Geodynamics & Tectonophysics (E-Journal) / Геодинамика и тектонофизика
Not a member yet
725 research outputs found
Sort by
Об использовании факторного анализа для исследования геодинамических процессов формирования Большого Кавказа
Get PDFThe article describes the factor analysis procedure ensuring its correct usage for identifying the processes that cause formation of fold structures and the main layers of the continental crust in mobile belts. The proposed approach to this problem of geodynamics is specific: it aims at solving the inverse (rather than direct, which is common) problem of identifying the processes that led to the occurrence of a natural structure characterized by quantitative indicators varying within a certain range of values. The objectives of the study were to specify the number of main processes/factors, describe their nature and calculate their relative ‘loading’ values. The database included detailed structural profiles across the fold structure of the Greater Caucasus. A special method was applied to construct a balanced model of the sedimentary cover, considering ‘structural cells’ which are 5–7 km long along the profile. Each of the 78 ‘cells’ studied was characterized by six parameters: the depth of the basement top at three stages of development (pre-folded, post-folded, and post-mountain-building), the amount of shortening, the amplitude of neotectonic uplifting, and the difference between the depths of the basement at the first and final stages. The parameters, that are directly related to the evolution of the blocks of the continental crust in the study area, constituted the initial data array for the factor analysis. In the first step, the Kaiser criterion was used to determine the number of factors, and it was equal to two. This number was specified for the main study using the methods of principal components with rotation. Factor 1 (Isostasy) amounted to 46 % of loading value, with high loads of the parameter of the depth of the basement top at stages 1 and 3. Factor 2 (Shortening) amounted to 40 %, with high loads of the indicators of shortening values and the amplitude of neotectonic uplifting. Factor 1 is related to the process of ‘isostasy’: after folding and orogeny is complete, the basement top of the ‘structural cells’ tends to return to its depth which was obtained on the pre-folded stage. Factor 2 is related to the process of shortening of the structure. The Chiaur zone was chosen as an example to analyze the Alpine-type development of the structures using the isostatically balanced model. The analysis shows that this zone formed as the density of the crystalline crust gradually increased to the ‘mantle’ values. Geodynamic modeling still fails to properly take such transformations into account. In the discussion of the results, attention is drawn to the fact that the established process of ‘isostasy’ is natural, i.e. not pertaining only to a theoretical model. It is noted that a geodynamic model can be correctly constructed if it considers the impacts of both processes revealed in this study. The obtained results can be used for improving the geodynamic modeling of fold-thrust mobile belts.В статье рассматривается порядок корректного использования факторного анализа в целях выявления реально действующих процессов, формирующих складчатую структуру и основные слои континентальной коры подвижных поясов. Особенностью подхода к проблеме геодинамики является решение обратной (а не прямой, как обычно) задачи выделения тех процессов, которые привели к формированию природной структуры, имеющей ряд количественных признаков, обладающих определенным разбросом численных значений. Цель работы – уточнение числа основных процессов (факторов), описание их характера и выявление их сравнительной «силы». Рассматривается значение полученных результатов для разработки реалистичных геодинамических моделей. Исходным материалом работы послужили детальные структурные профили через складчатую структуру Большого Кавказа. По этим данным с помощью специального метода была построена сбалансированная модель осадочного чехла в объеме «структурных ячеек», размер которых составляет 5–7 км вдоль профиля. Было исследовано 78 таких «ячеек», которые характеризовались шестью параметрами: глубиной кровли фундамента на трех стадиях развития (доскладчатой, постскладчатой, посторогенной), величиной сокращения, амплитудой неотектонического поднятия и разницей глубин фундамента на первой и последней стадиях. Параметры имеют прямое отношение к истории формирования блоков континентальной коры региона и составляют исходный массив данных для факторного анализа. Первой операцией факторного анализа является определение числа факторов по критерию Кайзера; оно равнялось двум. Это число задавалось при основном исследовании несколькими методами (главных компонент с вращением). Был выявлен фактор 1, «изостазия», с весом 46 % и высокими нагрузками признаков глубины кровли фундамента на стадиях 1 и 3. Фактор 2, «сокращение», имел вес 40 % и высокие нагрузки признаков величины укорочения и амплитуды неотектонического поднятия. Первый фактор связывается с процессом «изостазии», который выражается в том, что