Определение относительного возраста движения блоков земной коры методами морфотектоники (на примере острова Беринга)

УДК 551.4

Е.А. Кравчуновская

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВОЗРАСТА

ДВИЖЕНИЯ БЛОКОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ МЕТОДАМИ МОРФОТЕКГОНИКИ

Введение. В настоящее время морфотектоника представляется относительно развитым направлением геоморфологических исследований. С помощью методов, разработанных в этом направлении, решаются самые различные задачи. Многие вопросы уже решены, однако возраст отдельных блоков, выделенных на морфометрических картах, пока не определяется. Это связано с тем, что, проводя блоковый анализ, исследователь, как правило, имеет дело с денудационными формами рельефа, и далеко не всегда здесь встречаются покровные отложения, датируя которые можно определить возраст блоков обычными геологическими и геоморфологическими методами. В статье предлагается методика определения относительного возраста движения блоков земной коры методами мор-фотектоники. В качестве объекта исследования выбран остров Беринга. Большинство исследователей утверждают, что до настоящего времени этот остров поднимался, так что на этой территории могут быть обнаружены блоки с различной длительностью поднятия.

Постановка задачи исследования. Развитие представлений о блоковом строении земной коры в геологии. Первые представления о блоковом строении земной коры зародились во второй половине XIX в. с появлением в геологической науке упоминаний о разломах. В работе Э. Зюсса "Лик Земли" [23] разрывным нарушениям уже было уделено значительное внимание. Э. Зюсс впервые применил такие термины, как "сдвиг", "горст", "грабен" и др. Наряду с пликатив-ными дизъюнктивные дислокации выделяют А.П. Карпинский [5], И.В. Мушкетов [7], Э. Ог [9], В.А. Обручев [8] и другие геологи конца XIX — начала XX в. Вопросы терминологии явлений дислокации в земной коре, в том числе и дизъюнктивных дислокаций, рассматриваются в статье М.М. Тетяева, вышедшей в 1915 г. [18]. В то время блоки еще не выделялись в явном виде, а лишь подразумевались как пространство между разломами. Однако уже тогда высказывались мысли о связи тектонических структур и рельефа. Так, о тектоническом происхождении крупных форм рельефа Русской равнины писал Д.Н. Анучин [1].

Позднее представления о разрывных нарушениях получили развитие в работах многих геологов. В книге М.М. Тетяева "Основы геотектоники" (1934) большое внимание уделено сбросам. Этот автор рассматривает их как разновидность "колебательной формы геотектогенеза", они "характеризуются относительным перемещением соседних участков земной коры без нарушения внутренней структуры этих участков" [19]. Позже в курсе лекций, прочитанном в 1955 г., М.М. Тетяев уже называет эти участки блока-

19 ВМУ, география, № 4

ми земной коры, которые "могут полностью обосабливаться трещинами друг от друга" [17].

Начиная с 60-х гг. прошлого века во всех обобщающих работах по геотектонике значительное внимание уделялось глубинным разломам [2, 6, 20]. Они рассматривались как "самостоятельная форма текто-генеза, не только не подчиненная другим его формам, но в той или иной мере влияющая на локализацию и развитие колебательных и складчатых движений" [2]. Изучались геоморфологические проявления глубинных разломов [21]. Как следствие в геологической науке получило признание и положение "о первичной делимости или глыбовости земной коры и верхней мантии", определяемой глубинными разломами [2].

В тектонических работах наряду с разломами с мантийной глубиной заложения рассматриваются и внутрикоровые разрывные дислокации, а также тре-щиноватость горных пород [22]. Ю.А. Косыгин пишет: "Трещинная (блоковая) структура так же, как и слоистая структура, на Земле обладает универсальным распространением" [6]. В справочнике по тектонической терминологии понятие "блок" определяется так: "обособленный участок земной коры, отличный от смежных участков по направлению или скорости вертикального движения" [16]. Таким образом, наиболее полно представления о блоках были разработаны в рамках геологии.

