Растяжение и утонение литосферы Байкальского рифта

УДК 551.248.2

РАСТЯЖЕНИЕ И УТОНЕНИЕ ЛИТОСФЕРЫ БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА

Г.Ф. Уфимцев

Институт земной коры СО РАН, Иркутск Поступила в редакцию 07.06.13

Растяжение литосферы Байкальского рифта определяется по напряжению поперечного растяжения в очагах землетрясений, преимущественно расположенных над кровлей субгоризонтального делителя-волновода на уровне раздела Конрада. Примерно в интервале этих же глубин залегают толщи горных пород с дефицитом плотностей, которые принимаются за комплекс венд-кембрийского чехла Сибирской платформы, перекрытого шарьяжами либо зонами мило-нитов. На поверхности в выступах фундамента рифтовой долины распространены зоны живых разломов или трещин растяжения, выраженные микрограбенами. Это может рассматриваться как свидетельство того, что в процессе развития рифтовой долины происходит растяжение и утонение верхнелитосферной пластины над выступом аномальной мантии и ее переход в субгоризонтальный подкоровый апофиз под центральной частью рифта и его юго-восточным обрамлением. При утонении верхней литосферной пластины происходит переукладка ее тектонических блоков, обусловленная растяжением верхних частей литосферы.

Ключевые слова: геотектоника, рифтовая долина, литосферные пластины, утонение литосферы, живой разлом, микрограбен, Байкал.

В очагах байкальских землетрясений фиксируются поперечное горизонтальное растяжение и субвертикальное сжатие (Голенецкий, 1997; Мишарина, 1967). Обычно эпицентры землетрясений «привязывают» к продольным разломам, но их распределение в интервале времени в десятки и сотни лет имеет скорее ареальный характер, либо они контролируются и субгоризонтальными сместителями, из которых делитель-волновод под Байкалом имеет мощность 5 км, располагается на уровне раздела Конрада и по своим параметрам вполне может рассматриваться в качестве рассредоточенного сместителя (Недра Байкала..., 1981). При этом эпицентры землетрясений преимущественно располагаются под днищем рифта и его восточным горным обрамлением и некоторые из них можно связать с крупнейшим разломом западного его борта — Обру-чевским сбросом, который практически сейсмически неактивен, но зона его насыщена живыми сбросами, включая листрические (Солоненко, 1970, 1973; Уфимцев, 1993).

В последнее время в литосфере Байкальского рифта, в нижней части ее верхней литосферной пластины, обнаружены объемы, сложенные породами с дефицитом плотности, и считается, что это венд-нижнепалеозойский чехол Сибирской платформы, перекрытый нижнепалеозойскими аллохтонами (Зорин и др., 2002; Суворов, Мишенькина, 2005). На выходах фундамента в днище Байкальского рифта, например в пределах Приольхонской краевой ступени (Уфимцев и др., 2010), довольно часто мы наблюдаем трещины растяжения, выраженные микрограбенами относительной глубиной не более 1 м, что свидетельствует об ареальном характере растяжения фундамента рифтовой долины.

В указанных неотектонических (геофизических) свидетельствах литосферы Байкальского рифта можно увидеть одну из главных особенностей его молодой геодинамики, проявленную в разных качествах на наземной поверхности и в глубинной тектонике.

Живые разломы земной поверхности рифтовой долины

Живые сбросы, рассекающие земную поверхность, особенно распространены на западном крутом борту Байкальского рифта, где они составляют элемент структуры Обручевского краевого сброса (Солонен-ков, 1970, 1973; Уфимцев, 1992, 1993) и группируются в линейные цепи, рассекающие как основания борта рифта (тектонического уступа), так и нередко отклоняющиеся от него в сторону верхней части предгорных откосов или устьевых конусов выноса (Солоненко, 1970; Уфимцев, 1992). Они прерывистой цепью наблюдаются вдоль борта рифта на западном побережье Байкала от мыса Кочериковского и до мыса Мужи-най и обычно относятся к палеосейсмодислокациям, которые свидетельствуют о доисторических землетрясениях (Солоненко, 1973). Их геоморфологическое (морфотектоническое) содержание выглядит следующим образом. В подошве борт рифта подрезан крутым тектоническим уступом высотой до первых десятков метров, в его основании располагается скальный ров, или микрограбен, в днище которого прослеживаются небольшие ровообразные прерывистые понижения, поглощающие с поверхности глыбовой материал. Отдельные глыбы при этом поставлены на «попа». Это

