Geodynamics & Tectonophysics (E-Journal) / Геодинамика и тектонофизика
Not a member yet
725 research outputs found
Sort by
Вариации 234U/238U в подземных водах Мондинского полигона как отклики землетрясений на окончании Тункинской долины в Байкальской рифтовой системе
Get PDFHigh 234U/238U activity ratio (AR4/8), identified in groundwater from the Elovka-Kultuk and Nilovka-Mondy inversion sections of the Tunka Valley, coincide with areas of earthquake concentrations. In order to substantiate an approach to earthquake prediction, spatial variations of this parameter were determined in natural water at the western termination of the valley and its temporal variations were monitored in water from the Mon-D well in the Mondy basin in 2013–2017. A recorded gradual decrease of AR4/8 values in water of this well, coeval with preparation and implementation of an earthquake with the energy class K=13.9 in the north of lake Khövsgöl, reflected crack closure that prevented deep water penetration in the Tumelik-Mondy aseismic zone. At the eastern termination of the valley, near the Kultuk village, decreasing AR4/8 values in groundwater were followed with their sharp increasing and transition to low-amplitude variations. Accordingly, crack closing was followed with their opening that facilitated the circulation of deep water and provided seismic events. Leveling of the Mondy anomaly in the Tumelik-Mondy aseismic zone, accompanied by a continuous activity of the Turan and Nilovka anomalies within the Nilovka-Mondy section, emphasized a specific role of the latter as an intermediate chain between the Khövsgöl segment of radial rifts, originated in front of the Hangay orogen, and the largest central basin of the Tunka Valley. The Kultuk, Zaktuy, and North-Tory AR4/8 and earthquake anomalies denoted boundaries of the Elovka-Kultuk section in the Khamardaban lithospheric block flattened at the edge of the Siberian platform basement.Высокие отношения активностей 234U/238U (ОА4/8), выявленные в подземных водах Еловско-Култукской и Ниловско-Мондинской инверсионных секций окончаний Тункинской долины, совпадают с участками концентрации землетрясений. Для обоснования подхода к прогнозу землетрясений на западном окончании долины были определены пространственные вариации этого параметра в природных водах и его временные вариации в 2013–2017 гг. в водах скважины Mon‐D в Мондинской впадине. Задокументированное ступенчатое снижение значений ОА4/8 в воде этой скважины, одновременно с подготовкой и реализацией землетрясения с энергетическим классом К=13.9 на севере оз. Хубсугул, отразило последовательное закрытие трещин, препятствовавшее проникновению глубинных вод в Тумелик-Мондинской асейсмичной зоне. В подземных водах ее восточного окончания, в районе пос. Култук, снижение значений ОА4/8 сменялось их резким возрастанием и переходом к малоамплитудным вариациям. Соответственно закрытие трещин сменялось открытием, способствовавшим циркуляции глубинных вод и реализации землетрясений. Нивелирование Мондинской аномалии Тумелик-Мондинской асейсмичной зоны с продолжением активности Туранской и Ниловской аномалий внутренней части Ниловско-Мондинской секции подчеркнуло ее особую роль как связующего звена между Хубсугульским сегментом радиальных рифтов, образовавшихся во фронте Хангайского орогена, и наиболее крупной центральной впадиной Тункинской долины. Проявление Култукской, Зактуйской и Северо-Торской аномалий ОА4/8 и землетрясений по периферии Еловско-Култукской секции обозначило границы Хамардабанского литосферного блока, расплющенного у края фундамента Сибирской платформы
Корреляция литосферных магнитных аномалий и тектонических структур в норвежско-гренландской части Арктики
Get PDFThe studies of the deep structure and tectonics of the Arctic are important for solving the fundamental problems of modern geodynamics and developing its natural resources. This region is also of interest from the geopolitical point of view, in particular, considering the boundaries of the marginal seas. Our study aims to investigate the lithospheric (anomalous) geomagnetic field in the Norwegian-Greenland region of the Arctic and to correlate the identified anomalies with tectonic structures located in the region under study. The database includes the CHAMP satellite measurements of the modulus of the total geomagnetic field vector (the satellite operated at the altitude of ~280 km). This article describes the satellite data processing method applied to distinguish between the lithospheric part and other components of the geomagnetic field. Map showing the total vector modulus of the lithospheric field has been constructed for the studied area. The article discusses the possible nature of the lithospheric magnetic anomalies and their relation to the processes that occur under the territory of Greenland. According to our interpretation of the maps, the geomagnetic field anomalies are related to the modern large-scale geological and tectonic structures located in the studied area. The obtained results can facilitate further comprehensive geological and geophysical studies and contribute to modeling of the evolution of the lithosphere.Изучение глубинного строения и тектоники Арктики актуально для решения фундаментальных проблем современной геодинамики, освоения ее природных ресурсов, а также представляет интерес с геополитической точки зрения, в частности для определения границ шельфов окраинных морей. Цель настоящей работы – изучение литосферного (аномального) геомагнитного поля на территории норвежско-гренландской части Арктики и сопоставление выявленных аномалий с тектоническими структурами исследуемого региона. В качестве экспериментальных данных использовались измерения модуля полного вектора геомагнитного поля спутником CHAMP на высоте ~280 км. В работе описана методика обработки спутниковых данных с целью отделения литосферной части от остальных составляющих геомагнитного поля. В результате построена карта модуля полного вектора литосферного поля для исследуемой территории. Рассмотрена возможная природа литосферных магнитных аномалий и их связь с процессами, происходящими под территорией Гренландии. Интерпретация полученных карт показывает, что аномалии геомагнитного поля связаны с современными крупномасштабными геолого-тектоническими структурами исследуемой области. Полученные результаты представляют существенный интерес для дальнейших комплексных геолого-геофизических исследований и построения обоснованных моделей эволюции литосферы
