Тектогенез и процесс карстообразования (Предбайкальский Предгорный прогиб)

N

90

Рис.2. Вариации движения палеомагнитного полюса ВЕП

Приведенные выше корреляции между изменением химического состава разреза с периодичностью осадконакопления и изменением палеошироты опорной точки (г. Смоленск), показывают, что единой связью охвачены все этапы литогенеза и перемещения литосферных блоков, в частности, ВЕП [4]. Таким образом, между литогенезом и формированием геохимического развития тектонических структур существует прямая связь, которая может быть названа геодинамической. Главной чертой спектров чехла ВЕП являются палеомагнитные и осадочные рубежи, которые составляют стадии формирования цикла суперконтинента Пангея. Эти фазы особенно хорошо видны в материалах, переработанных сферическими сплайнами программы. В этой работе все пересчеты проводились через опорную точку - г. Осло. Нами аналогичные пересчеты проводились по данным тех же источ-

ников на базе опорной точки Смоленск, то есть в центре палеозойского материка. Оба результата практически совпадают. Сглаженное APWp позволяет продемонстрировать путь полюсов ВЕП без интервала доверия, затмевающего этот путь. Как видно, имеет место сходство распределения экстремумов кривых. Это сходство не может быть случайным, поскольку сопоставлены большие стратиграфические интервалы, перекрывающие рабочий интервал ММЭ.

Таким образом, рассмотренные материалы свидетельствуют в пользу единого глобального фактора, контролирующего согласованность различных процессов в динамике формирования осадочного чехла ВЕП. Учитывая к тому же палеомагнитные материалы, можно утверждать, что в этом проявляется влияние цикла суперконтинента Пангея. Влияние этого цикла, как показывают результаты спектрального анализа, проявляется в различных средах осадочных бассейнов ВЕП. В итоге формируется некоторая общая синхронность, которая проявляется в изученных спектрах.

Библиографический список

1. Апарин В.П. Длиннопериодные колебания уровня океана и цикл суперконтиннта в фанерозое / В.П.Апарин, C.B. Петроченко // Докл. РАН. - 2005. - Т. 405, № 4. - С. 539-543.

2. Ронов А.Б. Стратисфера или осадочная оболочка Земли / А.Б.Ронов. - М., 1993. С. 145.

3. Апарин В.П. // Низкочастотные компоненты в вариациях разнообразия морской биоты и уровня Мирового океана / В.П.Апарин, С.В.Петроченко, А.В.Кузьмин и др. //Докл. РАН.-2004.-Т. 397.-С. 108-112.

4. Петроченко C.B. Анализ временных рядов фанерозой-ского осадочного чехла Восточно-Европейской платформы / С.В.Петроченко, Е.В.Казанцева // Строение литосферы и геодинамика. - М., 2007. - С.92-94.

5. Апарин В.П. Длиннопериодные компоненты в цикле суперконтинента в фанерозое I В.П.Апарин II Геодинамическая эволюция литосферы центрально-азиатского подвижного пояса. - 2005. - Т.1. - С.21-23.

6. Канасевич Э.Р. Анализ временных последовательность в геофизике/Э.Р.Канасевич. - М.:-Недра,1985. - С.400

7. Апарин В.П., Сарычев В.Т. Геомагнетизм и аэрономия. - 2000.-Т. 40, №4,- С. 141-144.

УДК 551.3

ТЕКТОГЕНЕЗ И ПРОЦЕСС КАРСТООБРАЗОВАНИЯ

О.С.Гутарева1

Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.

Рассмотрены история становления Предбайкальского предгорного прогиба и проявления карста различных геологических периодов. На отдельных примерах показано соотношение поверхностных и подземных карстовых форм с элементами геологической структуры. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: тектонические трещины, карстовые котловины, карстовые депрессии, тектоническое развитие территории.

TECTOGENESIS AND THE PROCESS OF KARST FORMATION (PRE-BAIKAL PREMOUNTAIN DEPRESSION) O.S. Gutareva

The Institute of Earth Crust of Siberian Department of Russian Academy of Sciences

1Гутарева Оксана Сергеевна, младший научный сотрудник, аспирант, тел.: 425899, e-mail: gutareva@crust.irk.ru. Gutareva Oksana Sergeevna, a junior research assistant, a post graduate, tel.: 425899, e-mail: gutareva@crust.irk.ru.