после складчатости и горообразования кровля фундамента «ячеек» в целом стремится вернуться к своей глубине на доскладчатой стадии. Второй фактор связан с сокращением структуры. При анализе альпийского развития структур на примере Чиаурской зоны с использованием изостатически сбалансированной модели было показано, что ее формирование обусловлено последовательным увеличением плотности пород кристаллической коры до «мантийных» значений. Такие преобразования пока недостаточно учитываются в геодинамических моделях. При обсуждении результатов обращается внимание на то, что установленный процесс «изостазии» является природным, а не умозрительным модельным, а также на то, что корректная геодинамическая модель должна включать в себя результаты действия обоих обнаруженных процессов. Полученные результаты могут быть использованы при создании более совершенных геодинамических моделей формирования складчато-надвиговых подвижных поясов
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ КАМЧАТСКОГО ПОДВОДНОГО КАНЬОНА (ТИХООКЕАНСКАЯ ОКРАИНА КАМЧАТКИ)
Get PDFThe measurement data on the Kamchatka Canyon, including the block diagram, a set of echograms, the longitudinal profile of the canyon, and the bathymetric map, and the continuous seismoacoustic profiling data (CSP) has been reinterpreted. The study covers the shelf and the upper and middle parts of the continental slope. Regional gas-saturated strata have been discovered in the Cenozoic cover of the shelf and the continental slope, as well as in the block landslides of the sedimentary cover on the left (~55 km long, the western slope of the Kamchatka Cape) and right (more than 25 km long, the Kamchatka river delta front) sides of the canyon. Hanging landslides on the left side are associated with a 100–150 m increase in the depth of the canyon. On the middle slope, there is a large (28 km long) block landslide and its almost compensated paleochannel. The sub-latitudinal turn and the displacement of the canyon mouth to the north by 70 km is related to uplifting of the ridge-barrier in the Middle Pleistocene – Holocene. Based on the measurement and CSP data, it becomes possible to contour landslides on the sides of the Kamchatka Canyon, select the most hazardous locations (hanging landslides on the upper slope) for numerical modeling of potential landslide-related tsunami, and develop recommendations pertaining to construction of a new international sea port in the town of Ust-Kamchatsk.Проведена переинтерпретация данных промера (блок-диаграмма, блок эхограмм, продольный профиль каньона, батиметрическая карта) и непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСП) (фрагменты сейсмопрофилей) по Камчатскому каньону (шельф, верхняя и средняя часть континентального склона). Обнаружена региональная газонасыщенность кайнозойского чехла на шельфе и континентальном склоне, а также блоковые оползни осадочного чехла на левом (протяженность ~55 км, западный склон п-ова Камчатского мыса) и правом (протяженность более 25 км, склон авандельты р. Камчатки) борту каньона. Висячие оползни на левом борту связаны с переуглублением каньона на 100–150 м. На среднем склоне обнаружен крупный (28 км) блоковый оползень, сошедший по Камчатскому каньону, и его почти компенсированное палеорусло. Субширотный поворот и смещение устья каньона к северу на 70 км связаны с воздыманием хребта-барьера в среднем плейстоцене – голоцене. Материалы промера и НСП позволяют оконтурить оползневые массивы на бортах Камчатского каньона, выбрать для численного моделирования оползневых цунами наиболее опасные места (висячие оползни в полосе верхнего склона) и подготовить связанные с этим рекомендации для строителей нового международного морского порта Усть-Камчатск
ПОЗДНЕГОЛОЦЕНОВОЕ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ В АКТИВНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ ЧУКОТСКОГО МОРЯ
Get PDFThe article presents the detailed analysis results considering bottom sediments from the Chukchi Sea. Two core samples, b16 and НС–8 were taken from the northern Herald Canyon 150 km northeast from NE Wrangel Island. Core b16 has been studied in more detail. According to the 210Pb measurements, the recent sedimentation rate amounts to 0.9 mm/y–1 at the sampling point. In the bottom layer of the core sample, the minimum concentrations of biogenic components (SiO2bio, Corg, Ntot, and Br) and the increased concentrations of cold-water diatom species Thalassiosira antarctica may result from low biological productivity during the Maunder Minimum. A correlation with recent global warming (11–22 years) is shown by the increased concentrations of SiO2bio, Corg, Ntot, and Br and the decreased values of magnetic susceptibility and X-ray density in the top layer (1–2 cm) of the same core sample. The results of our geochemical and diatom analysis support the available literature data and confirm that the Late Holocene sedimentation in the Chukchi Sea takes place in the zone wherein the water transits from the Pacific to the Arctic Ocean.