ПАЛЕОТЕКТОНИЧЕСКИЕ И ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ НАКОПЛЕНИЯ НИЖНЕРИФЕЙСКОЙ АЙСКОЙ СВИТЫ БАШКИРСКОГО ПОДНЯТИЯ (ЮЖНЫЙ УРАЛ) НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ДЕТРИТОВЫХ ЦИРКОНОВ МЕТОДОМ «TERRANECHRONE®»
Get PDFThe TerraneChrone® (LA-ICP-MS) technique has been applied to carry out an integrated study of detrital zircons in sandstones sampled from the basal horizons of the stratotypical Riphean sequence in the Southern Urals, specifically the Navysh and Chudin suites of the Ai Formation of the Burzyan Group in the Bashkir Uplift. The concentrations of trace elements in the detrital zircons suggest that the role of oceanic or marginal-marine complexes among the primary sources of zircons was insignificant, and show a better agreement with the intra-continental rather than passive-margin origin of the Riphean basin, whose basal levels are composed by the Ai Formation. The U/Pb ages of zircons from samples K13-206 and M08-16-1 are generally similar: the Paleoproterozoic zircons predominate (the dominant peaks are actually coincident, 2063 and 2055 Ma), and only a few grains of the Archean age are present. Despite the similar U/Pb ages of the detrital zircons, these two samples considerably differ in their Hf isotopic features and the concentrations of trace elements, which means that the zircons in the studied sandstones are of different geodynamic origin. The characteristics of these zircons can be explained by a model showing the Ai Formation in the Navysh graben that is a rift structure and a predecessor of the Kama-Belaya aulacogene in the inner Volga-Ural region of the Paleoproterozoic supercontinent Columbia. At the initial stage of rifting, the granitoid complexes with a lower total silicic acidity, which composed the graben walls, had been eroded; as a result of erosion, coarse clastic rocks accumulated within the Navysh graben and formed the Navysh suite. A specific “carbonatitic” complex containing zircons (about 2.0, 2.5, 2.85 and 3.6 Ga) and the Palaeoarchean crustal material in the substrate of their parent rocks was also eroded. In the final stage of rifting, already at the initial stages of the development of the Kama-Belaya aulacogen (Chudin suite), the erosion products from the paleo-aquifers occupying vast areas began to be transported into the rift. The primary sources of clastics for the Chudin suite were both granitoids of the lower and normal silicic acidity. Besides, a specific “carbonatitic” complex containing juvenile zircons (about 2.05 Ga) was eroded. However, by that time, significant areas of the Archaean basement of the Volga-Ural region might have become hidden underneath a proto-cover and thus not eroded, so the Archean detritus in the Chudin suite is poorly represented in comparison with the Navysh suite, considering both the amounts and ages of detrital zircons. As of today, the Precambrian carbonatite rocks within both the Taratash complex (composing the basement of the Navysh graben) and the southeastern segment of the East-European Platform have not yet been described. The source of the “carbonatite” zircons remains unknown and can be discovered as more and more data on the basement rocks is accumulated. В статье представлены результаты комплексного изучения по методике «TerraneChrone®» (LA-ICP-MS) детритных цирконов, выделенных из песчаников, слагающих базальные горизонты (навышская и чудинская подсвиты айской свиты бурзянской серии Башкирского поднятия) стратотипического разреза рифея на Южном Урале. Зафиксированные в цирконах содержания элементов-примесей свидетельствуют о малой роли комплексов океанического или окраинно-морского генезиса среди первичных источников цирконов и лучше согласуются с внутриконтинентальным, а не окраинно-континентальным расположением рифейского бассейна, базальные уровни которого выполнены айской свитой. U/Pb возрастные характеристики изученных цирконов в обеих пробах в общем схожи: преобладают палеопротерозойские цирконы (доминирующие пики фактически совпали – 2063 и 2055 млн лет), а архей представлен только немногочисленными зернами. При схожести U/Pb возрастных параметров детритных цирконов по Hf-изотопным признакам этих цирконов и содержаниям в них элементов-примесей зафиксированы существенные различия между пробами, свидетельствующие о том, что источниками цирконов для изученных песчаников были различные по геодинамической природе комплексы. Особенности характеристик цирконов в изученных пробах могут быть объяснены в рамках модели формирования айской свиты в рифтовой структуре – Навышском грабене – предшественнике Камско-Бельского авлакогена во внутренней волго-уральской части палеопротерозойского суперконтинента Колумбия. На начальной стадии рифтогенеза в Навышском грабене накапливались грубообломочные породы (навышская подсвита), представляющие собой продукты размыва слагающих борта этого грабена гранитоидных комплексов пониженной валовой кремнекислотности. В размыв попал также комплекс, содержащий специфические «карбонатитовые» цирконы с возрастом около 2.0, 2.5, 2.85 и 3.6 млрд лет и с участием палеоархейского корового материала в субстрате материнских по отношению к ним пород. В завершающую стадию рифтогенеза, уже на начальных стадиях развития