Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Ранговый анализ неотектонических движений платформенных областей

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Ранговый анализ неотектонических движений платформенных областей"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

Р Г 5 ОД

г ц ДПР 1В03

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра динамической геологии

на правах рукописи УДК 551.248.2

ЗАЙЦЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАНГОВЫЙ АНАЛИЗ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ПЛАТФОРМЕННЫХ ОБЛАСТЕЙ (на примере Западно-Сибирской плиты и северной части Русской плиты)

Специальность-04.00.04 - геотектоника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре динамической геологии геологического факультета Московского Государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Н. В. Короновский.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук В.В.Козлов,

доктор геолого-минералогических наук Е.А.Рогожин.

Ведущая организация - Космо аэрогеологическая экспедиция №1

ГНПП "Аэрогеология".

Защита состоится "___"___________1995 г

в в аудитории ...6.*?.<£...на заседании специализиро-

ванного совета К.053.05.02 по общей и региональной геологии и геотектонике при Московском Государственном Уиверситете имени М.В.Ломоносова.

Адрес: 119899, Москва ГСП, Воробьевы горы, МГУ, геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ.

Автореферат разослан "____"______________1995г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических

наук А.Ф.Читалин.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Современные представления о природе структурообразования, составленные на основе изучения натурных объектов, теоретического и физического моделирования, убедительно свидетельствуют о иерархичности и многофакторности этого процесса. Следовательно, неотектонические движения, а также связанные с ними поля напряжений и деформаций какой-либо территории, представляют собой результат совместного действия различных по масштабу тектонических процессов, от планетарных, определяющих напряженное состояние планеты в целом, до точечных, действующих на уровне зерна горной породы. Каждая ступень этой иерархии воздействует на среду с определенными физико-механическими свойствами и порождает совокупность структурных форм (соответствующего тектодинамического ранга), различающихся масштабом своего проявления, особенностями пространственного расположения, величиной деформированности, временем и механизмом образования. Это обстоятельство определяет необходимость использования специального рангового подхода при изучении новейших деформаций и полей напряжений. Реализация данного подхода предполагает разработку и использование новых специальных методов исследования неотектонических структур, которые учитывают их иерархичность и динамику процесса структурообразования. Рассматривая механизм новейшего структурообразования, необходимо, прежде всего, определить количество и объем тектодинамических рангов, действующих на исследуемой территории, затем выявить ранговые составляющие неотектонических деформаций и рассмотреть характер их взаимодействия. Полученная в результате модель межрангового тектодинамического взаимодействия позволяет существенно улучшить использование неотектонических критериев, как для поиска полезных ископаемых, так и для прогнозирования различных геологических явлений.

Цель и задачи исследований. Конечной целью данной работы является разработка, апробация и использование методов рангового анализа неотектонических движений для территории древних и молодых платформ. В качестве исходного материала использованы данные по неотектонике Западно-Сибирской плиты и северной части Русской плиты.

Поставленная цель достигалась решением трех групп исследовательских задач.

Первая группа - фундаментальные задачи - заключалась в выявлении механизма новейшего структурообразования исследуемых

территорий как совместного действия иерархии тектодинамических систем разных рангов. Решение этих задач было поделено на ряд этапов:

а) выявление новейших тектонических движений;

б) поиск индикаторов разноранговости неотектонических деформаций;

в) ранговый анализ дизъюнктивной тектоники;

г) специальный анализ морфометрических данных;

д) ранговый анализ вертикальных составляющих неотектонических движений;

е) создание, на основе качественного подобия, физической модели взаимодействия выявленных тектодинамических систем разных рангов.

Вторая группа - поисковые задачи - заключалась в определении эффективности применения рангового подхода при использовании структурно-неотектонических критериев для поиска нефтяных и газовых месторождений, а также при прогнозировании проницаемости земной коры платформенных областей.

Третья группа - прикладные задачи - состояла в прогнозе, на основе полученных данных о механизме структурообразования, наиболее благоприятных по неотектоническим параметрам участков для поиска нефтяных и газовых месторождений Западно-Сибирской плиты и зон повышенной проницаемости земной коры севера Русской плиты.

При решении указанных задач использовались различные независимые методы с целью повышения достоверности получаемых результатов.

Научная новизна. Впервые определены индикаторы и апробированы методы, позволяющие выявлять неотектонические деформации разных рангов в условиях платформенных областей. Рассмотрены неотектонические деформации Западно-Сибирской и севера Русской плит с позиции рангового подхода. Получена принципиально новая информация о механизме новейшего структурообразования исследуемых территорий. Предложена модель тектодинамического межрангового взаимодействия для территории Мезенской синеклизы.

Практическая значимость работы. Проведенный анализ неотектонических движений Западно-Сибирской плиты показал, что ранговый подход существенно (в несколько раз) увеличивает информативность неотектонических критериев для нефтяных и особенно для газовых и газово-конденсатных месторождений. Причем ранговые неотектонические критерии позволяют - в отличие от интегральных -

оценивать перспективность территории дифференцированно на нефть и газ.

Для территории Мезенской синеклизы предложена модель тек-тодинамического межрангового взаимодействия, определяющего степень проницаемости земной коры на разных глубинных уровнях.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на конференциях аспирантов и молодых ученых Геологического факультета МГУ (Москва, 1986, 1989), Всесоюзном совещании "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты" (Иркутск, 1991), Ш-ем Всесоюзном Симпозиуме "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии" (Москва 1992), Всероссийском тектоническом совещании "Тектоника платформ" (Москва, 1993), Международном раб. совещании "Тектоника осадочных бассейнов" по программе "ЕВРОПРОБА" (Опалиха, 1993), неоднократно обсуждались на семинарах лаборатории неотектоники и сейсмотектоники, лаборатории геотектоники и тектонофизики МГУ и кафедре динамической геологии МГУ, а также опубликованы в 8-и печатных работах и 2-х научно-производственных отчетах.