указывает на растяжение в зоне молодого сместителя до такой степени, что он поглощает материал с земной поверхности, хотя при этом сохраняет свои морфологические особенности. В районе бухты Малая Коса подошвенный микрограбен расширяется настолько, что вмещает в себя небольшое проточное озеро. А на самом тектоническом уступе формируются значительные потоки глыбового материала, обвалы, скальные оползни и крупные обвалы, например у мыса Шартлан (Солоненко, 1973; Уфимцев, 1992) или южнее устья р. Ледяной. Это следует считать одной из особенностей рифтовой геодинамики — при утонении литосферы в рифте участвует и процесс вывода больших объемов дезинтегрированных масс горных пород в сферу экзоморфогенеза. По-видимому, формированию крупных обвалов и сбросообвалов способствуют перемещения по листрическим сбросам, которые фиксируются в береговой зоне наличием наклонных от озера локальных поднятых береговых линий и сопряженных висячих устьев долин, образующих устьевые водопады и водоскаты. Геометрические построения позволяют полагать, что на глубине краевые листрические сбросы могут входить в зону делителя-волновода, и в силу этого разделенные ими блоки изменяют залегание вплоть до субгоризонтального — этот процесс, по сути, представляет собой вариант переукладки блоков верхней литосферной пластины.

В восточном борту и обрамлении рифта ситуация иная. От Северо-Байкальской впадины в ее восточное горное обрамление часто входят угловатые впадины-сателлиты (так называемые защербы), образующие приустьевые расширения крупных долин. Южнее Чи-выркуйского залива на восточном побережье Байкала находится переменной ширины пониженная ступень, в которой на побережье располагаются узкие (шовного типа) низкогорные горсты и за ними тыловые небольшие грабены, занятые озерами. Эти тектонопары занимают побережную полосу и находятся на различной высоте над Байкалом. По мере своего разрастания они приближаются к его уровню и в конечном счете сливаются с ним — таков залив Провал, возникший на месте низкой заозеренной равнины во время Цаганского землетрясения 1862 г. (Уфимцев, 2004а). В других частях побережной пониженной ступени восточнее Байкала наблюдается сложное сочетание малых тектонических блоков, испытывающих слабые перемещения с сопутствующим денудационным выравниванием. Наблюдаемые здесь ансамбли тектонических блоков и их пространственные взаимоотношения можно рассматривать как итог их переукладки под воздействием растяжения литосферы (Уфимцев, Сковитина, 2001; Уфимцев и др., 2010). В результате этого вдоль восточной части рифта формируется выровненная поверхность с первичными участками погружения (малыми впадинами), подготавливаемая к способности принять бассейновые осадки (Уфимцев, Сковитина, 2001).

В краевых ступенях, составляющих относительно поднятые участки днища Байкальского рифта, где выходят породы фундамента, в особенности в Приоль-хонской ступени и на островах Малого моря, распространены ареальные системы трещин растяжения, которые в рельефе обычно выражены микрограбенами различной протяженности (десятки и сотни метров), шириной первые метры и глубиной обычно не более 1 м (рис. 1). Их геоморфологические позиции разнообразны и в общем не считаются с топографическими особенностями рельефа: на склонах и вершинах низких гор, пересекают узкие мысовые выступы в проливе Ольхонские Ворота или небольшие скальные острова, например Замогой (Уфимцев, 1992). В этих случаях с ними могут ассоциировать небольшие обвалы и скальные оползни на абразионных берегах, а узкие мысы часто отделяются по раскрытым трещинам проливами шириной 1,0—1,5 м при скальных стенках высотой более 5 м. Некоторые острова на Малом море буквально расколоты такими трещинами растяжения (микрограбенами).

На холмах и низкогорьях Тажеранской степи трещины растяжения представляют собой хорошо оформленные микрограбены обычно глубиной до 0,5—0,7 м при ширине до 7—9 м и со сравнительно плоскими днищами, ограниченными скальными уступами (рис. 2). Они могут быть одиночными, и группироваться в аре-альные группы, в которых простирания отдельных форм соответствуют таковому коренных пород. Это наводит на мысль, что такие понижения рельефа образуются в результате избирательного выветривания. Тем более, что рядом всегда можно наблюдать довольно похожие гривы и гряды высотой в первые метры — отпрепарированные слои метаморфических пород (рис. 3). Различия между этими образованиями нетрудно определить: формами избирательного выветривания являются гряды, выступающие над общим уровнем граней рельефа (вершинных поверхностей или склонов), а трещины растяжения, или микрограбены, напротив, вложены в поверхности граней рельефа (рис. 1, 2). Соответствие микрограбенов простиранию геологических тел фундамента, видимо, связано с тем, что в условиях ареального растяжения приповерхностных частей литосферы и земной поверхности этот процесс использует в первую очередь ослабленные зоны в геологической структуре и, в частности, наиболее распространенные среди них поверхности напластования или кристаллизационной сланцеватости.