Камско-Бельского авлакогена (чудинская подсвита), в грабен стали попадать эрозионные продукты с палеоводосборов, занимающих более обширные площади, первичными источниками кластики для которых были гранитоиды как пониженной, так и нормальной кремнекислотности. В размыв попал также комплекс, содержащий специфические ювенильные «карбонатитовые» цирконы с возрастом около 2.05 млрд лет. Однако к этому времени значительные площади архейского фундамента Волго-Уралии, вероятно, были покрыты проточехлом и не дренировались, поэтому архейский детрит в навышской подсвите представлен скуднее по сравнению с чудинской подсвитой и по количеству, и по возрастным группам. До сих пор докембрийские карбонатитовые породы ни в тараташском комплексе, слагающем фундамент Навышского грабена, ни в юго-восточной части Восточно-Европейской платформы не описаны, и вопрос об источнике этих «карбонатитовых» цирконов остается открытым, но имеет перспективу быть решенным по мере накопления данных о фундаменте
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ЮЖНОМ ПРИАНГАРЬЕ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕВОБЕРЕЖЬЯ Р. АНГАРЫ В Г. ИРКУТСКЕ)
Get PDFSeismic hazard assessment with the use of an integrated approach is discussed on the case of the left bank of the Angara river in Irkutsk, Russia. Potential earthquake focal zones have been identified in the study area. A brief overview of fault tectonics, seismology and seismogeology of the study area is presented. The map of the epicenters of local earthquakes and the map of active faults in the study area show the magnitudes of potential seismic events in the potential earthquake focal zones. The methodology of instrumental measurements and the methods of seismic hazard assessment are considered in detail. Calculations are based on the data obtained by the instrumental methods of seismic microzoning. Theoretical seismic effects on typical ground conditions are calculated, and the estimations are obtained with reference to maximum accelerations for predicted strong earthquakes. Estimated are potential seismic effects of probable strong earthquakes on the foundations of structures in the study area. Based on the estimations, an initial signal is formed (taking into account the potential earthquake focal zones, their parameters and the spectral composition of vibrations corresponding to the local earthquakes), and a required set of seismic models is developed in order to quantify the parameters of soil motions that may take place in the event of a strong earthquake. The experimental methods provided the data on the seismic properties of the reference and investigated soils, the propagation rates of seismic waves in such soils, and the pattern of microseism levels, as required for a valid estimation of seismic effect parameters by the seismic rigidity method and the microseism technique. Currently, both methods are by far the most effective in determining the seismic hazard of the territories. Statistical analysis was carried out using the calculations and the simulation data to more clearly determine the scatter of the results obtained. The seismic hazard of the study area is assessed based on the results of this study.Рассмотрен комплексный подход к оценке сейсмической опасности грунтов представленных на участке, расположенном на левом берегу р. Ангары в черте г. Иркутска. Установлены зоны возможных очагов землетрясений (ВОЗ). Проведен краткий анализ материалов по разломной тектонике, сейсмологии и сейсмогеологии района исследования. Представлена карта эпицентров местных землетрясений и карта активных разломов окрестностей исследуемой территории с ожидаемой магнитудой будущих вероятных землетрясений из зон ВОЗ. Подробно рассматривается методика проведения инструментальных измерений и методы оценки сейсмической опасности. Выполнены расчеты по данным, полученным инструментальными методами сейсмического микрорайонирования. Реализованы теоретические расчеты сейсмических воздействий для типовых грунтовых условий, и дана их оценка по максимальным ускорениям для прогнозируемых сильных землетрясений. Расчетными методами выполнен прогноз сейсмических воздействий вероятных сильных землетрясений на основания сооружений. При использовании расчетных методов сформирован исходный сигнал (с учетом зон ВОЗ, их параметров и соответствующего местным землетрясениям спектрального состава колебаний), построено необходимое число сейсмических моделей, позволивших количественно оценить параметры движений грунта на случай сильных землетрясений. С использованием экспериментальных методов получены данные о сейсмических свойствах эталонных и исследуемых грунтов, скоростях распространения в них сейсмических волн и распределении уровней микросейсм, которые необходимы для обоснованной оценки параметров сейсмических воздействий по методу сейсмических жесткостей и методу микросейсм. Оба метода на сегодняшний день являются наиболее эффективными при определении сейсмической опасности территорий. Произведен статистический анализ по расчетным и экспериментальным методам для уточнения разброса полученных результатов. По результатам проведенных работ определена сейсмическая опасность исследуемой площади
Структура земной коры Онежско-Кандалакшского палеорифта по данным комплексного анализа аномального магнитного поля акватории Белого моря
