поднятия, б) прогибы; 4 - ступени рельефа; 5 - разломы палеозойского возраста.

по смене линейно выраженных структур брахискладчатыми формами ЗападноСибирской плиты.

К отрицательным зонам поднятия, которые отчасти наследует река Обь, приурочены террасовые комплексы пород преимущественно средне- и поэдне-плейстоценового возраста. Им соответствует две эрозионно-денудационных ступени выравнивания, возраст которых датирован средним и поздним плейстоценом. По мнению В.В. Фениксоеой (1977), поднятие имеет возраст не древнее среднего плейстоцена.

Кулундинско-Тэгульдетская система прогибов расположена между двумя поднятиями: Томь-Колыванским и Бахматовско-Урским. На западе эта система унаследовала Кулундинский, а на востоке Тегульдетский мезозойские прогибы. Центральная часть этой системы представлена Северо-Кузнецким прогибом среднепалеозойского заложения.

Прогибы представлены брахискладчатыми формами, связанными между собой непрерывно прослеживающимися долинообразными узкими понижениями, в которых преобладают в основном эрозионные процессы. В самих прогибах получили развитие континентальные отложения позднего олигоцена и неогена, выше которых расположены аллювиальные отложения речных террас в основном средне- и позднеплейстоценового возраста.

Бахматовско-Урская система поднятий приурочена к центральной части периорогена. Она отчетливо выражена в районе Барнаульской возвышенности и далее прослеживается в направлении Салаира и Кузнецкого Алатау, где постепенно выклинивается.

К отрицательным локальным формам системы приурочены террасы прислоненного и цокольного типов. Их возраст колеблется от раннего до позднего плейстоцена.

Здесь получило развитие максимальное количество эрозионно-денудационных поверхностей выравнивания, возраст которых хорошо коррелирует-ся с основными этапами тектонической активизации, установленных O.A. Ада-менко (1963). О возрасте двух первых ступеней было сказано раннее, а возраст третьей и четвертой соответствует здесь эоплейстоцену и позднему олигоцену.

Бвльагач-Свввроминусинская система прогибов приурочена к южной части Кузнецкого периорогена и расположена между Бахматовско-Урской и Горно-Шорской системами поднятий. На западе она унаследовала Бельагач-скую и Чумышскую впадины мезозойского и более раннего возраста, на востоке - Северо-минусинский прогиб среднепалеозойского возраста. Центральная часть системы представлена Южно-кузнецким прогибом среднепалеозойского заложения.

Южная граница системы прогибов прослеживается вдоль северного фаса Алтая, а затем вдоль северных границ Горной Шории, хребта Тегир-Тыз и Батенеевского кряжа. К этой границе приурочена максимальная плотность новейших разрывов, с которыми связаны гидротермальные проявления долины Белокурихй. Северная граница системы прогибов имеет рассеянный характер распространения.

В западной части системы прогибов наиболее полно представлен разрез новейших отложений. Здесь развиты олигоценовые аллювиальные комплексы и глинистые буровато-красные отложения миоцена и плиоцена. Плейстоцен з восточной и западной частях системы характеризуется аллювиальными отложениями речных террас.

Структуры сэверо-западного простирания

Иртышская зона прогибания наследует одноименную синклиналь позднепалеозойского возраста. Западная и восточная границы прогиба четко контролируются палеозойскими разломами, активизированными в эоплейсто-ценовое время.

Олигоценовые и неогеновые отложения в пределах прогиба представлены континентальными фациями. Они залегают с размывом на морских образованиях позднего эоцена. В долине реки Иртыш сформировались аллювиальные отложения четырех надпойменных террас средне- и позднеплейстоцено-вого возраста.

Зона поднятия Приобского плато расположена в междуречье Барнаульской Оби и Иртыша. Она тяготеет к Барнаульскому докембрийскому массиву, на котором расположен чехол меЗозой-раннекайнозойского возраста Западно-Сибирской плиты.

Водораздельные части поднятия сложены раннеплейстоценовыми отложениями, в которые вложена лестница среднеплейстоцен-голоценовых террас Бийско-Барнаульского прогиба.

Бийско-Барнаульская зона прогибания заложилась на границе Барнаульского массива с раннепалеозойскими структурами Салаира. В пределах прогиба получили распространение континентальные отложения олигоценово-го и неогенового возрастов и пять надпойменных террас среднего и позднего плейстоцена.