128 Lermontov St., Irkutsk,664033

The author considers the history of formation of pre-Baikal premountain depression and manifestations of karst of different geological periods. Single examples demonstrate the correlation of surface and underground karst forms with the elements of geological structure. 3 figures. 1 table. 5 sources.

Key words: tectonic fissures, karst basins, karst depressions, tectonic development of a territory.

Предбайкальский предгорный прогиб в структурном отношении представляет собой краевое опускание Сибирской платформы. От Байкальской горной области прогиб отделяется зоной глубинного разлома, являющегося краевым швом Сибирской платформы. Породы, выполняющие прогиб, представлены, в основном, карбонатами: доломитами, доломитистыми известняками и известняками нижнего кембрия, что наряду с интенсивной тектонической трещиновато-стью способствует развитию карста. В кембрийских известняках при движении на запад появляются гипс-ангидритовые и соленосные толщи. Здесь выделяются практически все известные морфолого-генетические типы карста - открытый, закрытый, погребенный. Густое и глубокое расчленение карстовых массивов обусловило частые переходы от одного типа карста к другому.

Как известно, трещины являются основными путями движения воды в карстующихся породах. Тре-щиноватость горных пород определяет условия циркуляции и степень концентрации карстовых водотоков. Растворяя и расширяя стенки трещин, водотоки превращают их в карстовые полости. В начале формирования карстовой гидросистемы существуют обособленные водотоки, которые, расширяя наиболее раскрытые крупные трещины, превращаются в своеобразные подземные базисы карста, образуя единый «эволюционный уровень» карстовых вод. Это способствует еще большей концентрации карстовых водотоков и соответственно еще большему расширению тектонических трещин. Такие трещины превращаются в подземные карстовые каналы концентрированного стока подземных вод, а при понижении базиса эрозии осушаются и становятся пещерами.

Большинством авторов, при развитии карста, подчеркивается роль именно тектонических трещин и более крупных разрывных нарушений - сбросов, взбросов, надвигов, сдвигов. Тектонические трещины возникают на всех стадиях тектогенеза и обеспечивают одно из основных условий развития карстового процесса. Сети таких трещин в хорошо растворимых горизонтах пород контролируют развитие подземных и поверхностных карстовых форм, причем последние, как правило, являются индикаторами глубинных трещинных зон.

Тектоническая активность Предбайкальского предгорного прогиба в различные этапы геологической истории связана с развитием байкальского рифта и процессом складкообразования осадочного чехла Сибирской платформы. Заложение складчатости произошло в палеозое, а развитие отчетливо прослеживается с мезозоя, о чем говорят сохранившиеся в ядрах синклиналей юрские осадки. После этого развитие складчатых структур продолжилось. С.М.Замараев выделил фазы активного роста складок, которые последовательно сменялись эпохами затухания дефор-

маций (таблица) [2]. В конце мелового периода - начале палеогенового после фазы глубокой денудации начинается новый этап роста антиклиналей и синклиналей. Наиболее крупные формы - валы и прогибы, а более мелкие, осложняющие их структуры - антиклинали и синклинали второго и более высоких порядков. Особенно интенсивно рост этих морфоструктур происходил в кайнозое, когда на дне понижений-синклиналей образовались озерные палеоген-неогеновые и аллювиальные позднеплиоцен-четвертичные осадки общей мощностью до 200 м [4]. Характерной чертой тектонического развития этой территории является ослабление напряженности складчатости в направлении с востока на запад. Структуры, не теряя своей линейности, становятся шире и положе. Валы и прогибы ориентированы на северо-восток, субпараллельно краю Сибирской платформы, протягиваясь на десятки и сотни километров. Разломы в осадочном чехле, возникшие при его смятии, расположены в соответствии с ориентировкой складок. Они нарушают складчатые структуры вдоль их свода или крыла или следуют самостоятельно, постепенно сменяясь пликативами и затухая. Разломы относятся в основном к типу взбросов и взбросо-надвигов. Разрывы сбросового типа встречаются реже и связаны с оседанием соленосных толщ в результате карстообразования [2]. Кроме таких продольных разломов в пределах складок существуют поперечные, которые имеют меньшую протяженность и представлены сбросами либо взбросами со сдвиговой компонентой [2].