Фактический материал. В основу диссертации положены материалы, полученные автором в результате проведения хоздоговорных, а также госбюджетных работ по темам "Геосинтез" и "Геодинамика России" при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №93-05-9338) на кафедре динамической геологии за период с 1981 по 1995гг. Они включают как авторские полевые и камеральные исследования, так и результаты специальной обработки и анализа фондовых и литературных данных.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 130 страниц машинописного текста, содержит 39 иллюстраций в виде таблиц, схем и рисунков. Список использованной литературы включает 100 наименований.

Диссертационная работа выполнена под руководством проф. Н.В.Короновского, которому автор благодарен за помощь и консультации. Автор считает своим долгом поблагодарить сотрудников кафедры динамической геологии проф. А.Г.Рябухина, д.г-м.наук М.А.Гончарова, к.г-м.наук В.А.Галкина, к.г-м.наук А.А.Наймарка, к.г-м.наук Л.А.Сим, к.г-м.наук Н.С.Фролову за ценные замечания и всестороннюю помощь. Особую признательность автор выражает всем бывшим сотрудникам Тектодинамической партии МГУ.

Глава 1. ДАННЫЕ НЕОТЕКТОНИКИ В СВЕТЕ "СИСТЕМНОЙ МОДЕЛИ ТЕКТОНОСФЕРЫ"

1.1. Системный подход в неотектонике. С методологической точки зрения, обращение к решению генетических задач в неотектонике означает переход к изучению сложноорганизованных, функциональных, жестко не детерминированных, часто иерархически построенных моделей reo динамических процессов. Такие модели принято рассматривать в рамках системного подхода - общенаучного методологического направления, разрабатывающего методы и способы теоретического исследования сложноорганизованных объектов. В настоящее время системный подход успешно применяется во многих областях знаний. Свои варианты общесистемных концепций выдвигали Л.фон.Берталанфи, А.А.Богданов, У.Росс Эшби, О.Ланге, Р.Акоф, М.Месарович, А.И.Уемов, А.А.Малиновский, А.А.Ляпунов и мн.др.

В неотектонике первым использовал системный подход для анализа тектонических напряжений и деформаций П.Н.Николаев, которым в 1978 году была опубликована статья "Системный анализ тектонических напряжений и деформаций".

1.2. Системная тектопинамическая модель. Системная модель тектоносферы, предложенная П.Н.Николаевым, представляет собой иерархию тектодинамических (напряжения - деформации - тектонические движения) систем разных рангов, взаимодействующих между собой, прежде всего, с помощью потока энергии, которая передается от систем низшего ранга к системам высшего ранга и, наряду с "ранговыми" источниками энергии, обеспечивает функционирование всей системы. Им было показано, что в условиях неоднородной, сложно построенной геологической среды, интерференции тектонических движений, связанных со множеством взаимодействующих факторов, имеющих разную природу, глубину заложения и проявляющихся на протяжении различных отрезков времени, выделение определенных ступеней в иерархической лестнице тектонических структур оказывается возможным только благодаря тому, что каждая ступень рассматривается как единое целое. Таким образом, тектодинамическая система определенного ранга - это генетическая системная модель взаимодействия тектонических полей напряжений, деформаций и движений, протекающих в объеме горных пород, характеризующихся эмерджент-ными физико-механическими свойствами. Существуют определенные качественные изменения в масштабе и характере распределения неотектонических структур, устанавливаемые различными методами, которые позволяют разделять их на группы, относящиеся к разным тек-тодинамическим рангам.

Глава 2. МЕТОДЫ РАНГОВОГО АНАЛИЗА НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ

Характер и специфика проявления неотектонических движений на платформенных территориях предъявляют ряд требований к используемым методам рангового анализа. В основном, эти требования связаны с отсутствием добротных карт неотектонических движений и карт новейших разломов. Это обстоятельство определило необходимость, во-первых, проведения комплексного анализа различных индикаторов проявления неотектонических движений, а, во-вторых, максимального использования аппарата математической статистики.

2.1. Дизъюнктивные деформации. Обобщение экспериментальных и теоретических исследований (М.В.Гзовский, С.И.Шерман, Д.Н.Осокина, П.Н.Николаев, О.А.Лебедева, В.А. Зайцев и др.) показало, что выявленные на какой либо территории разломы являются результатом взаимодействия иерархии полей тектонических напряжений, взаимосвязанных друг с другом и охватывающих разные объемы литосферы. В этом случае логично ожидать появления дискретности в характере распределения разрывных нарушений, поскольку, во-первых, разрывные нарушения, возникающие в результате действия тектодина-мической системы определенного ранга, не могут превышать предельных размеров, характеризующих данный ранг, во-вторых, как правило, при переходе от одного тектодинамического ранга к другому происходит изменение ориентировки поля напряжений и его величины, что влечет за собой изменение пространственного расположения структур, образованных этим полем напряжений.

Следовательно, для выявления разломов, относящихся к разным тектодинамическим рангам, необходимо учитывать совместно ряд параметров - среднестатистическую длину совокупности разрывных нарушений, характер изменения их ориентировки при переходе от одного масштабного уровня к другому и среднее расстояние до ближайшего соседа, т.е. густоту совокупности разрывных нарушений, имеющих близкую длину и ориентировку.