Get PDFGeological and geophysical studies recently conducted in the White Sea and the adjacent territory have provided new data on the deep structure of this region. Our study aims to conduct complex analysis of the anomalous magnetic field and the geological and geophysical data on the Onega-Kandalaksha paleorift located in the White Sea basin and the adjacent southeastern land area, and to develop a model showing its deep structure. The basis for analysing the magnetic field is the anomalous magnetic field (AMF) map constructed by the authors using the magnetic survey data consolidated by the Marine Arctic Geological Expedition (MAGE) in 2003–2008 and supplemented by the survey data of the Institute of Oceanology RAS in 2001–2004. The parameters of the magnetically active layer are estimated by the independent complementary methods of quantitative interpretation developed by the Laboratory of Geophysical Fields, P.P. Shirshov Institute of Oceanology RAS. This article describes a model showing the structure and formation of the magnetically active layer of the White Sea paleorift. Our study shows that the magnetically active layer of the paleorift system has a complex structure reflecting all the main stages in the evolution of tectonic activity in the White Sea region, from the Middle and Late Riphean to the last glaciation of the Quaternary period. The model includes three structural layers, each corresponding to a certain stage. The bottom structural layer is the base of the magnetically active layer, which reflects the continental rifting stage in the evolution of the White Sea mobile belt in the Middle and Late Riphean. The middle structural layer reflects the Middle Paleozoic (Late Devonian) stage of rifting reactivation, which is characterized by alkaline-ultrabasic magmatism and represented by swarms of alkaline dykes and diatremes, including kimberlite pipes. The top structural layer reflecting a high-frequency component of the AMF is related to the highly magnetic sources of anomalies located in the upper part of this structural layer. The characteristics of the top structural layer suggest that it formed in the Late Pleistocene – Holocene and developed during the final stage the tectonic activation of this region. The deep crustal structure of the White Sea basin is specified in our model showing the magnetically active layer for the low-frequency component of the AMF. In the southeastern part of the basin, magmatism products of the basic (Riphean – Vendian) and alkaline-ultrabasic (Middle Paleozoic) composition are abundant in the crust and provide for a strong magnetic source of anomalies, the lower edges of which are traced at the depths to 30 km. This probably reflects the most active plume-lithospheric interaction. Wedging and uplifting of the magnetically active layer northwestward along the Onega-Kandalaksha rift is related to the White Sea (Belomorsky) deep fault. This fault is a long-lived conduit that channels magma from the central portion of the plume, as evidenced by the igneous bodies of the basic composition in the basement and central parts of the sedimentary wedge in the Kandalaksha graben. The complex analysis of the AMF in the White Sea region suggests the presence of morphologically different igneous bodies in the upper crust in the study region.Благодаря геолого-геофизическим исследованиям последних лет акватории Белого моря и прилегающей территории появились новые данные о глубинном строении Беломорского региона. Основная цель представляемой работы – составление на основе комплексного анализа аномального магнитного поля и других геолого-геофизических данных модели глубинного строения Онежско-Кандалакшского палеорифта, расположенного в Беломорском бассейне и на прилегающей с юго-востока суше. Основой для анализа магнитного поля Белого моря послужила сводная карта аномального магнитного поля (АМП), составленная авторами по материалам магнитных съемок, выполненных ОАО «Морская арктическая геологоразведочная экспедиция» (МАГЭ) в 2003–2008 гг., которые были дополнены материалами съемок, выполненных Институтом океанологии РАН в 2001–2004 гг. Для решения этой задачи и оценки параметров магнитоактивного слоя в работе были использованы независимые взаимодополняющие методы количественной интерпретации, разработанные в лаборатории геофизических полей Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. В результате анализа и комплексной интерпретации аномального магнитного поля и других геолого-геофизических данных авторами была создана модель строения и формирования магнитоактивного слоя палеорифтовой системы Белого моря. Исследования показали, что магнитоактивный слой палеорифтовой системы Белого моря имеет сложное строение, которое отражает все основные этапы тектонической активности Беломорского региона – от среднего и позднего рифея до событий последнего оледенения четвертичного периода. Модель магнитоактивного слоя представлена тремя структурными уровнями (горизонтами), каждый из которых отражает определенный этап формирования изучаемой площади. Нижний структурный уровень (основание магнитоактивного слоя) отражает рифтовый этап эволюции Беломорского подвижного пояса в среднем и позднем рифее, характеризующийся проявлением континентального рифтогенеза. Средний структурный горизонт отражает среднепалеозойский (позднедевонский) этап реактивации рифтовой системы, который характеризуется проявлением щелочно-ультраосновного магматизма и представлен роями щелочных даек и трубок взрыва, в том числе и кимберлитового состава. Верхний структурный уровень отражает высокочастотную составляющую аномального магнитного поля и связан с сильномагнитными источниками аномалий, расположенными в верхней части выделяемого структурного уровня. Характеристики этого структурного уровня позволяют предполагать, что верхний горизонт мог быть сформирован во время последнего этапа (поздний плейстоцен – голоцен) тектонической активизации этого региона. Модель магнитоактивного слоя для низкочастотной составляющей АМП отражает глубинное строение земной коры Беломорского бассейна, в юго-восточной части которого сильномагнитным источником аномалий с глубиной нижних кромок до 30 км является насыщенность коры продуктами проявлений магматизма основного (рифей – венд) и щелочно-ультраосновного (средний палеозой) состава, что, вероятно, отражает наиболее активное плюм-литосферное взаимодействие. Выклинивание и воздымание магнитоактивного слоя к северо-западу вдоль простирания Онежско-Кандалакшского рифта связывается с Беломорским глубинным разломом, который являлся долгоживущим магмоподводящим каналом от центральной части плюма, что подтверждается наличием магматических тел основного состава в фундаменте и в центральной части осадочного клина, выполняющего Кандалакшский рифтогенный грабен. Комплексный анализ АМП в пределах акватории Белого моря позволил также спрогнозировать наличие магматических тел различной морфологии в верхней части земной коры