Салаирская зона поднятия полностью унаследовала простирание Центрально-Салаирской складчатой зоны среднепалеозойского возраста. Поднятие представлено в виде дугообразно изогнутой формы, обращенной выпуклой стороной к Кузнецкому прогибу. Здесь она обрывается резким уступом высотой от 100 до 200 м, который является восточной границей зоны.

По предгорьям Салаирского поднятия широко распространены суглинистые сероцветные отложения с прослоями песков и галечников эоплейстоцено-вого возраста. Эти отложения залегают с размывом на породах неогена, которые сформированы на корах выветривания палеозойских пород (Архипов, 1971).

Кузнецкая зона проаибания заложилась на одноименной впадине среднелалеозойского возраста. К ней приурочены долины рек Иня и Томь. Границы прогиба прослеживается достаточно отчетливо. Так, западная фиксируется вдоль древнего активизированного в новейшее время Тырганского разлома, восточная - вдоль активизированного Западно-Мартайгинского.

В бассейне реки Иня распространены молассовые отложения олигоце-нового, неогенового и эоплейстоценового возраста. В пределах долин рек Иня и Томь образовались четыре надпойменные террасы среднеплейстоценового возраста и три - позднеплейстоценового.

КузнчцкО'Алатауская зона поднятия приурочена к одноименной горно-складчатой области салаирско-каледонского возраста: Западная граница поднятия прослеживается вдоль Западно-Мартайгинского, восточная - вдоль Хакасского активизированных разломов.

Здесь сформировалось пять эрозионно-денудационных ступеней выравнивания. Самая древняя (пятая) предорогенная содержит покров рыхлых красноцветных отложений так называемого "третичного пенеплена Алатау". В этот пенеплен врезаны "Еланские долины" (четвертая ступень), которые соответствуют эоплейстоцоновому возрасту и три других соответственно средне-плейстоценового, позднеплейстоценового и голоцекового возраста, которые сопоставляются с аллювиальными террасами реки Кия.

Хакасская зона прогибания заложила«, в пределах Минусинских, Чулымской и Назаровской впадин среднелалеозойского возраста. К ней приурочены долины рек Чулым и отчасти Енисей. В северном направлении прогиб прослеживается в структуре чехла Западно-Сибирской плиты, в южном он постепенно выклинивается а новейшем поднятии Западного Саяна.

Здесь самыми древними отложениями новейшего возраста является аллювий позднего олигоцена-раннего миоцена, который распространен в ЮжноМинусинской и Назаровской котловинах. Неогеновому этапу развития структуры соответствуют коры выветривания, плейстоценовому - образование речных террас.

Пересечения структур северо-западного и северо-восточного направления образуют выразительные зоны интерференции и высокоградиентные зоны структурных азимутальных несогласий.

Зоны интерференции достаточно разнотипны в зависимости от знака пересекающихся (разнонаправленных) структур. Имеется в виду интерференция разнонаправленных зон одного знака: положительного с положительным (поднятия с поднятием) или отрицательного с отрицательным (прогиба с прогибом), либо разных знаков: отрицательного с положительным (прогиба с поднятием). Примерами интерференционных структур одного знака являются наложение Салаирского и' Кузнзцко-Алатауского поднятий или Иртышского и Кулун-динского прогибов. В пределах поднятой она выразилась резким увеличением их поперечных размеров и амплитуд тектонических движений, а пределах прогибов - увеличением их' ширины и аномально высокой мощностью новейших отложений. Менее выраженной оказалась интерференция поднятий с прогибами. Она характеризуется промежуточными значениями скорости и амплитуд

тектонических движений, хотя изменение морфологии тех и других в местах пересечений достаточно заметны.

Высокоградиентные зоны структурных несогласий разделяют структурные поля с разноориентнрованными складками новейшего возраста. Они приурочены к северным фасам Томь-Колыванс,<ого и Горно-Шорского поднятий. Наиболее ярко выраженной является Гсрно-Шорская зона структурных несогласий, которая унаследовала и северный фас Алтая. В южном направлении, за пределами этой зоны расположена Алтае-Саянская область новейшего орогенеза, где интенсивное^ коробления земной коры, а также амплитуда и скорость тектонических движений значктепьно выше чем в пределах периорогена. К Горно- Шорской зоне приурочены максимальные фадиенты ноьейших движений и высоты рельефа, а также надвиги новейшего возраста (Адаменко, 1967; Раковец, 1983). В этой зоне приводятся в соприкосновение разновозрастные (древние) складчатые зоны. К ней тяготеют аномальное погружение подошвы земной коры, повышенная тектоническая напряженность, сейсмичность и усиление негативных проявлений в горных выработках.