В работе это достигалось тремя независимыми методами:

1) Анализом результатов дешифрирования космофотоснимков разных масштабов. Этот метод позволяет получить информацию, обладающую такими свойствами, как большая обзорность, объективность отображения характера поверхности Земли и естественная генерализация, которая и представляет наибольший интерес с позиции рангового подхода. Естественная генерализация изучаемых природных объектов определяется соотношением масштаба и разрешающей способности изображения. В связи с этим принято выделять несколько уровней ге-

нерализации изображения, при которых различия в детальности изображения становятся существенными. Обычно такие качественные изменения информативности, при прочих равных условиях, происходят при изменении масштаба в 3-5 раз, что позволяет в процессе дешифрирования, при переходе от крупномасштабных снимков к мелкомасштабным, как бы "отсекать" структуры, относящиеся к относительно "мелким" тектодинамическим рангам, важно лишь определить момент, когда эти изменения становятся существенными. Показателем же перехода от одного тектодинамического ранга к другому является изменение пространственной ориентировки линеаментов при переходе от одного масштабного уровня к другому, которое легко фиксируется с помощью диаграмм простираний. Затем остается лишь произвести вычитание из диаграммы простираний линеаментов, построенной по карте, содержащей все тектодинамические ранги, диаграмму простираний, построенной по карте, на которой "мелкий" тектодинамический ранг уже отсутствует. В результате мы получим диаграмму простираний линеаментов соответствующего ранга.

2) Анализом простираний разрывных нарушений разной длины. Второй метод заключается в последовательном рассмотрении характера простираний разрывных нарушений, имеющих разную длину. Очевидно, что в данном случае все приведенные выше рассуждения оказываются справедливы, с той лишь разницей, что функцию степени генерализации изучаемой территории здесь выполняет длина отображенного на соответствующей карте разрывного нарушения. Подчеркнем, что в отличие от традиционного понимания ранжирования разрывных нарушений, при таком подходе к разломам одного ранга могут относиться, как мелкие, так и крупные разрывные нарушения, что, по-видимому, с генетической точки зрения является более оправданным.

3) Анализом зависимости между длиной разрыва и средним расстоянием до ближайшего соседа.. Эта методика для выделения разрывных нарушений разного ранга была впервые предложена П.Н.Николаевым и О.А.Лебедевой в 1983 г. Она основана на том обстоятельстве, что возникновение разрыва связано с изменением напряженного состояния в некотором объеме вокруг него, и следующий разрыв данного ранга может возникнуть лишь вне области перераспределения напряжений (Шерман, 1983). Таким образом, характер зависимости между длиной разрыва и средним расстоянием, на котором они чаще всего располагаются параллельно друг другу, прямо связан и с величиной напряженного состояния, и с физико-механическими свойствами среды (Гзовский, 1975). В результате специальных расчетов график характера зависимости вышеуказанных параметров имеет ступенчатую форму, каждая ступень которой является

границей для разрывов, относящихся к разным тектодинамическим рангам.

2.2. Пликативные деформации. Согласно рассматриваемой системной тектодинамической модели, деформации, отображенные на картах неотектоники, представляют собой результат совместного действия разноранговых тектонических процессов, охватывающих разные объемы литосферы и, следовательно, различающихся масштабным уровнем. Иными словами, отображенная на карте амплитуда новейших тектонических движений (Н) представляет собой результат совокупного влияния нескольких факторов, с действием каждого из которых можно связать свою составляющую (Ы):

Н=2Ы п

где п - количество факторов (тектодинамических рангов), которые можно выделить на данной карте.

Таким образом, задача разделения исходной карты неотектоники на ее ранговые составляющие сводится к декомпозиции этой поверхности и определению масштабного уровня, на котором происходят существенные изменения в величине и ориентировке деформаций (Берлянт, 1978; Николаев, 1981). Причем эти изменения фиксируются как на качественном, так и на количественном уровне.

Помимо собственно ранговых амплитуд в работе использованы их производные, показывающие различные стороны динамики и кинематики неотектонических движений (Гзовский, 1975; Николаев, 1969,1981; Шолпо, 1972). К ним относятся: градиент вертикальной скорости неогектонических движений, стандартное отклонение амплитуд неотектонических движений, накопленная дисперсия, коэффициент вариации, тектоническая активность и дробность неотектонических движений .

Кроме изучения структурных поверхностей в работе был использован анализ морфометрических данных, который включает в себя рассмотрение характера эрозионной сети разных порядков, как естественного индикатора ранговых неотектонических движений. В работе был проведен анализ карт спрямленных участков долин рек разных порядков, карт базисных поверхностей долин рек разных порядков и их разностей, карт горизонтального расчленения рельефа долинами рек разных порядков (Философов, 1975).

Глава 3. НЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ СЕВЕРА РУССКОЙ ПЛИТЫ

3.1. Новейший этап в геологической истории севера Русской

плиты. Время наступления новейшего этапа на рассматриваемой территории можно оценить лишь косвенным образом по аналогии с соседними районами, поскольку практически полностью отсутствуют отложения, содержащие информацию о развитии региона с позднего мела до начала плейстоцена. Большинство исследователей ( Николаев, Наймарк, 1980; Рейнин, Ким, 1982; Рыжов, 1988) указывают, что заметное оживление тектонических движений началось в олигоцене и продолжалось до конца миоцена. В этот период преобладали восходящие эпейрогенические движения, отмеченные продолжительным континентальным перерывом. В это время были сформированы основные черты доплиоценовой поверхности.

В позднем плиоцене-раннем плейстоцене началось опускание рассматриваемой территории, которое привело к накоплению морских глинистых осадков колвинской свиты, сохранившихся, главным образом, в тальвегах долинообразных понижений коренного рельефа. Характер этих отложений свидетельствует об ингрессионном наступлении моря, с вероятной амплитудой погружения 100-150 м.