Представлены результаты комплексного исследования вещественного состава донных осадков, вскрытых двумя кернами в северной части каньона Геральд Чукотского моря. Одна из полученных колонок была выбрана для более детального исследования. Скорость современного осадконакопления в точке отбора этого керна, измеренная по 210Pb, составляет 0.9 мм/год. Минимальные концентрации биогенных компонентов (SiO2биог., Сорг., Nобщ., Br) и увеличение содержаний холодноводного вида диатомей Thalassiosira antarctica в нижнем слое колонки, вероятно, объясняются низкой биологической продуктивностью во время минимума Маундера. Повышенные концентрации SiO2биог, Сорг, Nобщ, Br, пониженные значения магнитной восприимчивости и рентгеновской плотности в самом верхнем интервале разреза (до 1–2 см) соответствуют последним 11–22 годам глобального потепления климата. Результаты геохимического и диатомового анализов подтверждают имеющиеся в литературе данные о том, что позднеголоценовая седиментация в Чукотском море происходит в зоне транзита тихоокеанских вод в Северный Ледовитый океан
Определение тропосферной рефракции над пунктами наблюдения IRKM (Иркутск), ULAZ (Улан-Удэ) и BADG (Бадары)
Get PDFThe article describes the possibility of using the passive satellite measurements of the atmosphere to investigate the vertical patterns of pressure, temperature and relative humidity and simulate the altitude dependence of the refractive index of air. The seasonal parameters were determined for the exponential model showing the tropospheric refraction over observation points IRKM (Irkutsk), ULAZ (Ulan-Ude) and BADG (Badary). Post-processing of the input GPS data was conducted to ensure the highest positioning accuracy. In addition to high-precision geodesy, the global positioning method was used for determining the total tropospheric zenith delays (ZTD), which values are used to solve the problems of radio physics and meteorology. The angles of refraction and the true distances were estimated and compared in different seasons of the year. This study shows that the angles of refraction at the observation points located in the Baikal zone do not differ significantly in order of magnitude from the values estimated for other climatic zones.Рассматривается возможность использования пассивной спутниковой локации атмосферы с целью получения данных вертикального распределения давления, температуры и относительной влажности для моделирования высотной зависимости показателя преломления воздуха. Получены сезонные параметры экспоненциальной модели тропосферной рефракции над пунктами наблюдения IRKM (Иркутск), ULAZ (Улан-Удэ) и BADG (Бадары). В результате постобработки первичных GPS-данных достигается максимальная точность позиционирования. Помимо высокоточной геодезии метод глобального позиционирования позволяет определять полную тропосферную зенитную задержку (ZTD), которая имеет приложения в задачах радиофизики и метеорологии. Выполнены сравнительные расчеты углов рефракции и истинного расстояния в разные сезоны года. Показано несущественное отличие углов рефракции по порядку величин в пунктах наблюдения Байкальской зоны от других климатических зон
Современное поле тектонических напряжений территории Приамурья
Get PDFThe Amur region (Priamurie) is located in the NE part of the Amur lithospheric plate and its surrounding territories. Seismic activity is moderate in Priamurie, and the regional earthquakes, including the strongest ones, occur mainly in three seismic belts: Stanovoi (the zone of influence of the eastern flank of the Stanovoi fault), Yankan-Tukuringra-Soktakhan (the eastern flank of the Mongolia-Okhotsk lineament), and Turan-Selemzhinsky (from the Lesser Khingan to the north). The Sakhalin Branch of FRC GS RAS Catalogue of focal mechanisms of 57 regional earthquakes provide the data for a more precise estimation of the parameters of the crustal stress state in the study area. The Cataclastic Analysis Method (CAM) developed by Yu.L. Rebetsky (stage 1) was used to estimate the orientations of the main axes of the stress tensor and the Lode – Nadai coefficient. The analysis shows that the Upper Priamurie is dominated by shearing and compression with shearing. The Amur plate moves relative to the Aldan-Stanovoi block along the South Tukuringra and North Tukuringa faults to the east. Vertical shearing is predominant along the Dzheltulak fault and the western segment of the North Tukuringra fault. The NNE-trending compression takes place in the area located east of the quiescence zone of the Dzhagda ridge. Along the Mongolia-Okhotsk fault system, near the Sea of Okhotsk, the direction of compression changes to the northward one. The tectonic stress field along the Tanlu fault zone is inhomogeneous and comprises the alternating zones of horizontal compression and stretching with varying directions of the main stress axes. To the east of the band characterized by the maximum seismic activity, compression changes its direction to the southeast- and eastward. Probably, the impact of the oceanic subduction on the northern part of the Japan-Korean block begins to manifest itself in this part of the Amur region. The tectonic stress field reconstructed from the seismological data is consistent with the measurements of the modern crustal movements. The results of our study can prove useful