В северном направлении, за пределами линейно выраженного Томь-Ко-лываньского поднятия распространены нечетко выраженные брахиформные. структуры исключительно платформенного типа, отражающие более низкую степень тектонической активности чем в пределах периорогена.

Таким образом, приповерхностные складки, ориентированные в двух направлениях, образуют перекрестный структурный план со специфическими чертами строения. Заложивши» в позднем олигоцене на разновозрастном гетерогенном складчатом основании, новейший тектонический план в целом наследует основные черты, строения древнего складчатого основания и отражается в глубинных структурах земной коры. Исходя из этого и в соответствии с представлениями Э. Аргана (1935) и С.С. Шульца (1948), эти структуры интерпретируются как складки основания или как глубинные складки.

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ И СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА

Активные неотектонические движения, которые отчетливо проявились в северо-западной части Алтае-Саякского орогена начиная с олигоцена, привели к созданию здесь новейших складок основания, охватив раннее сформированный и выровненный массив с достаточно мощной литосферой.

Отражение структурных форм новейшего возраста в глубинных слоях земной коры. Анализ глубинных слоев литосферы, выполненный в основном по материалам B.C. Суркова (1973), показал, что объемные деформации отражаются в строении приповерхностного струкгурного плана новейшего возраста.

Так, изопахиты верхней части консолидированной коры коллинеарны с приповерхностными структурами в основном северо-восточного простирания. Линейно выраженные аномалии северо-западного простирания подавляются преимущественным развитием аномалий северо-восточных направлений.

Изогипсы подошвы верхнекорового или "гранито-метаморфического" слоя в целом согласны с обобщенным планом приповерхностных складчатых зон. Здесь положительным структурным формам рельефа соответствует воз-дымание подошвы слоя. Несоответствие имеется между линейно выраженными структурами северо-восточного простирания и изометричными аномалиями рельефа подошвы слоя.

Изопахиты среднекорового слоя изменяется от 0 до 20 км. Наибольшое утонение и выклинивание слоя наблюдается в пределах Кузнецкого прогиба. Максимальная его мощность (дб 20 км) отмечена в пределах Горно-Шорского поднятия. В Кузнецком Алатау она достигает 10-15 км.

Мощность нижнекорового слоя максимальна в пределах поднятий и минимальна в пределах прогибов. Такое же соответствие наблюдается в пределах интерференционна»« структур, пространственно соотносимых с изометрич-ной формы аномалиями мощности слоя. Изопахиты этого слоя отражают приповерхностные структуры в основном северо-западного простирания, чем се-

веро-восточного. Особенно хорошо это просматривается на структурах Сала-ирско-Алтайского регионального поднятия.

Поверхность рельефа М зеркально отражает приповерхностный структурный план, по сравнению с рельефом подошвы верхнекорового слоя. Здесь нашли свое отражение северное (Томь-Колыванское) и южное (Горно-Шорское) азимутальные структурные несогласия, ярко выраженные в приповерхностном слое земной коры. Они представлены высокоградиентным погружением поверхности М в направлении к Алтае-Саянской области орогенеза.

Таким образом, положительные и отрицательные формы приповерхностного слоя земной коры имеют обратный (зеркальный) и/или прямой тип отображения в морфологии глубинных слоев земной коры.

Глава 5

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Становление складок основания, ориентированных в северо-западном и северо-восточном направлениях, произошло в условиях тектонического сжатия земной коры, наведенного со стороны Центрально-Азиатской (региональное поле) и Алтае-Саянской (локальное поле) областей орогенеза. Такой вывод вытекает из неотектонических линейных зон земной коры, активность которых последовательно возрастает соответственно в юго-западном (в сторону Пами-ро-Тяньшаньского орогена) и юго-восточном (в сторону Аптае-Саянского ороге-на) направлениях. В этих направлениях постепенно возрастают амплитуды и скорости тектонических движений, увеличивается интенсивность (дифференци-рованность) деформаций, возрастает степень несогласованности (дискордант-ности) приповерхностных структурных зон и направлений относительно форм, ориентации и активности глубинных слоев земной коры, увеличивается плотность эпицентров землетрясений, а также плотность активных разломов согласных по простиранию со смежно расположенными орогенами.