Последняя, позднеплейстоцен-голоценовая, стадия новейшего этапа отразилась в распределении мощностей четвертичных отложений и характерных особенностях рельефа региона. Преобладающими на этом этапе являются положительные вертикальные движения, на фоне которых происходили локальные подвижки положительного и отрицательного знаков. Значения суммарной амплитуды этих движений колеблется от -150 до +300 м.

3.2. Выявление неотектонических деформаций. Выявление неотектонических деформаций на территории Севера Русской плиты проводилось с использованием комплекса независимых методов.

3.2.а. Космофотогеологические методы. Основы космофотогео-логического изучения рассматриваемой территории были заложены работами Башилова, 1973, 1978, 1980, 1987; Макарова, 1981; Лаврова, 1987; Розанова, 1976, 1986; Широбокова, 1984 и целым рядом других исследователей. Ими были составлены многочисленные схемы дешифрирования линеаментных зон, проводились работы по интерпретации полученных материалов. Доказан разрывный характер большинства выделенных линеаментов.

Для выявления новейших разрывных нарушений территории Архангельской области в данной работе были использованы две схемы дешифрирования.

Первая схема - "Принципиальная схема дешифрирования линеаментных зон Архангельской области" (выполнена совместно с А.Г.Рябухиным). На эгой схеме был использован принцип разделения выделенных линеаментных зон, полученных при интерпретации кос-

моснимков разных масштабных уровней. Т.е., используя космоснимки континентального уровня естественной генерализации "Метеор" масштаба 1:10 ООО ООО и 1:5 ООО ООО и регионального уровня "Ландсат" масштаба 1:1 ООО ООО, были составлены отдельные схемы дешифрирования, которые затем были сведены на один планшет.

Линеаменты выделялись на космоснимках по комплексу весьма устойчивых дешифровочных признаков, таких как характеристика структурного рисунка, рисунок гидросети, характер изменения растительности, следы остатков снежного покрова и т.д.

В результате этих работ были выделены линеаменты трех разных масштабных уровней, которые в плане неотектонических построений являются, главным образом, пограничными элементами неотектонических структур разных порядков.

Вторая схема - "Космофотогеологическая карта Севера Европейской части СССР", составленная Розановым В.И.(1986 ) . Это одна из наиболее детальных схем исследуемой территории. Она была использована в настоящей работе в качестве исходного материала при проведении различных статистических расчетов.

3.2.6. Морфометрические методы. В формировании современного рельефа территории Севера Русской платформы большое значение имело воздействие ледниковой экзарации и аккумуляции, водно-ледниковой аккумуляции, морской и озерно-ледниковой абразии и аккумуляции и эрозионного расчленения. Однако все эти процессы проходили на фоне, а зачастую и просто определялись неотектоническими движениями. В результате современный рельеф оказался теснейшим образом связанным с неотектонической структурой рассматриваемой территории. Это обстоятельство позволило использовать морфометрические методы для выявления неотектонических структур разных порядков, а также в качестве естественного индикатора разноранговости неотектонических движений.

В работе были проанализированы следующие морфометрические параметры: характер распределения речных долин разных порядков, карты базисных поверхностей речных долин разных порядков, а также их составляющие. Полученная информация позволила автору выделить основные морфоструктуры разных порядков на территории севера Европейской части России, а затем произвести их ранговую разбраковку.

3.2.в. Анализ деформаций дочетвертичного рельефа. В качестве основы для выявления характерных особенностей новейших движений был использован анализ деформаций исходной к началу новейшего этапа поверхности, т.е. кровли коренных дочетвертичных пород.

Несмотря на наличие большого количества дискуссионных вопросов, касающихся неотектоническии исследуемого региона, автор,

вслед за Н.И.Николаевым, В.И.Баталовым, В.А.Дедеевым, И.Н.Рыжовым и др., придерживается мнения, что характер деформации поверхности коренных пород в основном связан с тектоническими процессами новейшего этапа развития Севера Русской плиты.

Для изучения и характеристики неотектонических деформаций была составлена карта рельефа дочетвертичных пород Архангельской области и сопредельных территорий в масштабе 1:1 ООО ООО. При составлении данной карты были использованы многочисленные изданные и фондовые материалы. Особое внимание уделялось материалам геологических съемок масштаба 1:200 ООО и 1:500 ООО, позволяющих с большей точностью выявить характер строения и структурные особенности исходной поверхности дочетвертичных пород .

Поверхность коренного рельефа изучаемого региона представляет собой сложное сочетание крупных возвышенностей, разделенных глубокими и протяженными впадинами, к которым обьпно приурочены долины крупных рек, таких как Онега, Сев. Двина, Вага, Пинега, Мезень. К север-северо-востоку наблюдается общее понижение поверхности коренных пород. Преобладающими простираниями крупных структурных форм Мезенской синеклизы являются северо-западные, для Тиманских структур - северо-северо-западные и северо-западные. Они часто имеют угловатые, линейно вытянутые очертания. Для структур восточной части Балтийского щита характерно развитие сво-дово-купольных поднятий изометричной формы. Мелкие локальные структуры на всей исследуемой территории часто оказываются подчинены ортогональным направлениям.

3.3. Ранговый анализ неотектонических движений.

3.3. а. Ранговый анализ разломов. Анализ зависимости длин разрывов от расстояния между ними позволил выявить на исследуемой территории три ранга разрывных нарушений. К первому (наиболее крупному) рангу относятся разрывы, имеющие длину до 400 км, располагающиеся в среднем на расстоянии 180 км друг от друга. Эту ступень удается лишь наметить, используя материал только по северной части Русской плиты, поскольку не набирается достаточного количества статистических данных. Однако, эта ступень достаточно надежно фиксируется при анализе разломов всей Восточно-Европейской платформы (Лебедева, 1983). Этот ранг разломов, по всей видимости, относится к тектодинамической системе настолько крупного размера, что по отношению к исследуемой территории его можно считать "внешним".