for clarifying the tectonics of the region. Приамурье – сейсмоактивный регион России с умеренной сейсмичностью, расположенный в пределах северо-восточной части Амурской литосферной плиты и окружающих ее территорий. Наибольшее число землетрясений региона, включая самые сильные, тяготеют к трем сейсмическим поясам: Становому (в зоне влияния восточного фланга одноименного разлома), Янкан-Тукурингра-Соктаханскому (на восточном фланге Монголо-Охотского линеамента) и Турано-Селемджинскому, протягивающемуся от Малого Хингана на север. Сахалинским филиалом ФИЦ ЕГС РАН создан каталог механизмов очагов землетрясений региона, включающий 57 событий, что позволило уточнить параметры напряженного состояния коры региона. Для реконструкции параметров напряженного состояния использован метод катакластического анализа (МКА) совокупностей механизмов очагов землетрясений Ю.Л. Ребецкого (I этап), позволяющий оценить ориентацию главных осей тензора напряжений и значение коэффициента Лоде – Надаи. В Верхнем Приамурье преобладают условия сдвига и сжатия со сдвигом, т.е. Амурская плита сдвигается относительно Алдано-Станового блока вдоль Южно-Тукурингрского и Северо-Тукурингрского разломов на восток, вдоль Джелтулакского и западной части Северо-Тукурингрского разлома преобладают условия вертикального сдвига. Восточнее зоны затишья хр. Джагды расположена область сжатия земной коры, ось сжатия здесь направлена на ССВ. Далее вдоль Монголо-Охотской системы разломов у Охотоморского побережья направление сжатия коры меняется на северное. Вдоль разломной зоны Танлу выявлены неоднородности в поле тектонических напряжений по типу напряженного состояния – чередующиеся зоны горизонтального сжатия и растяжения, и по направлению основных осей – к востоку от полосы максимальной сейсмической активности напряжение сжатия меняет направление на юго-восток и восток. Возможно, на этом участке земной коры Приамурья начинает проявляться влияние океанической субдукции на северную часть Японо-Корейского блока. Полученная по сейсмологическим данным реконструкция поля тектонических напряжений согласуется с данными измерений современных движений коры. Результаты могут быть применены для уточнения тектоники региона.
ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ И МОДЕЛЬ НЕОАРХЕЙСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ СЕВЕРО‐АМЕРИКАНСКОГО КРАТОНА
Get PDFThe structure of the Archaean crust of the North America has been studied based on the synthesis of geolo‐ gical and geophysical data, including seismic sections along LITHOPROBE Geotransects, magnetic and gravity anomaly maps, and seismic tomography data. The authors rely on the experience gained in the Russian Program of the deep geological and geophysical studies of the East European Craton. The juvenile Neoarchaean crust, containing the frag‐ ments of reworked Meso‐ and Paleoarchaean rocks, forms an asymmetric round‐oval‐shaped domain, wherein the geophysical, structural, and metamorphic parameters display a concentric zoning pattern. The Central zone occupies the Hudson Bay basin. The Internal zone (the northeastern and northern Superior Province) is mainly composed of the granulite facies of metaplutonic, metavolcanic and metasedimentary rocks. The External zone encompasses the southern Superior Province together with Hearne and Rae Provinces. This paper presents 3D crustal models of sou‐ thern Superior Province. The crust development resulted from rifting and a partial disruption of the continental crust, short‐term opening of the linear oceans, successive northward subduction and accretion of the ancient continental and juvenile Neoarchaean oceanic and island‐arc terranes between ~2.78 and ~2.70 Ga. Subsequent events in the epicontinental environment, including formation of the metasedimentary belts, granulite facies metamorphism and intense ore formation processes, took place within the range from ~2.71 to ~2.63 Ga. The SCLM morphology within the limits of the Archaean North American Craton can be represented as a flattened overturned cone with a vertical axis (down to a depth of ~350 km). The Hudson Bay basin is located right above the lithospheric keel. A number of the main features of the structure and evolution of the Archaean crust of the North American Craton, primarily the oval‐ concentric zoning, the important role of high‐temperature magmatic and metamorphic processes and mainly in‐ tracontinental magmatism and sedimentation, indicates the leading role of the mantle‐plume type processes. The Neoarchaean evolution of the North American craton represents the plate‐tectonic processes initiated by a super‐ plume. The Neoarchaean North American Craton is one of a series of similar phenomena that occurred ~2.75 Ga ago in a number of continental regions. The most important features, repeated to a certain degree in tectonic units of this type, are: (1) synchronous formation between 2.79 and 2.58 Ga; (2) mainly intracontinental development; (3) the prevalence of oval‐shaped synformal tectonic structures of different ranks with some form of concentric zoning; (4) high‐temperature magmatism (usually with the participation of enderbite‐charnockites and gabbro‐anorthosites) and