Дифференциация валов и прогибов на антиклинали и синклинали привела к повышению трещиновато-сти карбонатных пород, которые были обнажены в ядрах валов. При сопутствующих условиях это способствовало увеличению интенсивности развития карста и заложению новых карстовых бассейнов осадко-накопления.

История развития карста исследуемой территории начинается со среднего кембрия, когда уже были накоплены значительные по мощности нижнекембрийские отложения. О процессах карста этого времени свидетельствуют красноцветные коры выветривания среднекембрийского возраста в бассейне р. Иликта, а также находки карстовых брекчий, указывающих на карст среднекембрийского возраста [1]. Проявления допалеогенового карста почти не встречаются, что связано либо с размывом карстующихся пород в последующее время, либо со слабой их изученностью. Исключение составляют лишь редкие карстовые депрессии, заполненные сохранившимися юрскими осадками. Таким депрессиям свойственна вытянутая форма, ориентированная в северо-восточном направлении. Размеры их по длинной оси составляют 20-30 км, глубина - до 200 м.

Тектоническое развитие территории.

По материалам Г.П. Вологодского (1975), С.М. Замараева и О.М. Адаменко (1976).

Эра Период Эпоха Фаза роста складок в осадочном чехле Карстопроявления

Кайнозой четвертичный рост складок Воронки, поноры, суходолы, пещеры, карстовые источники и озера, зоны брекчий.

верхний

средний

нижний затухание роста складок

неоген плиоцен рост складок Унаследованные карстовые формы, развивающиеся одновременно с формированием коры выветривания.

затухание роста складок

рост складок

миоцен

палеоген олигоцен Карстовые котловины, заполненные красноцветными глинами с пластами песков. Погребенные воронки, пещеры, карстовые брекчии.

затухание роста складок, денудация антиклиналей

эоцен

рост складок

затухание роста складок, денудация антиклиналей

палеоцен

начало роста синклиналей и антиклиналей

Мезозой мел верхний

глубокая денудация валов

нижний

юра верхний

средний рост частных валов и прогибов

нижний

затухание роста валов и прогибов, денудация

триас верхний

средний

рост валов и прогибов

нижний

Палеозой пермь

карбон

девон

силур

ордовик

кембрий верхний

средний незначительное развитие складчатости Карстовые депрессии, заполненные красноцветными корами выветривания.

нижний

Палеогеновые формы карста представлены узки- ных складок, где в палеогеновом рельефе на поверх-

ми, вытянутыми в северо-восточном направлении котловинами, заполненными неогеновыми красноцвет-ными глинами с пластами песков. Карстовые котловины имеют

северо-восточное простирание либо поперечное -северо-западное, и контролируются разломами и зонами повышенной трещиноватости. Размеры их достигают нескольких десятков километров. Большая часть котловин локализуется на склонах антиклиналь-

ности обнажались насыщенные сульфатами отложения. Реже котловины связаны со сводами антиклиналей и синклиналями. Обнаруженные погребенные воронки палеогенового возраста располагаются линейно там, где по данным геофизических исследований установлены тектонически ослабленные зоны. Многие древние воронки осложняются более молодыми воронками последующих периодов, что свидетельствует о непрекращающемся развитии карста.

В неогене происходит ослабление тектонической активности. По сравнению с предыдущим периодом предполагается некоторое ослабление карстового процесса, обусловленное аридизацией климата [3]. Однако карст продолжает развиваться во время накопления осадков, то есть неогеновые карстовые котловины имеют конседиментационный характер.

_ ! ; 1 1 : !