Ко второму рангу относятся разрывные нарушения, имеющие длину до 160 км и располагающиеся в среднем на расстоянии 75 км.

И, наконец, к третьему (наиболее мелкому в исследуемом диапазоне) рангу относятся разрывы, имеющие длину до 30 км и располагающиеся в среднем на расстоянии 20 км друг от друга независимо от своей собственной длины.

Рассмотрение ориентировок разрывных нарушений, полученных в результате дешифрирования космофотоснимков разных масштабов -1:1 ООО ООО; 1:5 ООО ООО; 1:10 ООО ООО, показало, что в целом на исследуемой территории выделяются следующие системы линеаментов -субширотная, субмеридиональная, северо-восточная и северо-западная. При этом для снимков 1:10 ООО ООО масштаба преобладающими являются северо-восточные и северо-западные ориентировки, тогда как на снимках более крупного масштаба в равной степени присутствуют все четыре системы линеаментов. Сопоставление роз-диаграмм, построенных по "Космофотогеологической карте Севера Европейской части СССР" с описанными выше, показало, что ориентировки основных систем линеаментов для сводных диаграмм полностью совпадают. Роза-диаграмма простираний линеаментов, полученная со снимков 1:1 ООО ООО масштаба, близка к диаграмме простираний разрывов длиной до 20 км , а роза-диаграмма, полученная со снимков масштаба 1:10 000 000, наиболее близка к диаграмме простираний разрывов длиной свыше 90 км, на этих диаграммах преобладают главным образом диагональные системы линеаментов.

Из представленного в диссертации материала следует, что крупные разрывы, имеющие длину свыше 30 км, сформировались под действием тектонических процессов регионального 2-го тектодинамическо-го ранга. Они образуют диагональные системы северо-восточного и северо-западного простираний. Для мелких разрывов (до 30 км) получается смешанная картина, так как здесь видны все четыре системы линеаментов. Это объясняется тем, что вследствие действия регионального поля напряжения возникают не только крупные, но и мелкие разрывные нарушения и, следовательно, для выявления ориентировок разрывов, относящихся непосредственно к действию поля напряжений 3-го ранга, необходимо построить разностную диаграмму. Полученная таким образом диаграмма простираний разломов 3-го тектодинамиче-ского ранга показывает преобладание субширотных и субмеридиональных простираний.

Исследования пространственного размещения разломов, относящихся к разным рангам, показали, что максимумы плотности разрывов второго ранга, как правило, не совпадают с максимумами разрывов третьего ранга. Если первые разделяют территорию на ряд крупных блоков, образуя своеобразный структурный "каркас", то вторые располагаются, как правило, внутри этих блоков, создавая как бы их "инфраструктуру".

3.3. б. Ранговый анализ морфометрических данных. Основываясь на масштабном признаке (порядке речных долин) и пространственном положении морфоструктурных элементов, в пределах исследуемого региона могут быть выделены морфоструктуры трех рангов. Морфоструктуры 1-го ранга характеризуются линейными размерами, превышающими 200-250 км и общим северо-восточным простиранием. Эти морфоструктуры прослеживаются на всей территории исследуемого региона. Морфоструктуры 2-го ранга имеют линейные размеры от 80 до 200 км, региональное простирание их северо-западное. Они широко развиты в пределах изучаемого региона и определяют общие тенденции становления современного рельефа. Морфоструктуры 3-го ранга - это небольшие поднятия и впадины. Размеры их колеблются в пределах первых десятков километров. Простирания подчинены ортогональным направлениям. Морфоструктуры 3-го ранга имеют локальное распространение на площади изучаемого района, они осложняют, главным образом, периферийные участки морфоструктур 2-го ранга.

Выявленная тенденция плавного разворота основных морфоструктурных зон 2-го ранга в пределах исследуемой территории Русской плиты с востока на запад от север-северо-западных (Тиманский мор-фоблок) до запад-северо-западных (Андомский морфоблок) позволяет предположить, что и поле напряжений 2-го ранга может характеризоваться плавным разворотом осей главных нормальных напряжений.

3.3.в. Ранговый анализ структурной поверхности дочетвертич-ных отложений. Ранговый анализ поверхности дочетвертичных отложений позволил выявить три ранга неотектонических деформаций и установить их характерные ориентировки. Эти данные полностью совпали с материалами, полученными на основе специальной обработки линеаментов и анализа комплекса морфометрических данных . Выявленные ранги деформаций, по всей видимости, являются унаследованными на исследуемой территории, начиная с платформенного этапа ее развития. Разломы северо-восточной и северо-западной ориентировки проявились в градиентных зонах карты дочетвертичной поверхности более слабо, чем разломы субмеридиональной и субширотной ориентировки. Возможно, это связано со значительной сдвиговой составляющей перемещения по ним. Наиболее длинными разломами на исследуемой территории являются разломы северо-западной ориентировки. По характеру распределения простираний новейших вертикальных разломов Кулойский свод отличается от остальных структур Мезенской си-неклизы, что может быть связано с индивидуальными особенностями структурообразующих процессов.

3.4. Модель тектодинамического межрангового взаимодействия. Полученные данные позволяют предложить модель тектодинамического межрангового взаимодействия для Мезенской синеклизы.

14

Согласно этой модели, формирование субширотных и субмеридиональных структур третьего ранга произошло в результате смещений по крупным, по-видимому, древнего заложения разломам второго ранга, имеющим северо-восточные и северо-западные простирания. Смещения по этим разломам шли под воздействием субширотного сжатия в региональном поле напряжений.