metamorphism of the granulite facies; (5) a frequently repeated combination of high‐grade (granulite and high‐ temperature amphibolites facies) and low‐ or moderate‐grade (greenschist and epidote‐amphibolite facies) meta‐ morphic rocks; (6) the lower‐crust granulite‐basaltic layer that had formed and was deformed at the final stage of endogenic activity; (7) a thick lithosphere (the lithospheric keel reaches a depth of 250–350 km).Cтроение архейской коры Северной Америки представлено на базе синтеза геолого‐геофизической информации (сейсмопрофили программы LITHOPROBE, карты аномальных магнитного и гравитационного полей, данные сейсмотомографических исследований литосферы). В своей работе авторы опирались на опыт, полученный при изучении Восточно‐Европейского кратона в рамках российской программы глубинных геолого‐геофизических исследований. Ювенильная неоархейская кора, содержащая фрагменты переработанной мезопалеоархейской коры, заключена в асимметричной округло‐овальной области, где распределение геофизических, структурно‐тектонических и метаморфических характеристик подчинено концентрической зональности. Центральная зона охватывает впадину Гудзонова залива. В строении Внутренней зоны (северо‐восточная и северная часть провинции Сьюпириор) преобладают плутонические, вулканогенные и осадочные породы, сформированные и/или метаморфизованные в условиях гранулитовой фации. Внешняя зона охватывает южную часть провинции Сьюпириор и провинции Херн и Рэй. В статье представлена трехмерная модель глубинного строения южной части провинции Сьюпириор. Формирование коры в южной части провинции Сьюпириор стало результатом рифтинга и частичного разрыва континентальной коры, кратковременного раскрытия линейных океанов, последовательной субдукции в северном направлении и аккреции древних континентальных фрагментов и неоархейских океанических и островодужных террейнов между ~2.78 и ~2.70 млрд лет. Последующие события в эпиконтинентальной обстановке, в том числе формирование метаосадочных поясов, метаморфизм гранулитовой фации и интенсивное рудообразование, заключены в интервале от ~2.71 до ~2.63 млрд лет. Литосферу Северной Америки в границах архейского континента можно представить в виде уплощенного перевернутого конуса, вершина которого (литосферный киль) расположена на глубине ~350 км. Впадина Гудзонова залива располагается непосредственно над литосферным килем. Ряд главных особенностей строения и эволюции архейской коры Северо‐Американского кратона, прежде всего овально‐концентрическая зональность, важная роль высокотемпературных магматических и метаморфических процессов, преимущественно внутриконтинентальные обстановки магматизма и осадконакопления, указывает на ведущую роль процессов мантийно‐плюмового типа. Модель неоархейской эволюции Северо‐Американского кратона демонстрирует ведущую роль процессов мантийно‐плюмового типа, относящихся к классу суперплюмов. Неоархейский кратон Северной Америки является одним из наиболее ярких в ряду близких по содержанию объектов, зафиксированных практически на всех континентах ~2.75 млрд лет назад. К числу их важнейших особенностей относятся: 1) синхронность формирования в интервале между 2.79 и 2.58 млрд лет; 2) преимущественно внутриконтинентальное развитие; 3) преобладание овальных в плане синформных тектонических структур различного ранга с той или иной формой концентрической зональности; 4) высокотемпературный магматизм (как правило, с участием эндербит‐чарнокитов и габброанортозитов) и метаморфизм гранулитовой фации; 5) часто повторяющееся сочетание ассоциаций горных пород высокого уровня метаморфизма (гранулитовой и высокотемпературной амфиболитовой фации) и низкого – умеренного метаморфизма, зеленосланцевой и эпидот‐амфиболитовой фации; 6) наличие нижнекорового гранулит‐базитового слоя, сформированного и деформированного на заключительной стадии эндогенной активности; 7) мощная литосфера, максимальная глубина которой в области литосферного киля достигает 250–350 км
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ТУНКИНСКОЙ ВПАДИНЫ
Get PDFThe article describes the complex hydrogeological conditions of the Baikal rift zone viewed as a large structural element and pioneers in distinguishing two independent hydraulic systems in the study area. Groundwater resources and compositions of groundwater in these two systems are generated in fundamentally different ways. In the deep sediment layers, groundwater generated due to sedimentation is at the stage of elision (exfiltration) water exchange. Active phase transition of clay minerals to hydromica causes an additional water release, and sedimentary water and regenerated groundwater infiltrate from the condensed clay strata to sandy horizons. This process is accompanied by decompaction, heaving sand, and high (extra-high) reservoir pressures. Nitrogen-rich water and carbonic thermal water associated with faults and fault nodes are widespread in the basement of the Tunka depression. The thermal water result from infiltration and, together with fresh water, represents a uniform hydraulic system. Its development is determined by the dynamics of infiltration water in the water-feeding area in the Tunka