Хэнтей-Даурская складчатая система Монголо-Охотского пояса (магматизм, седиментогенез, геодинамика)
Get PDFThe geostructural, petrological, geochemical, geochronological and biostratigraphic studies were conducted in the Hentei-Dauria fold system of the Mongolia-Okhotsk orogenic belt. This Paleozoic system is composed mainly of three heterochronous rock associations related to the onset and development of oceanic basins and active margins in the conjugation zone of the Siberian continent and the Mongolia-Okhotsk ocean. This region developed in three stages: (1) Late Caledonian (Ordovician – Early Silurian), (2) Early Hercynian (Late Silurian – Devonian), and (3) Late Hercynian (Carboniferous–Permian). In the Late Caledonian, oceanic seafloor spreading was initiated, deep-sea siliceous deposits were formed, basaltic and andesitic pillow lavas were erupted, and layered and cumulative gabbros, gabbro-dolerite dykes and subduction zones with island-arc magmatism were formed. After a short quiescence period, new zones of spreading and subduction occurred at the active margins of the Mongolia-Okhotsk ocean in the Early Hercynian. In the Late Hercynian, large back-arc sedimentary basins, accretionary prisms and connecting intraplate magmatic complexes were formed in all structures of the Hentei-Dauria fold system. As a result of our studies, we propose a comprehensive model showing the geodynamic development of the Hentei-Dauria fold system that occurred in the area of the Mongolia-Okhotsk Ocean and its margins.В результате проведенных структурно-геологических, петролого-геохимических, геохронологических и биостратиграфических исследований установлено, что палеозойская Хэнтей-Даурская складчатая система Монголо-Охотского орогенного пояса сложена главным образом тремя разновозрастными ассоциациями пород, связанными с заложением и развитием океанических бассейнов и активных окраин в зоне сопряженного взаимодействия Сибирского континента и Монголо-Охотского океана в течение трех этапов: 1) позднекаледонского (ордовикско-раннесилурийского), во время которого произошло заложение океанического спредингового бассейна и формирование глубоководных кремнистых отложений, излияние пиллоу-лав базальтов и андезибазальтов, образование расслоенных и кумулятивных габбро, даек габбро-долеритов, а также зон субдукции с островодужным магматизмом, 2) раннегерцинского (позднесилурийско-девонского), когда после небольшого перерыва вновь произошло заложение новых зон спрединга и субдукции на активных окраинах Монголо-Охотского океана, и 3) позднегерцинского (каменноугольно-пермского), завершившегося образованием крупных задуговых осадочных бассейнов, формированием аккреционных призм и сшивающих внутриплитных магматических комплексов во всех структурах Хэнтей-Даурской складчатой системы. На основе полученных данных разработана комплексная модель геодинамического развития Хэнтей-Даурской складчатой системы, сформированной на месте Монголо-Охотского океана и его окраин.
ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОСТРОВА САХАЛИН ПО ДАННЫМ GPS‐НАБЛЮДЕНИЙ
Get PDFThe earth surface deformation was modeled for the North, Central and South Sakhalin on the basis of de‐ formation velocities recorded by the GPS stations of the Sakhalin Geodynamical Network. A pattern of contemporary horizontal deformation is intricate in the vicinity of the main submeridional faults of the island. On the island surface, the dominant deformation regime is compression; however, the spatial distribution of deformation is heterogeneous. The horizontal compression is mainly sublatitudinal and SW‐NE‐trending. In addition to compression, there are zones of rather intense right‐lateral strike‐slip in the northern and central parts of the island, while stretching dominates in the south‐eastern parts. The regional geodynamic setting is reflected in the seismicity of the island. Recently, the seismic activity has been increased in the areas characterized by intensive surface deformation, while the areas of low deformation rates correlate with the zones of weak and sparse seismicity.На основе GPS‐скоростей пунктов Сахалинской геодинамической сети выполнено моделирование деформированного состояния земной поверхности северной, центральной и южной части о. Сахалин. Полученные данные показывают сложную картину современных горизонтальных деформаций в окрестностях главных субмеридиональных разломов острова. Преобладающим деформационным режимом является сжатие островной суши, однако пространственное распределение деформаций неоднородно. Сокращение земной коры происходит в основном в субширотном и ЮЗ‐СВ направлениях. Наряду со сжатием на севере и в центре острова выделяются области достаточно интенсивных деформаций правостороннего сдвига, в юго‐восточной части острова преобладают деформации растяжения. Региональная геодинамическая обстановка находит отражение в сейсмичности острова. В районах интенсивного деформирования земной поверхности проявляется повышенная сейсмическая активность последних лет, тогда как области низких скоростей деформаций коррелируют с зонами слабой и разреженной сейсмичности
Геоэлектрический имидж сбросовых зон: тектонофизическая интерпретация малоглубинной электротомографии на примере Бугульдейско-Чернорудского грабена в Западном Прибайкалье