Анализ блоковой структуры в геоморфологии. В геоморфологии представление о блоковом строении земной коры нашло конкретное приложение в рамках структурной геоморфологии начиная с работ И.П. Герасимова, который в 1946 г. выделил понятие "форма морфологической структуры" (аморфострук-тура"). Под морфоструктурой он понимал основное геоморфологическое проявление эндогенных (геологических) явлений, взаимодействующих с другими явлениями [4]. Изучение морфоструктур позволило впоследствии разработать методику исследования, раскрывающего связь между рельефом и геологическими структурами. Эта связь стала предметом изучения структурной геоморфологии. Ю.Г. Симонов в работе "Региональный геоморфологический анализ" предложил разделить структурно-геоморфологические исследования на два самостоятельных направления: тектоморфогенетические и морфотектонические. Задачей морфотектонических исследований Ю.Г. Симонов предложил считать прослеживание пути "от рельефа к структуре". Проведя морфотектонические исследования, геоморфолог, основываясь на текто-морфогенетических закономерностях, должен создать гипотезу о тектоническом строении территории [15].

Одним из основных методов морфотектоники является блоковый анализ. Впервые метод выявления блоковых структур путем анализа современного рельефа, отображенного на топографической карте, предложен A.B. Орловой в работе "Палеомагматические построения и анализ блоковых структур" [10]. На примере одной из складчатых областей Северо-Востока СССР A.B. Орлова описывает методику выделения блоков, определения размещения разломов, ограничивающих блок, амплитуд относительных блоковых перемещений и направленности движений.

В 1972 г. вышла работа Ю.Г. Симонова "Региональный геоморфологический анализ". В ней он обосновывает свою методику выделения блоков земной коры по топографической карте. Обращается внимание на различие блоков по высоте, форме в плане, размерам и устройству поверхности. На конкретных примерах он показывает, как, сопоставляя эти характеристики и сравнивая различные блоки, можно получать дополнительные сведения об особенностях развития структур в кайнозое, о преобладающих напряжениях и о глубине положения нижней границы блоков [15]. Опираясь на представления В. Пенка о равенстве скоростей тектонического поднятия и врезания [11], Ю.Г. Симонов предположил, что углы наклона склонов блоков характеризуют интенсивность их движения, т.е. активнее поднимаются те блоки, которые обладают большим средним углом наклона склонов. На основании этого предположения он разработал методику определения относительной интенсивности движения блоков земной коры по тангенсу угла наклона их склонов [14, 15]. Более подробно эта методика изложена ниже.

И.К. Волчанская с соавторами на основе анализа топографических и аэрокосмических материалов выделяет морфоструктуры блокового (или глыбового) типа. Выделенные морфоструктуры используются при геолого-магматических и прогнозно-металлоге-нических исследованиях [3].

Е.Я. Ранцман [12] для выявления тектонически наиболее активных территорий разработала методику морфоструктурного районирования. Эта методика позволила ей разделять территорию на систему иерархически упорядоченных морфоструктурных единиц — площадных ("глыб" разного ранга), ограничивающих их линейных зон (морфоструктурных линеаментов) и мест пересечения линеаментов (морфоструктурных узлов). Составленные по такой методике схемы районирования непосредственно применялись для сейсмических прогнозов, поскольку эпицентры землетрясений оказались приурочены к морфоструктурным узлам.

М.А. Садовский с соавторами [13] для изучения сейсмического процесса использует блоковую модель геофизической среды с иерархической дискретной структурой. По его мнению, проблемы, связанные с деформированием твердой среды и сопровождающим это деформирование сейсмическим процессом, невозможно решать без учета структуры среды. Эта структура образована неоднородностями материала литосферы, которые могут иметь различную природу,

в том числе и механическую (геологические блоки, трещиноватость).

Из приведенного обзора видно, что разные исследователи ставили перед собой разные задачи и различным образом использовали блоковый анализ для их решения. В настоящее время существуют методики выделения блоков по топографической карте, определения направления и интенсивности движения блоков. Между тем проблема определения возраста блоков, т. е. времени, прошедшего с тех пор, как их движение начало проявляться в рельефе, в морфотек-тонике до сих пор не решена.

Однако если высота блоков и относительная интенсивность их движения известны, то можно, основываясь на существующих морфотектонических методах, выполнить исследование, которое позволит определить относительный возраст движения блоков.

Методы исследования. Задача определения относительного возраста движения блоков решалась на примере о-ва Беринга, одного из Командорских островов, расположенных в северной части Тихого океана и являющихся западной оконечностью Алеутской островной дуги. Чтобы определить относительный возраст движения блоков острова, сначала было необходимо определить относительную интенсивность их движения. Методика определения относительной интенсивности предложена Ю.Г. Симоновым [14, 15].