В новейшей структуре любого участка рассматриваемой области одновременно проявляются несколько структурных направлений, из которых одно

зыступает как основное или преимущественное, определяющее простирание структурной формы в целом, а другие являются подчиненными, формирующими детали ее морфологии, а также общие очертания в плане. Такое взаимоотношение обусловлено особенностями преобразования и приспособления палеозойских структурных неоднородиостей к новейшему плану деформаций.

Исходя из этого структурною рисунка, можно получить дополнительную информацию о происхождении глубинных складок. Так, для Салаирской и Кузнецкой зон, простирающихся а северо-западном направлении, характерны хорошо выраженные ряды кулисно сопряженных локальных форм. Такого рода структурный рисунок формируется, как известно, в обстановке субгоризонтально ориентированного тектонического сжатия со сдаигом. Это позволяет считать вслед за П. Молнером (1975), В.Г. Трифоновым и В И. Макаровым (1983 и др.), П. Коббольдом и П. Дэви (1988), В.Е. Хаиным (1991), О.И. Гущенко (1994) и рядом других исследователей, что проявившееся здесь региональное поле тектонического сжатия является производным коллизии Индостанской и Азиатской литосферных плит.

Бахматовско-Урская и Томь-Колыванская системы, простирающиеся в северо-ьосточиом направлении, представлены эшелонированными рядами, линейно выраженных структурных элементов, образование которых, как и друг гик складск этого направления происходит в условиях сжатия, исходящего со стороны Ал гае-Саянско-Монгольской области активного орогенеза. Последнее, возможно, обусловлено развитием обширного мантийного диапира под Байкальский и Хэнтэй-Хангайский областями сводовых поднятий земнсй коры (Ю.А. Зорин и др. 1?82, В.И. Макаров, 1990).

Влияние новейшей тектоники на горио-геологическио условия разработки месторождений полезных ископаемых. Рассматриваемая область на современном этапе развития представляет собой арену активизации тектонических движений, формируя современный фронт горообразовательных • процессов. Их проявление выражено сейсмичностью и негативными горногеологическими явлениями в горных выработках.

В ходе картирования приконтурной зоны выработок были отмечены участки с аномальным изменением свойств массива, которые часто выражают-.

ся максимальной расслое! ¡ностью кровли и почв выработок, повышенной тре-щиноватостью, пониженной прочностью угля, изменениями в начальной скорости газовыделения, вариациями давления метана и т.п., что в большинстве случаев можно объяснить активным воздействием тектонических сил на горный массив. Во вскрывающих подготрвительных и очистных выработках аномальные свойства массива проявляют себя неожиданными образом в виде отрицательных явлений, которые выражены обрушением кровель и бортов, пучением почв, повышенным отжимом и гарным давлением, прорывом воды и газа, де-_ формацией крепей и т.п. На этих участках, как правило, фиксируется несогласное ортогональное и/или диагональное простирание иоеейших складок относительно древних. Такое ухудшение условий отмечается на угольных месторождениях, разрабатываемых шахтами Шуиггалепская и Северный Кандыш (АО Кузнецкуголь), а также Белово.

В случаях, когда направление древней складчатости соответствует преимущественной ориентировке нозейших структурных форм наблюдаются более благоприятные горно-геологические условия для добычи угля. Это было установлено на месторождениях, расположенных в центральной части Кузбасса (АО Ленинскуголь), на шахте Капитальная, а также Томская, Шевякова и им. В,И. Ленина (АО Кузнецкуголь).

Ухудшение горно-геологических условий отмечается на месторождениях, которые приурочены к зонам несогласий новейших структурных планов. Так, в пределах влияния Горно-Шорской зоны структурных несогласий разрабатывается Таштагольское железорудное месторождение. Здесь в горных выработках систематически проявляются горные удары. К Южнокузбасской зона приурочены разработки шахт АО Прокопьевскуголь. Добыча угля здесь происходит в очень тяжелых горно-геологических условиях, характеризуемые повышенной плотностью разрывов.

При интерференции разнонаправленных зон одного знака тектонических движений (пересечение прогиба с прогибом или поднятия с поднятием) горногеологические условия месторождений являютсмя относительно благоприятными. В случаях пересечения разнонаправленных зон разного знака (поднятия

с прогибом) наблюдается резкое ухудшение условий. Они. характерны дня угольных месторождений, которые разрабатываются шахтами Белово.