Get PDFIn the study of normal fault zones located in the central Baikal rift, a new approach was applied to process and interpret the shallow-depth electrical resistivity tomography data. This approach is based on the concepts of tectonophysics and considers three-stage formation of a fault and the corresponding three degrees of rock material disturbance, which are regularly detected in the rock mass. The degrees are established by statistical analysis of specific electrical resistance (SER) measured from the electrical resistivity tomography profile across the faults under study. Based on a geoelectrical profile, it is possible to identify the sites wherein the disturbed rocks show the indicators of the early, late and final stages of faulting. The profile provides the basis for specifying the boundaries of the fault zone and the main features of its internal structure. The tectonophysical approach was applied to study a series of normal fault zones varying in ranks. The zones are located on the sides of the Buguldeika-Chernorud graben located near the Olkhon Island in the Western Baikal region. By comparing the geoelectrical profiles constructed under the same methodology, it was established that the near-fault anomalies of electrical resistance are qualitatively similar. Their structure is defined by the general mechanism of normal faulting in the upper crust during sliding along a curved (listric) fault plane. The research results are consolidated in an idealized geoelectrical model: a 2D profile showing a low-resistance anomaly that corresponds to a normal fault zone. This anomaly is asymmetrical and mushroom-shaped, and its internal structure is heterogeneous. In the lying wing of the fault, the anomaly reflects the fan-shaped set of secondary faults caused by the subvertical movements in the normal fault zone, which surface is steeply inclined to the horizon. In the hanging wing, the structure of the anomaly reflects a system of lens-like grabens that form above the surface of the main fault plane that becomes less inclined with depth. The structure of the geoelectrical model proposed for the Olkhon region follows the general regularities controlling formation of listric-shaped normal fault zones. This model can be widely used for diagnostics of tectonic settings and crustal extension structures in other regions.В статье представлены результаты применения нового подхода к обработке и интерпретации данных малоглубинной электротомографии на примере сбросовых зон центральной части Байкальского рифта. Подход основан на представлениях тектонофизики о трехстадийном формировании разлома, которое предопределяет закономерное существование в породном массиве трех уровней нарушенности субстрата. Уровни выявляются посредством статистического анализа величин удельного электрического сопротивления (УЭС), измеренных на профиле электротомографии, пересекающем изучаемый дизъюнктив. Это позволяет выделять на геоэлектрическом разрезе участки, у которых уровень нарушенности пород соответствует ранней, поздней и заключительной стадии разломообразования. Подобный разрез представляет основу для выделения границ разломной зоны и главных особенностей ее внутреннего строения. Тектонофизический подход был реализован для серии разноранговых сбросовых зон, располагающихся в бортах Бугульдейско-Чернорудского грабена в Приольхонье. Сопоставление геоэлектрических разрезов, построенных в соответствии с единой методикой, позволило установить, что приразломные аномалии УЭС в качественном отношении подобны. Их строение определяется общим механизмом сбросообразования, реализующимся в верхней части коры при скольжении вдоль изогнутого (листрического) сместителя. Итогом исследования стала идеализированная геоэлектрическая модель, которая представляет двумерный разрез с низкоомной аномалией, соответствующей сбросовой зоне. Аномалия асимметрична, имеет грибоподобный вид и неоднородное внутреннее строение. Ее структура в лежачем крыле отражает веер вторичных разломов, образующихся при субвертикальных движениях в сбросовой зоне, которая у поверхности круто наклонена к горизонту. Строение аномалии в висячем крыле отражает систему линзоподобных грабенов, формирующихся над выполаживающейся с глубиной поверхностью главного сместителя. Предложенная на примере Приольхонья геоэлектрическая модель может иметь широкое применение для диагностики обстановок и структур растяжения земной коры, поскольку ее строение контролируется общими закономерностями формирования сбросовых зон, имеющих листрическую форму
ДВИЖУЩИЕСЯ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ КОНТИНЕНТЫ, СМОДЕЛИРОВАННЫЕ АКТИВНЫМИ МАРКЕРАМИ: ЗАКРЫТИЕ И РАСКРЫТИЕ ОКЕАНОВ, РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ
Get PDFThe evolution of the ‘mantle – moving deformable continents’ system has been studied by numerical experiments. The continents move self-consistently with the mantle flows of thermo-compositional convection. Our model (two-dimensional mantle convection, non-Newtonian rheology, the presence of deformable continents) demonstrates the main features of global geodynamics: convergence and divergence of continents; appearance and disappearance of subduction zones; backrolling of subduction zones; restructuring of mantle flows; stretching, breakup and divergence of continents; opening and closing of oceans; oceanic crust recirculation in the mantle, and overriding of hot mantle plumes by continents. In our study, the continental crust is modeled by active markers which transfer additional viscosity and buoyancy, while the continental lithosphere is marked only by increased viscosity with neutral buoyancy. The oceanic crust, in its turn, is modeled by active markers that have only an additional buoyancy. The principal result of our modeling is a consistency between the numerical calculations and the bimodal dynamics of the real Earth: the oceanic crust, despite its positive buoyancy near