loaches. At different hypsometric levels of the hydrogeological section, nitrogen-rich water descends, while carbonic thermal water ascends, and these processes occur simultaneously. Our study is focused on the physicochemical processes of the interaction between groundwater and sedimentary and crystalline rocks. It shows that the ion-salt and gas compositions of not only nitrogen-rich thermal water, but also those of methane water and carbonic thermal water occur in the ‘water-rock’ system without involving any additional substance from external sources. Compared to other thermal water, the composition of carbonic water is formed in a more complex way: first, it goes through the stage of the nitrogen-rich thermal water while passing through the aluminosilicate rocks and only then interacts with the carbonate rocks and become carbonic. The formation of carbonic water is accompanied by intensive karst processes at depths, which are ceasing closer to the surface. As a result of degassing, an opposite process is activated: authigenic minerals and travertines are formed on the surface. Groundwater and its gas phase are involved in the formation of rocks with a negative temperature, which are abundant in the Tunka depression, as well as large positive forms of the relief. It is shown that the activity of groundwater is not limited to the role of a filler in the host rocks and an intermediary medium between different geospheres. Groundwater is an active agent that initiates, controls and implements many geological processes.Рассмотрены сложные гидрогеологические условия крупного структурного элемента Байкальской рифтовой зоны. Впервые на рассматриваемой территории выявлены две независимые водонапорные системы, формирование ресурсов и состава подземных вод в которых происходит принципиально различными путями. В глубоких горизонтах осадочной толщи подземные воды имеют седиментационный генезис и находятся на стадии элизионного (эксфильтрационного) водообмена. В результате активно протекающего процесса фазового перехода глинистых минералов в гидрослюды происходит дополнительное выделение воды и переход седиментационных и возрожденных подземных вод из уплотняющихся глинистых толщ в песчаные горизонты. Это сопровождается формированием зон разуплотнения, плывунов и высоких (сверхвысоких) пластовых давлений. В фундаменте впадины широко распространены азотные и углекислые термы, связанные с разломами и разломными узлами. Они имеют инфильтрационное происхождение и вместе с пресными водами представляют единую водонапорную систему, развитие которой определяется динамикой инфильтрационных вод в области питания в Тункинских гольцах. На различных гипсометрических уровнях гидрогеологического разреза одновременно происходят процессы нисходящего движения азотных и восходящего движения углекислых терм. Исследованы физико-химические процессы взаимодействия воды с осадочными и кристаллическими породами. В результате проведенного исследования установлено, что ионно-солевой и газовый состав не только азотных, но и метановых и углекислых терм формируется внутри системы «вода–порода» без привлечения дополнительного вещества из внешних источников. При этом путь формирования состава углекислых вод более сложный, чем других терм: вначале они проходят в алюмосиликатных породах стадию азотных терм и только затем, взаимодействуя с карбонатными породами, становятся углекислыми. Формирование углекислых вод сопровождается интенсивным протеканием глубинных карстовых процессов, которые затухают по мере их движения к поверхности, и в результате дегазации активизируется обратный процесс – формирование аутигенных минералов с образованием на поверхности травертинов. С участием подземных вод и их газовой фазы формируются широко распространенные в Тункинской впадине породы с отрицательной температурой, а также крупные положительные формы рельефа. Показано, что подземные воды не просто играют роль наполнителя вмещающих пород и не только выступают посредником между различными геосферами, но являются тем деятельным агентом, который инициирует, направляет и осуществляет многие геологические процессы
АНИЗОТРОПНЫЕ СВОЙСТВА ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ ПО ДАННЫМ ДИСПЕРСИИ ГРУППОВЫХ СКОРОСТЕЙ ВОЛН РЭЛЕЯ И ЛЯВА
Get PDFThe article presents the results of the study focused on the anisotropic properties of the upper mantle in Central Asia. The study is based on a representative set of the group velocity dispersion curves for Rayleigh and Love waves. The dispersion curves were calculated in the range of 10–250 s. The maps of group velocity distribution pat‐ terns and the horizontal resolution estimates were calculated by the surface‐wave tomography method developed for a spherical surface. Based on the maps, the local group velocity dispersion curves were reconstructed for the given points within the study region, which were then converted into the one‐dimensional velocity sections of SV‐ and SH‐waves, and a vertical anisotropy coefficient was estimated. A three‐dimensional anisotropic model shows the ve‐ locity distribution pattern of S‐waves in the crust and the mantle to the depth of 500 km. According to this model, ver‐ tical anisotropy in the upper mantle is observed to the depth of about 250 km and has maximum values in the depth interval from the crustal bottom to 150 km. The anisotropic properties are unevenly distributed and reflect the geo‐ logical structure of the study area. Therefore, tectonically active regions are characterized by the high values of the anisotropy coefficient and the reduced values of the S‐wave velocities. The presented results can contribute to the further development of more detailed and strictly proved geodynamic models of the study area.