¿С

К у. гу-

/V1->1 ' > 1-V

. П| Го15 ГТ71е I  : ЕЗ* Г=>. |_]«

! ! ЕЗ^ Мш

-г : I 11-1

Рис.1. Схема расположения некоторых карстовых форм на левом берегу р. Лена: 1 - оси антиклиналей; 2

- оси синклиналей; 3 - разломы; 4 - источники; 5 -группы карстовых воронок; 6 - поноры; 7 - пещеры; 8

- суходолы; 9 - область выхода на поверхность карбонатных пород; 10 - карстовые котловины

На рубеже неогена и четвертичного периода, в связи с очередным этапом тектонической активности, существующие карстовые формы осложняются депрессиями, котловинами и воронками более позднего возраста, т.е. процесс протекает унаследованно.

Четвертичные формы карста представлены котловинами, воронками, понорами, суходолами, озерами, карстовыми источниками и брекчиями карстового происхождения.

Рельеф территории - это внешнее отражение тектонических структур земной коры, контролирующих распространение карстовых форм. Карст как один из экзогеодинамических процессов в свою очередь, сыграл значимую роль в формировании морфоскульпту-ры рельефа. Поверхностные и подземные формы рельефа карстовой природы достигают иногда огромных размеров. В пределах Предбайкальского предгорного прогиба карстовый рельеф имеет широкое распространение и зачастую связан с вымыванием соляных и гипсоносных толщ и оседанием обширных участков земной поверхности. Это сопровождается формированием дизьюнктивных дислокаций (трещин и разломов) карстового генезиса.

Карстовые котловины всех возрастов ориентируются согласно простиранию антиклинальных и синклинальных складок. Воронки обычно имеют провальный генезис и располагаются либо линейно, либо группами вдоль тектонически ослабленных зон. Наиболее обширные поля воронок расположены в междуречье рек Лена и Правая Тонгода (урочище Монгольские степи), в бассейне р. Иликта. Часто воронки служат поглотителями поверхностных водотоков, т.е. по-

норами. Поноры широко распространены в пределах описываемой территории и имеются, в частности, в бассейне р. Иликта, в долине ручья Ангаракан и в других местах.

Элементы тектонической структуры играют большую роль при формировании и распределении подземного стока, который концентрируется в трещинных коллекторах. Дренирование карстовых водоносных горизонтов происходит в местах тектонических нарушений. Основными базисами дренажа являются долины рек Лена и Киренга и их главные притоки. Крупные тектонические нарушения со смещением пород -сбросы, сдвиги, надвиги - играют роль плотин-барражей, которые направляют сток к местам их пересечения с поверхностным эрозионным рельефом, где и образуются источники. Основным коллектором трещинно-карстовых вод Предбайкальского предгорного прогиба являются трещины у нижней границы дренажа. Этот коллектор питает почти все источники, приуроченные к карбонатным породам нижнего кембрия [5]. Дебиты источников, связанных с карстовыми водами, варьируют в широких пределах. Наиболее крупные из них приурочены к водосборным бассейнам рек Лена и Киренга. Самый крупный из известных источников с дебитом 1500 л/с находится на правом берегу р. Киренга.

Озера большей частью приурочены к карстовым котловинам, реже к воронкам. Обычно они имеют небольшую глубину до 3 м, а ширина не превышает нескольких десятков метров. Питание озер происходит преимущественно за счет поверхностных вод, в связи с чем их режим сильно зависит от климатических условий. В местах, где идет интенсивная распашка земель, такие озера часто пересыхают.

//

Ш/ ЕЗг^Ек^ЕДб

Рис. 2. План Улангинской пещеры (Вологодский, 1975): I - план; II - продольный профиль; 1 - вход, 2 - контуры воронки; 3 - контуры пещер; 4 - поперечное сечение хода; 5 - осыпь рыхлого грунта с глыбами доломита; 6 - уклоны дна

Широко распространенные на территории прогиба суходолы представляют собой карстово-эрозионные долины с временным стоком, образованные за счет слияния цепочки воронок вдоль тектонически ослабленных зон. Наиболее крупный расположен в бассейне р. Манзурка - суходол Карлук, имеет длину до 40 км и площадь водосбора 800 км2. В бассейне р. Иликта - суходол Темниковский Шевикан длиной 15 км. Карстовые формы ориентируются по простиранию