Согласно этой методике исследуемая территория острова сначала была разделена на блоки. Исследование проводилось по карте масштаба 1:200 000 с сечением рельефа 40 м. В основе выделения блоков лежал анализ рисунка речной сети. Границы блоков проводились по речным долинам разных порядков. Теоретическим обоснованием такого проведения границ блоков является представление о том, что речные долины закладываются по зонам тектонических нарушений. Главная причина приуроченности речных долин к зонам тектонической трещиноватости — избирательная денудация [14]. Блоковое строение о-ва Беринга может быть охарактеризовано с неодинаковой полнотой. Большая часть острова разбита зонами тектонической трещиноватости на блоки. В северной части острова границы блоков еще до конца не проявились в современном рельефе, что затрудняет проведение некоторых блокоразделов.

Затем была построена карта абсолютных высот вершин блоков (рис. 1). Для каждого блока определено, к какому высотному интервалу относится его вершина (вершины), и в соответствии с этим блоки разделены на классы. Каждому классу блоков был присвоен определенный тип штриховки. Таким образом была построена картограмма, показывающая пространственное распределение блоков, вершины которых подняты на различную высоту.

Для того чтобы определить относительную интенсивность движения блоков, необходимо было для каждого из них получить средний угол наклона его склонов. Эту задачу решали путем построения графика зависимости среднего относительного превышения вершин блоков над ограничивающими их тальвегами от ширины блоков. На графике оказалось поле

Рис. 1. Абсолютные высоты вершин блоков

точек, в котором была видна связь между шириной блока и его относительной высотой. Необходимо было получить представление о среднем угле наклона склонов для всей совокупности блоков, для чего на графике была проведена линия регрессии. Затем выделена полоса точек, находящихся в пределах среднего квадратичного отклонения от этой линии. Она включила точки, соответствующие блокам с фоновой характеристикой среднего угла наклона склонов и, следовательно, с фоновой характеристикой интенсивности тектонических движений. Над ней образовалась область точек, соответствующих блокам, опережающим в поднятии фоновую территорию. Ниже "фоновой полосы" оказались точки, соответствующие блокам, которые отстают в поднятии. Каждой группе точек (и соответствующим блокам) был присвоен определенный тип штриховки и составлена карта относительной интенсивности поднятия блоков (рис. 2). Такое представление тектонической структуры было бы справедливым, если считать, что все разнообразие положений точек на графике действительно определяется тектоническими движениями. Однако на крутизну склонов может влиять и противодену-дационная стойкость горных пород. Этот фактор был учтен путем сопоставления карты блоков с геологической картой, на которой показан литологический состав пород. Показателем достоверности полученной в результате карты является то, что группы блоков по территории расположены не хаотически, а образуют структурно правдоподобные пятна и зоны.

Охарактеризовав таким образом интенсивность поднятия блоков о-ва Беринга по методике Ю.Г. Симонова, можно было приступить к определению относительного возраста поднятия.

Для этого были рассмотрены блоки с фоновой характеристикой интенсивности поднятия. Несмотря на то что все они имеют сходную интенсивность под-

Рис. 2. Относительная интенсивность движения блоков

нятия, их абсолютные высоты существенно различаются. Это отличие можно объяснить только тем, что их поднятие началось в разное время. Если склоны блоков условно считать прямыми, а поднятие — равномерным, то из двух блоков с равной интенсивностью поднятия, но различной абсолютной высотой раньше начал подниматься тот блок, который выше, причем раньше во столько раз, во сколько раз он выше.

Чтобы упорядочить все блоки с фоновой интенсивностью поднятия по возрасту поднятия, длительность поднятия самых высоких блоков (с абсолютными высотами вершин 600 м и более) была принята за единицу. После этого длительность поднятия каждого из блоков была выражена в долях единицы. Так, длительность поднятия блоков с абсолютной высотой 300 м составила 0,5 от максимальной, а с высотой 60 м — 0,1. Затем блоки были разделены на группы по длительности поднятия и выделены 4 генерации сроков начала поднятия блоков. Точность определения высоты блоков по имевшемуся картографическому материалу в данном случае не позволяла выделить большее число генераций поднятия. Относительный возраст блоков был нанесен на карту (рис. 3).