the surface, submerges in subduction zones and sinks deep into the mantle. (Some part of the oceanic crust remains attached to the continental margins for a long time.) In contrast to the oceanic crust, the continental crust does not sink in subduction zones. The continental lithosphere, despite its neutral buoyancy, also remains on the surface due to its viscosity and coupling with the continental crust. It should be noted that when a continent overrides a subduction zone, the subduction zone disappears, and the flows in the mantle are locally reorganized. The effect of basalt-eclogite transition in the oceanic crust on the mantle flow pattern and on the motion of continents has been studied. Our numerical experiments show that the inclusion of this effect in the model considerably alters the pattern of mantle flows and leads to distinct changes in the evolution of continents. Moreover, a new effect arises – bulging of heavy material (eclogitized former oceanic crust) at the core-mantle boundary, wherefrom it arises with the mantle plumes on the surface of the Earth.В численных экспериментах изучена эволюция системы мантия – движущиеся деформируемые континенты. Континенты движутся самосогласованно с мантийными течениями термокомпозиционной конвекции. Определены основные черты глобальной геодинамики – схождение и сжатие континентов, возникновение и исчезновение зон субдукции, бэкроллинг зон субдукции, перестройка мантийных течений и растяжение континентов с их последующим расхождением, раскрытие и закрытие океанов, а также рециркуляция океанической коры в мантии. Континентальная кора смоделирована активными маркерами, имеющими добавочную вязкость и плавучесть, тогда как континентальная литосфера – маркерами только с повышенной вязкостью, имеющими нейтральную плавучесть. Океаническая кора, в свою очередь, смоделирована активными маркерами, имеющими плавучесть. Принципиальный результат – соответствие численных расчетов реальной двухмодовости динамики Земли: океаническая кора, несмотря на свою положительную плавучесть у поверхности, погружается в зонах субдукции и уходит глубоко в мантию. (Часть океанической коры остается налипшей на окраинах континентов и не тонет, сохраняясь на длительное время.) В отличие от нее, континентальная кора не субдуцирует в зонах субдукции. Континентальная литосфера, несмотря на свою нейтральную плавучесть, за счет вязкости и сцепления с континентальной корой также остается на поверхности. При этом при «наезде» континента на зону субдукции происходит ее исчезновение и локальная перестройка течений в мантии. Изучено влияние перехода базальт – эклогит в океанической коре на структуру мантийных течений и движение континентов. Установлено, что включение в модель эффекта этого перехода существенно меняет картину мантийных течений и положения континентов. Кроме того, появляется новый эффект – возникновение скоплений остатков океанической коры на дне мантии. Вещество океанической коры накапливается на дне мантии неоднородно, образуя несколько скоплений. Поднимаясь вместе с плюмами, вещество океанической коры вновь оказывается на поверхности Земли
Результаты изучения тектонических напряжений в регионах Северной Евразии
Get PDFThe article presents the results obtained by field tectonophysical methods applied to study tectonic stresses of the Northern Eurasia regions, including young and ancient platforms (West European, Timan–Pechora, Turan, West Siberian, East European, and East Siberian) and orogenic frame structures (Caucasus, Northern Tien Shan, Mongolia-Okhotsk system of mesozoids, and Sakhalin Island). Tectonic stress reconstructions provided the basis for analysing the influence of spreading in the North Atlantics and the Arctic on the stress state of the platforms in Northern Europe. A spatial boundary of the influence goes approximately along the margins of the Fennoscandian shield and the Russian plate in the north. Further southwards, the boundary is submeridional and extends from the western wing of the Byelorussian anteclise almost to the Eastern Carpathians. The stress reconstructions for this boundary show the WNW and W-E-trending axes of compression. The boundary line does not coincide with the Teisser-Tornquist line that represents the boundary between the platforms with heterochronous basements. However, it correlates well with heat flow anomalies. The boundary area is confined to the Baltic coast [Sim, 2000. Along the boundary area, near the Baltic Sea, there is an area wherein faulting is mainly caused by extension [Sim, 2000. In this setting, helium permeability is the highest, as shown by the crust map of the European part of the USSR [Eremeev, 1983. Extension in this area is probably related to formation of young grabens in the Baltic shield. Changes in the compression axis orientation may be due to the alternating activations of the grabens in the submeridionalBotnicGulf and the latitudinalGulf of Finland. Reconstructions for individual faults show contradictions in the directions of shear displacements: both right- and left-lateral displacements are possible on the same fault segments, and the axes of compression can have either latitudinal or meridional orientations. The focal mechanisms of the Osmussaar andKaliningrad earthquakes (meridional and latitudinal axes of compression, respectively) give evidence of specific current neotectonic stresses in this area. Another zone is distinguished at 52°N from the above-described area. It is mainly sublatitudinal and detected along the southern flank of the Byelorussian anteclise. Further to the east, its orientation changes to SSW, and it roughly follows the SW boundary of theVoronezh anteclise. Reconstructions for the Ukrainian Shield, located south of this zone, show mainly the unstable orientations of the axes of compression. For the platforms inNorthern Eurasia, the tectonophysical