складок и приурочены к местам выхода на поверхность карбонатных пород (рис.1)._

"9 ~ р^ч. АЦилим

% * У] К ^ооа-в^ч.,-^ .....п

1 П=12 ^з ЗЯ4 Си. 5

Рис. 3. Схема расположения карстовых форм в долине ручья Ангаракан: 1 - предполагаемая зона разлома; 2 -контуры пещер; 3 - обнажения карбонатных пород; 4 -воронки;5 - понор

Расположенная в пределах предгорного прогиба пещера Улангинская представляет собой раскрытую трещину северо-западного простирания, незначительно проработанную карстом в брекчированных доломитах ангарской свиты нижнего кембрия (рис.2). Пещера находится на водоразделе рек Дундуй и Ишин-Гол, на высоте 200 м над дном долины. Общая длина составляет 28 м, глубина 14 м. В пещере имеется незначительное количество натечных образований, выветре-лая кора на стенах слабая.

Еще одним примером контроля развития карста складчатыми структурами и разрывными нарушениями может служить группа карстовых форм в долине ручья Ангаракан, находящегося в восточной части исследуемой территории в известняках ангарской свиты кембрия мощностью около 450 м. Карстовые формы также приурочены к тектоническому разлому северо-восточного направления (рис. 3). Пещера Аргара-кан заложена в крыле синклинальной складки, что отражается в ее морфологии. Поперечные уклоны полов и потолков гротов совпадают с углом падения пластов и достигают иногда 30 градусов. Пещера представляет собой сеть галерей и гротов, вытянутую в направлении, согласующемся с направлением разлома. Вход в пещеру расположен на дне воронки, диаметром около 4 м и глубиной 1 м на высоте 64 м над уровнем ручья. Общая длина ходов пещеры превышает 8 км, а глубина достигает 57 м (по материалам спелеоклуба Арабика). Вблизи пещеры, ручей Ангаракан с расходом около 40 л/с, полностью погло-

щается понором в виде удлиненной карстовой воронки.

К этому же разлому приурочена пещера Рождественская, представляющая собой полость шириной около 3 м, длиной 10 м. Вход в пещеру образует провальная воронка средним диаметром и глубиной 3 м. Заполненность льдом практически всех трещин в пещере (в декабре), а также ледяная пробка, препятствующая проникновению в другие части пещеры, свидетельствуют о значительной инфильтрации поверхностных вод в глубь массива и соответственно об активности современного карста. Продолжение разлома фиксирует цепь воронок, ориентированная в северовосточном направлении. А выходы теплого воздуха из трещин в обнажении пород свидетельствуют о существовании внутри массива пустот, в которых возможна значительная циркуляция воздуха.

Интенсивная складчатость и связанная с ней тре-щиноватость карбонатых пород Предбайкальского предгорного прогиба оказали определяющее влияние на пространственное развитие карстовых форм. Группы поверхностных и подземных карстовых форм ориентированы в основном по направлению простирания региональной системы складок. Морфология подземных форм подчинена региональным системам трещин северо-восточного и северо-западного направлений. Учитывая особенности геологического строения территории, можно выделить зоны, в которых вероятность развития подземного карста наиболее высока.

Библиографический список

1. Вологодский Г.П. Карст Иркутского амфитеатра / Г.П.Вологодский. - М.: Наука, 1975. - 124 с.

2. Замараев С.М. Структура и история развития Предбайкальского предгорного прогиба / С.М.Замараев, О.М.Адаменко, Г.В.Рязанов, А.А.Кульчитский, Р.С.Адаменко, Н.М.Викентьева. - М.: Наука, 1976. -136 с.

3. Инженерная геология СССР. Т.3. Восточная сибирь. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1977. - 700 с.

4. Логачев Н.А. Кайнозойские отложения Иркутского амфитеатра / Н.А.Логачев, Т.К.Ломоносова, В.М.Климанова. - М: Наука, 1964. -196 с.

5. Шенькман Б.М. Гидрогеология карста краевой зоны Анга-ро-ленского артезианского бассейна / Б.М.Шенькман // Гидрогеология и инженерная геология Сибири. - Новосибирск: Наука, 1990. -С. 21-26.