В работе представлены результаты исследования анизотропных свойств верхней мантии Цен‐ тральной Азии, выполненного на основании представительной выборки дисперсионных кривых групповых скоростей основной моды волн Рэлея и Лява. Дисперсионные кривые рассчитывались в диапазоне периодов 10–250 с. Карты распределений групповых скоростей с оценками горизонтального разрешения вычислялись методом поверхностно‐волновой томографии для сферической поверхности. По результатам картирования в заданных с учетом разрешения точках области исследования восстанавливались локальные дисперсионные кривые групповых скоростей и проводилась их инверсия в одномерные скоростные разрезы волн SV и SH и оценивался коэффициент вертикальной анизотропии. Таким образом, была получена трехмерная анизо‐ тропная модель распределения скоростей волн S в коре и мантии до глубины 500 км. Показано, что верти‐ кальная анизотропия в верхней мантии наблюдается до глубины около 250 км, с максимумом в интервале глубин от подошвы коры до 150 км. Распределение анизотропных свойств является неоднородным и отра‐ жает геологическое строение исследуемой области. Так, тектонически активные регионы характеризуются высокими значениями коэффициента анизотропии и пониженными значениями скоростей S‐волн. Получен‐ ные результаты в дальнейшем могут способствовать построению более детальных и обоснованных геодина‐ мических моделей рассматриваемой территории
Глубокофокусные землетрясения: пространственное распределение, возможные причины и геодинамические следствия
Get PDFThe spatial analysis was conducted to analyze the positions of earthquakes hypocenters in the transit zone of the upper mantle and the focal mechanisms of the strongest earthquakes in the subduction slabs of theOkhotskSeasegment of the Kuril-Kamchatka island arc and theJapanSeasegment of the Japanese island arc. It revealed a significant difference in the morphology of these slabs, as well as in the positions of the earthquake hypocenters relative to the active and stagnating parts of the slabs and the forces that caused the earthquakes. Based on the seismic data presented in the article, it is confirmed that there are two types of subduction of the oceanic lithospheric plates in the mantle. The article discusses relationships between the subduction and various geological processes at the upper–lower mantle boundary. It considers possible causes (including those related to phase transitions) of deep-focus earthquakes, in case of which splitting of the oceanic lithospheric plates takes place at depths near the upper–lower mantle boundary. Subduction of the oceanic lithospheric plates and their splitting predetermine a possibility for the crustal elements to penetrate into the lower mantle and deeper into the D″ layer, wherein new plumes arise and transport the deep magma together with the recycled substance into the crust. Deep-focus earthquakes are a necessary link in the mechanism providing for the recycling of chemical elements in the crust – mantle – D″ layer system and thus leading to the formation of a wide range of mineral deposits.Пространственный анализ положения гипоцентров землетрясений в транзитной зоне верхней мантии и фокальных механизмов сильнейших из них в субдукционных слэбах охотоморского сегмента Курило-Камчатской и япономорского сегмента Японской островной дуги показал существенное различие в морфологии этих слэбов, в положении гипоцентров землетрясений относительно активной и стагнирующей части слэбов и сил, вызывающих эти землетрясения. Приведенные в работе сейсмические данные подтверждают наличие двух типов погружения океанических литосферных плит в мантию и их дальнейшую судьбу в связи с различными геологическими процессами на границе между верхней и нижней мантией. Рассмотрены возможные причины, в том числе связанные с фазовыми переходами, глубинных сейсмофокальных землетрясений, при которых происходит расщепление океанических литосферных плит на глубинах у границы верхняя – нижняя мантия. Субдукция океанических литосферных плит и их расщепление определяют возможность поступления коровых элементов в нижнюю мантию и далее в слой D″, где зарождаются новые плюмы, вызывающие поступление с глубинными магмами рециклированного вещества в коровую оболочку Земли. Глубокофокусные землетрясения являются необходимым звеном механизма рециклирования химических элементов в системе земная кора – мантия – слой D″, приводящего к появлению широкой гаммы месторождений полезных ископаемых
U-Pb (LA-ICP-MS) возраст детритовых цирконов и источники вещества терригенных отложений ипситской свиты карагасской серии (саянский сегмент Саяно-Байкало-Патомского пояса)