Данная гипотеза проверялась методом тектонофизического моделирования (моделирование проводилось в лаборатории тектонофизи-ки МГУ совместно с В.А.Галкиным). При постановке задачи моделирования учитывались следующие обстоятельства. Детальные работы по выявлению структурных индикаторов напряженного состояния чехла Мезенской синеклизы дают основания думать, что главную роль в создании структур чехла играют движения фундамента по имеющимся в нем разломам. Масштаб вещественных неоднородностей фундамента значительно мельче, нежели структурных, и это обстоятельство позволяет их не учитывать. Имеющиеся геологические данные свидетельствуют о горизонтальной ориентировке активных сжимающих и растягивающих усилий в фундаменте платформы. Следовательно, у нас есть основания предположить, что рельеф, отображенный на карте неотектоники, является следствием вертикальных тектонических движений чехла, вызванных горизонтальной ориентировкой осей главных сжимающих и растягивающих напряжений в фундаменте.

В результате проведенных экспериментов установлено, что наибольшее совпадение между возникающей в результате деформации структурой на модели и картой поверхности фундамента достигается при субширотном положении главных сжимающих осей напряжений. Такое положение оси максимального сжатия в процессе деформации модели из относительно маловязкой глины (что в природе соответствует малым скоростям деформации или маловязкому, например, прогретому состоянию фундамента) приводит к формированию ортогональной сети новообразованных деформационных структур, являющихся производными от деформации вдоль диагональной сети разломов 2-го ранга и по своему масштабу отнесенных к 3-му рангу структур. Субширотные структуры выражены трещинами отрыва, формирующимися вдоль длинных сторон блоков, меридиональные структуры - взбросами или швами пластической деформации. Наибольшая раздробленность и, соответственно, проницаемость связана при таком поведении с субширотными разрывами 3-го ранга.

Субширотное положение оси максимального сжатия в модели из максимально вязкой глины, когда блоки, не деформируясь внутри, смещаются по разломам (в природе это соответствует большим скоростям деформации или сильно вязкому и прочному фундаменту), приводит к формированию зияний (зон активного растяжения) вдоль разломов 2-го ранга одного из двух направлений диагональной системы.

В зависимости от типа структуры, зияния возникают вдоль разного направления разломов - в первой серии опытов вдоль северовосточной, во второй - вдоль северо-западной системы. Зияния возникают вдоль коротких сторон блоков при субширотном положении оси максимального сжатия. Следствием этой закономерности является необходимость использования разных структурно-геологических критериев при прогнозировании наибольшей проницаемости разломов в регионах с разным типом строения фундамента. В районах, где разломы северо-западной ориентировки более часты, чем разломы северовосточной ориентировки, более проницаемыми являются северовосточные участки разломов и наоборот.

Заметим, что этот вывод обоснован для моделей с резкой анизо-метрией блоков, когда длина блоков превышает их ширину не менее чем в два - три раза.

Глава 4. РАНГОВЫЙ АНАЛИЗ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ

Западно-Сибирская молодая плита является самым крупным структурным элементом Земли подобного рода, ее поверхность покрыта практически сплошным чехлом четвертичных отложений, в основном континентальных, а на севере ледниково-морских. ЗападноСибирская плита обладает гетерогенным фундаментом, возраст которого меняется от докарельского до позднегерцинского, причем унаследо-ванность новейших движений от структуры фундамента существенно разная для областей с разным возрастом консолидации. Собственно неотектонический этап на данной территории начался со среднего оли-гоцена. С этого времени северная часть плиты, являющаяся областью наиболее устойчивых и длительных погружений, испытывает значительное (300-500 м) поднятие, возникает Надым-Пурская неоантекли-за. В результате воздымания в этой части плиты непосредственно под четвертичными отложениями залегают верхнемеловые и нижнепалеогеновые отложения. Соответственно, область относительного прогибания перемещается на юг, образуя обширную плоскую Омско-Кулундинскую неосинеклизу.

4.1. Ранговый анализ разломов. Рассмотрение статистической зависимости длин разрывов от расстояния между ними показало наличие на неотектоническом этапе для территории Западно-Сибирской плиты двух статистически достоверно различающихся групп разрывных нарушений, фиксируемых в масштабе 1:5 ООО ООО. К первой группе относятся разрывы длиной до 150 км, имеющие среднее расстояние до ближайшего соседа 100 км, ко второй группе - все более длинные разломы, расположенные в среднем на расстоянии 375 км. друг от друга.

Исследование того же параметра для разрывов более древнего возраста заложения, выполненное с целью изучения унаследованности развития деформаций разного ранга, позволило установить наличие нескольких этапов существенного изменения характера напряженного состояния территории Западно-Сибирской плиты. К первому этапу относятся разломы позднепротерозойского возраста заложения, образовавшиеся в результате функционирования двух тектодинамических рангов. В течение раннего палеозоя существовал только один тектоди-намический ранг, поскольку все разрывы, независимо от их длины, закладывались на примерно одинаковом расстоянии, порядка 75 км. Начиная со среднего палеозоя, прослеживается определенная эволюция в развитии разломной тектоники, постепенно увеличивается количество рангов разрывов, а также расширяются зоны динамического влияния разрывов одинаковой длины и разного возраста заложения. Обращает на себя внимание близость параметров распределения разрывов позднепротерозойского и мезозойского возраста заложения, связанных одинаковым механизмом образования в эпохи рифтогенеза. Полученные закономерности количественно подтверждены изменением характера ориентировок разрывных нарушений разного возраста заложения.