methods reconstructed neotectonic stresses in the structures formed under the influence of intraplatform tectonic stresses. These are the residual gravitational horizontal compression stresses released by long-term denudation and uplifting of the structures, including the Khibiny massif of the Baltic Shield, theOlenek and Munsky massifs of the East Siberian platform. These structures are composed of the ancient Archaean-Proterozoic rock complexes, which have been subjected to predominantly vertical displacements for a long time, from the Paleozoic to the modern stage. Special attention should be given to the tectonic stresses ofSakhalin located at the boundary between the Eurasian and North American lithospheric plates. At the edges of these two largest plates, there are the Amur and Okhotsk microplates separated by theCentral Sakhalin fault, as described in some publications. Neotectonic stress reconstructions forSakhalinIsland show sublatitudinal compression and submeridional extension in the common stress field of shearing. The tectonophysical studies show that the neotectonic stresses differ in large structures: horizontal compression and shearing are typical of the uplifts (Kola Peninsula, Tien Shan, Sakhalin), while horizontal extension and extension with shearing are characteristic of depressions (Kandalaksha graben, depressions of theTatarGulf and theSea ofOkhotsk). Our studies provide the data on spacious ‘white spots’ in the modern stress maps ofNorthern Eurasia. The stress reconstructions for practically all the studied structures show that shearing is the dominant geodynamic regime in the study region.В статье обсуждаются результаты изучения тектонических напряжений севера Евразии полевыми тектонофизическими методами в пределах молодых и древних платформ: Западно-Европейской, Тимано-Печорской, Туранской, Западно-Сибирской, Восточно-Европейской и Восточно-Сибирской, а также в орогенных структурах обрамления: на Кавказе, на Северном Тянь-Шане, в Монголо-Охотских структурах мезозоид, на Сахалине. В результате определена граница влияния процессов спрединга в Северной Атлантике и Арктике на напряженное состояние платформ Северной Европы. Она проходит примерно по границе Фенноскандинавского щита и Русской плиты на севере, далее на юг она проходит субмеридионально по западному крылу Белорусской антеклизы практически до Восточных Карпат. Ожидаемая граница с разной ориентацией осей сжатия запад-северо-западного и меридионального простирания не совпала с линией Тейссера-Торнквиста – границей платформ с разновозрастным фундаментом, при этом она хорошо коррелируется с аномалиями теплового потока. Выделенная область приурочена к побережью Балтики [Sim, 2000. Вдоль нее вблизи Балтийского моря выделяется специфическая область, внутри которой большинство разломов формируется в обстановке растяжения [Sim, 2000. Такая обстановка сопровождается максимальной проницаемостью гелия, откартированной в 1983 г. в земной коре европейской части СССР [Eremeev, 1983. Обстановка растяжения в этой области, вероятно, связана с процессами формирования молодых грабенов Балтийского щита, а смена ориентации оси сжатия предположительно может быть обусловлена попеременной активизацией грабенов субмеридионального Ботнического и широтного Финского залива. По отдельным разломам в этой области восстанавливаются противоречивые направления сдвиговых смещений, т.е. по ним возможны как правосторонние, так и левосторонние перемещения на одних и тех же отрезках разломов, а ориентация оси сжатия может быть как широтной, так и меридиональной. Механизмы очагов Осмуссаарского, Калининградского землетрясений с меридиональными и широтными осями сжатия свидетельствуют о том, что специфика неотектонических напряжений в описываемой области характерна и для современного этапа. От этой области на 52° с.ш. отходит вторая зона – в целом субширотная; она проходит по южному крылу Белорусской антеклизы, далее на восток она приобретает ССЗ ориентировку, примерно повторяя ЮЗ границу Воронежской антеклизы. Южнее этой зоны неустойчивые ориентировки осей сжатия определены преимущественно на Украинском щите. В пределах платформ Северной Евразии тектонофизическими методами восстановлены неотектонические напряжения в структурах, формирующихся под воздействием внутриплатформенных тектонических напряжений – остаточных гравитационных горизонтальных сжимающих напряжений, реализованных при вертикальном подъеме структур и длительной денудации. К таким структурам отнесены Хибинский массив на Балтийском щите, Оленекский и Мунский массивы Восточно-Сибирской платформы. Перечисленные структуры характеризуются тем, что они сложены древними архей-протерозойскими комплексами пород, которые длительное время – от палеозоя и до новейшего этапа – испытывают преобладающие вертикальные перемещения. Особое место занимают результаты изучения тектонических напряжений на Сахалине, расположенном в пограничной полосе между Евразийской и Североамериканской литосферными плитами. На границе между этими крупнейшими плитами выделяются Амурская и Охотоморская микроплиты, граница между которыми проводится рядом авторов по Центрально-Сахалинскому разлому. Установлено, что для Сахалина характерно единое общее сдвиговое поле неотектонических напряжений с субширотным сжатием и субмеридиональным растяжением. Тектонофизические исследования показали различия неотектонических напряжений в крупных структурах: для поднятий характерен режим горизонтального сжатия и сдвиговый режим (Кольский п-ов, Тянь-Шань, Сахалин), а для впадин – режим горизонтального растяжения и растяжения со сдвигом (Кандалакшский грабен, впадины Татарского залива и Охотского моря). Проведенные исследования закрыли огромные по площади «белые пятна» на картах современных напряжений севера Евразии и показали доминирование регионального сдвигового геодинамического режима практически во всех изученных структурах