Get PDFThe petrographic, lithogeochemical and U-Pb (LA-ICP-MS) geochronological studies were carried out to investigate the terrigenous rocks sampled from the lower part of the Ipsit suite of the Karagass series (Sayan segment of the Sayan-Baikal-Patom belt). These rocks include sandstones, aleurite sandstones and aleurolites, and their mineral compositions are close to that of arkose. Most of the studied rock samples show petrographic features typical of the epigenetic changes at the stage of catagenesis: regeneration of quartz clastic grains, pelitization of potassium-feldspar clastic grains, occurrence of clay-hydromica aggregate, sericitization of plagioclase, chloritization of biotite, and silicification of dolomite pieces, and occurrence of authigenous tourmaline. The above was confirmed by the analysis of the concentrations of petrogenic elements in the studied rocks from the lower part of the Ipsit suite. The analysis results show that the concentrations of K2O are elevated, while the concentrations of Na2O are relatively very low, which may be due to the redistribution of these elements during epigenetic transformations. According to the classification by genetic types on the basis of the system of petrochemical modules, the rocks of the lower part of the Ipsa suite are of the petrogenic nature. The acidic igneous rocks are dominant in the source area, as evidenced by the presence of granitoid and quartzite fragments in the clastogenic component, as well as the set of accessory minerals typical of the igneous rocks of the acidic composition, and the distribution pattern of rare and trace elements. According to the U-Pb (LA-ICP-MS) dating of detrital zircons from the aleurite sandstone sampled from the lower part of the Ipsit suite, the zircons are exclusively of the Archean-Early Proterozoic ages. Such ages correlate with the age of the granitoids of the Sayan complex and the felsic volcanites from the Maltsev layer of the Elash series (Biryusa block). Furthermore, the detrital-zircon age spectra of the aleurite sandstone of the lower part of the Ipsit suite are identical to the detrital-zircon age spectra of the terrigenous rocks from the underlying strata of the Shangulezh and Tagul suites of the Karagass series. This study suggests that sedimentation of the Ipsit suite of the Karagass series took place due to the influx of detrital material from the southern part of the Siberian craton into the sedimentation basin, and the acidic igneous rocks of the Biryusa block were one of the main sources of detrital material.В статье приводятся результаты петрографических, литогеохимических и U-Pb (LA-ICP-MS) геохронологических исследований, проведенных для терригенных пород нижней части ипситской свиты карагасской серии (саянский сегмент Саяно-Байкало-Патомского пояса). В ходе исследований было установлено, что породы нижней части ипситской свиты карагасской серии представлены песчаниками, алевропесчаниками и алевролитами, которые по своему минеральному составу близки аркозам. Для большинства исследованных пород обнаруживаются характерные петрографические признаки эпигенетических преобразований на стадии катагенеза, выраженные регенерацией обломочных зерен кварца, пелитизацией обломочных зерен калиевых полевых шпатов с образованием глинисто-гидрослюдистого агрегата, серицитизацией плагиоклаза, а также хлоритизацией биотита, окварцеванием обломков доломита и образованием аутигенного турмалина. Проведенный анализ концентраций петрогенных элементов в породах нижней части ипситской свиты подтверждает этот вывод. В частности, обнаруживаются повышенные концентрации K2O относительно весьма низких Na2O, по-видимому, связанные с перераспределением этих элементов в процессе эпигенетических преобразований. Генетическая типизация, выполненная с использованием системы петрохимических модулей, свидетельствует о петрогенной природе пород нижней части ипситской свиты. Присутствие обломков гранитоидов и кварцитов в кластогенной составляющей, а также набор акцессорных минералов, типичных для магматических пород кислого состава, наряду с характером распределения редких и рассеянных элементов, свидетельствуют о преобладании кислых магматических пород в области сноса. U-Pb (LA-ICP-MS) исследование детритовых цирконов из алевропесчаника нижней части ипситской свиты показало, что цирконы имеют исключительно архейско-раннепротерозойские значения возраста, которые совпадают с возрастом гранитоидов саянского комплекса и кислых вулканитов мальцевской толщи елашской серии Бирюсинского блока. Кроме того, возрастные спектры, полученные по детритовым цирконам из алевропесчаника нижней части ипситской свиты, идентичны возрастным спектрам по детритовым цирконам из терригенных пород нижележащих толщ шангулежской и тагульской свит карагасской серии. На основании проведенного исследования был сделан вывод о том, что осадконакопление ипситской свиты карагасской серии происходило, по-видимому, за счет поступления в бассейн седиментации обломочного материала с южной части Сибирского кратона, при этом одним из основных источников обломочного материала являлись кислые магматические породы Бирюсинского блока