Важной стороной исследований был анализ зависимости условий проходки выработок от кинематики зон повышенной трещиноватости. На шахте Капитальная и Шушталепская были проведены замеры борозд скольжения и на этой основе получена информация о движениях вдоль потенциальных зон новейшей трещиноватости. Было установлено, что проходка выработок, ориентированная вкрест простирания структур сжатия, сопровождалось выволообразо-ванием и струйчатым поступлением воды из свода образующихся куполов, а также проявлением повышенного горного давления и необычным деформированием арочного крепления от забоя на 15 градусов. При изменении направления проходки выработки в зоне влияния этой структуры происходило кручение рам и интенсивный отжим пород. Некоторые зоны были вторично пересечены выработкой при изменений направления проходки на 90 градусов. В этих местах происходило сползание угольного пласта в выработку.

При вскрытии сдвиговых структур поступление воды в выработку достигало 5 кубических метров, метана - 16 кубических метров в час. Проведениа дальнейших работ здесь было приостановлено. Из смежных выработок в предполагаемую зону были пробурены дегазационные и дренажные скважины. После проведения профилактических мероприятий приток воды и газа в выработку прекратился.

По результатам этих исследований был составлен оперативный горногеологический прогноз, согласно которому шахгными службами были изменены некоторые технологические решения по креплению выработок в потенциально очаговых зонах. Здесь анкерная .крепь была заменена на арочную либо комбинированную.

В горных выработках в пределах новейших зон отмечается повышенная трещиноватость вмещающих пород и пониженная прочность угля. К ним приурочены пЬвышенные, водопротоки, неустойчивость кровель и проявления повышенного давления. Древние активизированные разломы характеризуются хорошо выраженными кальцитовыми бороздами скольжения и сопровождаются

повышенной обводненностью, проявлением отжима угля, деформацией бортов выработок и сдвижением кровель.

Таким образом, современная активность перекрестного плана и условия соотношения новейших структур с древними рудовмещающи'ми структурами, рассматриваемые с учетом технологии проведения горных работ, позволяет типизировать и затем прогнозировать горно-геологические условий разработки месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании вышеизложенного следует, чтб происхождение глубинных складок, вероятно, имеет разную природу: Их образование, с одной стороны, обусловлено коллизией Индостанской и Евразиатской литосфериых плит, с другой, тектоно-магматическими процессами, происходящими в верхней'мантии Байкало-Монгольского региона. Из этого следует, что механизм образова-

к

ния глубинных складок и сопряженных с ними крупных разломов тоже должен быть разным. Доказательством этого предположения является полученный и фактически обоснованный структурный рисунок, из которого следует, что новейшие складки, ориентированные в северо-западном направлении, образова-' лись в условиях тектонического сжатия со сдвигом, обусловленного движением Индостанской плиты. в северном направлении. Это привело к формированию здесь рядов кулисно сопряженных локальных форм, приуроченных к Алтайскому и Кузнецко-Алатаускому поднятиям, а также к активизации палеозойских правосторонних крупных разломов (Алакольско-Джунгарского, Чингизского, Иртышского, Хакасского (?), Восточно-Саянского (?) и др.), которые сохраняют черты своего строения и развития в современный период формирования земной коры.

Новейшие складки периорогена, ориентированные в северо-восточном направлении, формируются в условиях тектонического сжатия, наведенного со стороны Алтае-Саянской области орогенеза. Они представляют собой эшелонированный ряд структурных форм, наиболее ярко проявившимися в пределах Томь-Колывани, Приобского плато. Горной Шории и северной части Западного Саяна и, что характерно. - с полным отсутствием твктонич«жих кулис. В про-

цессе формирования складок произошла активизация надвигов палеозойского возраста (Горловско-Зарубинского, Саяно-Минусинского и др.). Исходя из схемы районирования новейшего поля напряжений по типам тектонических структур, можно сделать вывод о том, что кинематика этих разломов представлена надвиговыми постепенно ослабевающими движениями земной коры в направлении Западно-Сибирской плиты, обусловленными развитием обширных Байкальского и Хэнтэй-Хангайского мантийных диапиров, развивающихся под областями одноименных сводовых поднятий.

Таким образом сформировавшийся новейший перекрестный структурный план имеет специфические черты своего развития в приповерхностном слое земной коры, выраженные: разнотипной интерференцией'разнонаправленных зон одного и разных знаков, что отражает соответственно пониженное или повышенное напряженное состояние геологической среды; градиентными зонами структурных несогласий,' разделяющими ' поля с разноориентированными . складками новейшего рсзраста и характеризуемые аномальным погружением поверхности М и сейсмичностью; дзумя и более структурными направлениями, одно из которых является наиболее активным по отношению к другим и занимает преимущественное простирание, согласуясь или не согласуясь с ориентацией осевых линий палеозойской складчатости. Такое взаимоотношение структур обусловлено новейшими тектоническими условиями сжатия, наведенными как со стороны Алтае-Саянсхой, так и Центрально-Азиатской областей орогенеза

Эти особенности являются наиболее важными факторами, которые в совокупности с другими техногенными, обуславливают- горно-геолотчвские условия месторождений.