Результаты проведенного рангового анализа разрывных нарушений свидетельствуют о том, что количество и объем тектодинамических систем, действующих на территории Западной-Сибири, не оставался постоянным, а закономерно менялся во времени.

4.2. Ранговый анализ амплитуд новейших тектонических движений. В результате математической обработки карты новейшей тектоники Западно-Сибирской плиты автором было получено более 50-ти производных, отражающих различные стороны кинематики и динамики неотектонического процесса. Были построены следующие карты: карты средневзвешенных значений амплитуд неотектонических движений с окном осреднения 50x50км, 100x100км, 200x200км, 400x400км, 800x800км; ранговые карты амплитуд неотектонических движений; карты градиентов вертикальных скоростей неотектонических движений разных рангов; карты накопленной дисперсии амплитуд неотектонических движений для площадок 50x50км, 100x100км, 200x200км, 400x400км, 800x800км; карты неотектонической активности; карты дробности неотектонических движений разных рангов; карты коэффициента вариации амплитуд ранговых составляющих неотектонических движений; карты горизонтального взаимодействия блоков с разной тектонической активностью для деформаций разного ранга и ряд других.

Анализ всей совокупности полученного материала позволил выделить в рамках 1:5 000 000 масштаба новейшие деформации,

относящиеся к двум рангам. Тектодинамическая система 1-го ранга охватывает всю территорию плиты и характеризуется глубоким заложением. Деформации этого ранга образуют единый прогиб субширотного простирания, полого поднимающийся к северу и югу. Центральная часть прогиба примерно соответствует центральной части плиты. На крыльях этого прогиба статистически достоверно выделяются наложенные деформации тектодинамической системы второго ранга, имеющей меньшую глубину заложения. Они представлены рядом поперечных к деформациям первого ранга (т.е. субмеридиональных) поднятий и прогибов, осложненных системами разрывных нарушений. В ряде мест отмечаются деформации более высоких рангов, однако в масштабе 1:5 ООО ООО они не могут быть достоверно изучены.

Глава 5. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАНГОВЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ РЯДА ПРОГНОЗНЫХ ЗАДАЧ

■У.1. Неотектонические критерии нефтегазоносности ЗападноСибирской плиты. Проведенный ранговый анализ неотектонических движений Западно-Сибирской плиты создал необходимые предпосылки для установления связи между различными неотектоническими параметрами и нефтегазоносностью этой территории. При этом имелось в виду, что собственно образование газовых и нефтяных месторождений связано со множеством разнообразных факторов. Это, прежде всего, историко-геологические факторы ( палеогеография, литология ), различные геохимические процессы, структурнотектонические факторы и многие другие. Однако, большинство из этих факторов так или иначе связаны с новейшими деформациями. И, по-видимому, наиболее важным является то, что сохранность газовых и нефтяных месторождений непосредственно определяется неотектоническими движениями.

Для количественной оценки влияния различных параметров неотектоники на проявления нефтегазоносности был использован так называемый "дисперсионный" анализ, позволяющий оценивать статистическое влияние одного или нескольких факторов на результативный признак и определять достоверность этого влияния. В данной работе в качестве результативного признака, отражающего нефтегазоносность Западно-Сибирской плиты, была использована плотность площадей нефтяных и газовых месторождений.

В результате расчетов было установлено, что ранговый подход увеличивает информативность неотектонических критериев для нефтяных месторождений в 6 раз, а для газовых и газово-конденсатных месторождений, более чем в 30 раз. Имеются и весьма существенные различия в условиях, благоприятных для образования и сохранности

нефтяных и газово-газоконденсатных месторождений. Так, нефтяные месторождения связаны с областями наиболее крупных и наиболее стабильных погружений 1-го ранга. Непосредственно на сохранность месторождений большое влияние оказывает степень деформирован-ности среды, показателями которой являются такие параметры, как накопленная дисперсия, коэффициент вариации, дробность тектонических движений. Нефтяные месторождения локализуются, главным образом, в областях с минимальными значениями данных параметров. Для газовых и газоконденсатных месторождений картина совершенно иная. Распределение газовых месторождений не связано с амплитудами деформаций разного ранга. Анализ связи накопленной дисперсии и дробности неотектонических движений с газовыми месторождениями показывает, что они приурочены к областям с повышенной раздробленностью и подвижностью чехла Западно-Сибирской плиты. Правда, до определенного предела, выше которого, видимо, не обеспечивается сохранность месторождений газа, который либо улетучивается, либо мигрирует в соседние участки.

Таким образом, ранговые неотектонические критерии позволяют -в отличие от интегральных - оценивать перспективность территории дифференцированно на нефть и газ.

5.2. Проницаемость земной коры территории Мезенской сияе-клизы. Для успешного осуществления поиска рудоконтролирующих структур различных полезных ископаемых необходимо иметь представление о характере проницаемости литосферы. Для выявления зон повышенной проницаемости, в условиях отсутствия эталонных участков таких зон, были использованы результаты физического моделирования процесса деформаций фундамента Мезенской синеклизы. Моделирование показало, что при субширотном положении главных сжимающих осей напряжений достигается наиболее полное соответствие между моделью и структурой фундамента. Процесс деформации приводит для Мезенской синеклизы к раскрытию субширотных разломов там, где проявились деформации третьего ранга и к раскрытию разломов северо-восточной ориентировки там, где деформации третьего ранга отсутствуют. Для территории Беломоро-Кулойского плато более перспективными являются разломы северо-восточной ориентировки 2-го ранга и субширотные разломы 3-го ранга. Отметим, что данный подход к решению прогнозной задачи основан на рассмотрении механизма образования структур, а не на традиционно используемом методе поиска аналогов структурно-геологических ситуаций.