На рис. 3 видно, что блоки с различной давностью поднятия расположены относительно друг друга не хаотически. Блоки с наибольшим возрастом поднятия находятся в центральной и южной частях острова. Они окружены областями, состоящими из блоков с несколько меньшим возрастом поднятия. Недавно поднимающиеся блоки расположены на севере острова и на побережье. Таким образом, анализ полученной карты позволил выделить 5 макроблоков с различным относительным возрастом поднятия и считать, что воздымание о-ва Беринга начиналось из нескольких центров, расположенных в центральной и южной частях острова.

Следует отметить, что предложенная методика позволяет с уверенностью говорить об относительном

возрасте поднятия лишь для блоков, имеющих близкие углы наклона склонов. Для остальных блоков относительный возраст поднятия может быть получен путем пространственно-временного анализа карт на основании соседства блоков. Определение абсолютного возраста поднятия хотя бы одного из блоков может позволить рассчитать абсолютный возраст поднятия и для всех остальных блоков.

Заключение. Полученная карта относительной давности поднятия блоков является картой-гипотезой, ее следует проверять, сопоставляя с другими геоморфологическими, тектоническими и морфометри-ческими картами.

И все же предлагаемый метод определения относительного возраста движения блоков, ранее в мор-фотектонике не применявшийся, с принятыми допущениями может быть использован для восстановления истории развития геологических структур и истории геоморфологического развития элементов и комплексов элементов форм во всех случаях, когда имеет место их разновременное образование.

Рис. 3. Относительный возраст поднятия блоков

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анучин Д.Н. Рельеф поверхности Европейской России в последовательном развитии о нем представлений // Рельеф европейской части СССР / Под общ. ред. А.И. Соловьева, Н.Е. Дика. М., 1948.

2. Белоусов В. В. Современные проблемы геотектоники. М., 1963.

3. Волчанская И.К., Кочнева Н.Т., Сапожникова E.H. Морфоструктурный анализ при геологических и металлоге-нических исследованиях. М., 1975.

4. Герасимов И.П. Структурные и скульптурные особенности рельефа Казахстана // Вопросы географии. 1946. Сб. 21.

5. Карпинский А.П. Общий характер колебаний земной коры в пределах Европейской России // Изв. акад. наук. 1894. № 1.

6. Косыгин Ю.А. Тектоника. М., 1969.

7. Мушкетт И. В. Физическая геология. 2-е изд. Т. 1.1899.

8. Обручев В.А. Алтайские этюды. О тектонике Русского Алтая // Землеведение. 1915. Кн. 3.

9. ОгЭ. Геология. Т. 1. М., 1914.

10. Орлова A.B. Палеомагматические построения и анализ блоковых структур. М., 1968.

11. Пенк В. Морфологический анализ. М., 1961.

Кафедра геоморфологии и палеогеографии

12. Ранцман Е.Я. Места землетрясений и морфострук-тура горных стран. М., 1979.

13. Садовский М.А., Нерсесов И.В., Писаренко В.Ф. Иерархическая дискретная структура литосферы и сейсмический процесс // Современная тектоническая активность Земли и сейсмичность. М., 1987.

14. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа. М.; Смоленск, 1998.

15. Симонов Ю.Г. Региональный геоморфологический анализ. М., 1972.

16. Справочник по тектонической терминологии. М., 1970.

17. Тетяев М.М. Движения земной коры: Конспект лекций, прочитанных М.М. Тетяевым в 1955 г. Л., 1965.

18. Тетяев М.М. О терминологии явлений дислокации в земной коре // Геол. вестн. 1915. № 6.

19. Тетяев М.М. Основы геотектоники. Л., 1934.

20. Хаин В.Е. Общая геотектоника. М., 1964.

21. Хаин В. Е., Симу нова Э.Л. Геоморфологические проявления глубинных разломов // Жизнь Земли. 1965. № 3.

22. Шульц С. С. Планетарная трещиноватость // Планетарная трещин оватость. Л., 1973.

23. Suess Е. Das Antlitz der Erde. Prag; Leipzig, 1885.

Поступила в редакцию 14.06.2007

E.A. Kravchunovskaya

APPLICATION OF MORPHOTECTONIC METHODS TO STUDY THE RELATIVE AGE OF MOVEMENT OF THE EARTH'S CRUST BLOCKS

A morphotectonic method for evaluating the relative age of the Earth's crust block movements is suggested, and results of its application are discussed. The method is based on a concept of correlation between slope gradients and the intensity of tectonic movements. This approach leads to the conclusion that the relative age of block movements can be determined by comparing the slope gradients and the heights of slopes.