Повышенная геодинамическая активность Западно-Сибирской плиты, особенно той ее части которая прилегает к периорогенной области, отражает тенденцию перемещения современного фронта горообразования в северном на-, правлении, что позволяет ожидать здесь повышенный уровень сойсмичности. Поэтому, в настоящее время изучение периорогенных зон приобретает большую научную и практическую значимость.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Современное напряженное состояние земной коры //Тезисы докл. XiX Всес.техт.совещания. М., 1986,10-11 с. (в соавторстве с П.Н. Кропоткиным).

2. Напряженное состояние земной коры //Геотектоника, 1907, N1, 3-24 с. (в соавторстве с П.Н. Кропоткиным и В.Н. Ефремовым).

3. Современное напряженное состояние земной коры //Современная тектоническая активность Земли и сейсмичность. М: Наука, 1987,192- 206 с. (в соавторстве с П.Н. Кропоткиным).

4. Роль детального геологического прогнозирования устойчивости кровли угольных пластов в повышении экологических показателей //Тезисы научн. пракгич.конференции "Системный наземно- аэрокосмоэкологичаский мониторинг, Свердловск, 1991,225-226 с. (э соавторстве с К.К. Ходорозичем).

5. Линеамзнты как основа прогнозирования динамических явлений а шахтах и составления экологических карт //Тезисы науч.-практ. конференции "Системный наземно-аэрокосмозкологический мониторинг", Свердловск, 1991, 226-227с. (в соавторстве с К.К. Ходоровичем, Л.А. Сим).

6. Влияние нозейшей тектоники на услоеия разработки угольных месторождений Южного Кузбасса //Геоэкология, 1993, N 6, 86-93 с. (в соавторстве с В.И. Макаровым, ЕА Макеевой и Г.В. Якиным).

7. Современная геодинамика северо-западной части Алтае-Саянского орогена и ее проявления в южной части Кузнецкого прогиба //Тезисы докладов Все-рос. совещания по изучению четвертичного периода. М.,1994 153 с. (в соавторстве с В.И. Макаровым).

8. Резонансно-тектонические структуры Кузнецкой лериорогенной области (северо-западная часть Алтае-Саянского орогена) //Тезисы докладов 1-го Международного семинара "Напряжения в литосфере. М., 1994, 105-108 с. (в соавторстве с В.И. Макаровым и А.И. Ивановым).

9. Влияние региональных несогласий разновозрастных структурных планов Кузнецкого бассейна на горно-геологические условия разработки месторождений //Тезисы докладов "Гидрогеология, инженерная геология, геоэкология

месторождений полезных ископаемых", Екатеринбург, УГГТА, 1994, 46-47 с. (в соавторстве с В.И. Макаровым).

10.Сдвиговые деформации коры //Тезисы докладов "Гидрогеология, инженерная геология, геоэколбшя месторождений полезных ископаемых", Екатеринбург, УПТА, 1994, 33 с. (с соавторство с А.И. Ивановым).

И.Прогнсз негативных горно-геологических явлений на угольных шахтах компании Южный Кузбасс //Тезисы докладов " Проблемы сейсмологии и инженерной геологии", Ташкент, 1995.

12.Кузнецкий периороген как гона активного проявления современного орогенеза //Тезисы докладов " Проблемы сейсмологии и инженерной геологии",

'4

Ташкент, 1S95. (в соавторстве с В.И. Макаровым).

13.Происхождение и основные черты строения Кузнецкой периорогенной области //Тезисы докладов "Неотектонйка и современная геодинамика континентов и океанов", Москва, 1996, 89-90с.. ■

14. Кинематическая модель развития Кузнецкой лериорогенной области //Тезисы докладоэ "Неотектоника и современная геодинамика континентов и океаноз", Москва, 1996, 90с. (в соавторстве с А И. Ивановым).

15.Neotectonics of the Nort-West part of the Altai-Sayan orogen (30th Intern. Geoi.pongress, Beijing, China, 1996).

16.Principle features of structure and development of the North-West part of the Altai-Sayan orogen in the Quaternary (Paeon "96, Honolulu, Hawaii, 1996).