Гидрогеохимическое опробование на СЬ-иоп, проведенное по долине р.Сев. Двина, подтвердило приуроченность зон повышенной проницаемости к разломам указанных выше ориентировок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Неотектонические движения, а также связанные с ними поля напряжений и деформаций имеют иерархическое строение. Каждый ранг этой иерархической лестницы порождает совокупность структурных форм, различающихся масштабом своего проявления, особенностями пространственного расположения, величиной деформированности, временем и механизмом образования. Количество и объем таких - тек-тодинамических - рангов индивидуальны для каждой геоструктурной области и для каждого из этапов развития.

На территории Западно-Сибирской плиты установлено два текто-динамических ранга. Первый породил структуры наиболее глубинные и крупные - до 1000 км, имеющие субширотную ориентировку. Структуры второго ранга имеют размеры менее 200 км и вытянуты в субмеридиональном направлении.

На территории севера Русской плиты установлено три тектодина-мических ранга. К первому относятся структуры длиной до 400 км. Ко второму рангу - структуры длиной до 160 км, С-В и С-3 простирания. К третьему рангу - структуры длиной до 30 км субмеридиональной и суб широтной ориентировки.

Модель тектодинамического межрангового взаимодействия, предложенная для Мезенской синеклизы, предусматривает формирование субширотных и субмеридиональных структур третьего ранга в результате смещений по крупным, определяющим структурный план фундамента, С-В и С-3 разломам второго ранга в региональном поле напряжений с широтной ориентацией оси сжатия. Такой процесс, как показало физическое моделирование, приводит к "раскрытию" субширотных разломов там, где проявились деформации третьего ранга, и к "раскрытию" разломов С-В ориентировки там, где эти деформации отсутствовали. Повышенная проницаемость вдоль разломов именно этих ориентаций подтверждается гидрогеохимическим опробованием.

Дисперсионный анализ, проведенный для выявления величины связи между различными параметрами новейшей тектоники и нефтега-зоносностью Западно-Сибирской плиты, показал, что ранговый подход увеличивает информативность неотектонических критериев для нефтяных месторождений в 6 раз, а для газовых и газово-конденсатных месторождений, более чем в 30 раз. Ранговые неотектонические критерии позволяют - в отличие от интегральных - оценивать перспективность территории дифференцированно на нефть и газ.

Ранговый подход к анализу неотектонических движений позволяет получать принципиально новую информацию об исследуемом районе, создает предпосылки для построения геодинамических моделей, повышает информативность неотектонических критериев при поиске полезных ископаемых.

Основные защищаемые положения:

/. Предложен и апробирован комплекс методов рангового анализа неотектонических движений платформенных территорий.

2.. Статистически достоверно выявлены три тектодинами-ческих ранга нео тектонических движений на территории северной части Русской плиты в масштабе 1:1 ООО ООО и два тектоди-намических ранга на территории Западно-Сибирской плиты в масштабе 1:5 ООО ООО.

3. Предложена модель рангового структурообразования Северной части Русской плиты, которая предусматривает формирование субширотных и субмеридиональных структур третьего ранга в результате смещений по крупным С-В и С-3 разломам второго ранга в региональном поле напряжений с широтной ориентацией оси сжатия.

Эта схема подтверждена физическим моделированием и геохимическим опробованием.

4. Применение рангового подхода увеличивает в несколько раз эффективность использования неотектонических критериев для поиска нефтяных и газовых месторождений, причем позволяет делать это дифференцировано.

Основные положения диссертации изложены в следующих статьях:

1. Комплексирование неотектонических критериев нефтегазонос-ности Западно-Сибирской плиты. - В кн.: Комплексирование аэрокосмических, сейсмических, геохимических и скважинных геофизических методов при поисках и разведке нефти и газа. - Москва, ВНИИгеоин-формсистем, 1986, с.95-105, (совместно с П.Н.Николаевым).

2. Изменения поля напряжений в зонах разломов Северного Ти-мана. - В кн.: Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере.Тез. докл. Всесоюзн. совещ. "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты", Иркутск, 1991, с.13-14, (совместно с О.А.Воейковой, Т.И.Голиковой, А.И.Нестеровым).

3. Ранговый анализ разломов Европейского севера СССР.В кн.: Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере. Тез. докл. Всесоюзн. совещ. "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты", Иркутск, 1991, с.23-24, (совместно с

A. И. Нестеровым).

4. Происхождение линеаментных систем разного ранга по данным тектонофизического моделирования. В кн: Механизмы структурообразования в литосфере и сейсмичность. Тез. докл. III Всесоюзн. Симпозиума "Экспериментальная тектоника в решении задач теоретической и практической геологии", Москва, 1991, с. 120-121, (совместно с

B.А.Галкиным).

5. Типы новейших структур Урала. Бюлл. МОИП, отд. геол., 1993, т.68, вып.1, с.3-14, (совместно с С.А.Несмеяновым, О.А.Воейковой, и др.)

6. Неотектонические напряжения Севера Восточно-Европейской платформы и Урала. В кн.: Тектоника и магматизм ВосточноЕвропейской платформы. М.КМК. 1994. с 169-175, Материалы Международного совещания по проекту "ЕВРОПРОБА", Опалиха, май 1993, (совместно с Л.А.Сим.)

7. Новейшая тектоника и поля напряжений Европейского Севера России. В кн.: Геология. 4.1. Программа "Университеты России". М. Изд-во Моск. ун-та, 1993. с 124-128, (совместно с Н.В.Короновским, Л.А.Сим.)

8. Ранговый анализ неотектонических движений Северной части Русской плиты. Тез. докладов, Ломоносовские чтения МГУ , 1995г. (в печати).