Особая разновидность микрограбенов — это микрограбены над трещинами отседания у скальных стенок, в особенности у береговых клифов. Они являются частью общего процесса перераспределения верхне-литосферных масс — вывода их в сферу экзогенного морфогенеза. В других случаях трещины (микрограбены) фиксируют ареальный процесс растяжения фундамента рифта, имеющий всеобщий характер и пред-

Рис. 1. Трещины растяжения (микрограбены) на склонах пади на правобережье долины р. Анги в Приольхонье

Рис. 2. Трещина растяжения (микрограбен) в Тажеранской степи южнее пос. Сахюрта

Рис. 3. При избирательном выветривании метаморфических пород в Тажеранской степи над поверхностью выступают гряды

ставляющий собой одновременное разуплотнение (тектоническое разрушение) приповерхностных блоков и их переукладку. В больших объемах это совершается в западной части Байкальского рифта благодаря формированию молодого (инициального) Маломорского рифта, днище которого еще практически не перекрыто осадками, а в разрушении скальных островных выступов значительную роль играют трещины растяжения и микрограбены.

Глубинное строение Байкальского рифта

Выступ аномальной мантии, свойственный Байкальскому рифту, достигает раздела Мохо и несколько его приподнимает и затем трансформируется в субгоризонтальную апофизу, распространяющуюся под земной корой на юго-восток вплоть до краевых разломов Монголо-Сибирского горного пояса (Недра Байкала, 1981). Это определяет особенности новейшей структуры рифта: у северо-западной границы выступа аномальной мантии располагаются краевой сбросовый уступ и поднятое плечо рифта в форме наклон-

ных горстов Приморского и Байкальского хребтов (поднятий). На восточном обрамлении рифта поднятия Улан-Бургасы и Хамар-Дабана представляют собой сводовые поднятия. В таком качестве Байкальский рифт вместе с сопровождающими горными поднятиями не имеет стандартной формы рифтогена — рифт и сопровождающие его наклонные поднятые плечи. Это определяется и тем, что поток вещества (энергии) в выступе аномальной мантии направлен сначала вверх, а затем преобразуется в субгоризонтальный поток юго-восточного направления. Над местом такого преобразования, а это центральная часть Байкальского рифта и его восточного обрамления, наблюдается сосредоточение эпицентров землетрясений (Голенецкий, 1997). Можно предположить, что поле эпицентров байкальской сейсмичности определяется не только перемещениями по крутым сбросам или листрическим сбросам, но и, возможно, продуцируется субгоризонтальными сместителями, делящими литосферу рифтовой зоны на субгоризонтальные пластины, испытывающие перемещения относительно друг друга.

Под Байкальским рифтом две литосферные пластины на глубине, соответствующей положению раздела Конрада, разделены волноводом-делителем пятикилометровой мощности, в структуре которого присутствуют многочисленные сейсмические площадки, видимо, представляющие собой частные горизонтальные сместители. Сам слой волновода — это рассредоточенный срыв-делитель и именно в его кровле отмечается максимум выделения сейсмической энергии (Голенецкий, 1997). Это может быть обусловлено: 1) смещением верхней литосферной пластины по кровле волновода на юго-восток и/или 2) благодаря торцовому сочленению верхнелитосферных сбросов с кровлей волновода. Можно предположить, что в обоих случаях волновод в целом и его кровля во многом обусловливают особенности процессов в литосфере Байкальского рифта, определяющих его сейсмическую активность, наравне с формой выступа аномальной мантии.

Также необходимо обратить внимание на геофизические сведения, показывающие на залегание над делителем-волноводом толщ, сложенных породами с дефицитом плотностей. Обычная интерпретация залегания на значительных глубинах малоплотностных пород — это венд-палеозойский плитный комплекс Сибирской платформы, перекрытый аллохтонами, сложенными шарыжалгайским комплексом (Зорин и др., 2002; Суворов, Мишенькина, 2005). При этом на геофизических разрезах показаны зоны (полосы) ми-лонитов, по объему сопоставимые с ненарушенными блоками или междунадвиговыми пластинами. Встает вопрос об условиях, благодаря которым породы автохтона в течение сотен миллионов лет сохранили дефицит плотностей при столь значительном литоста-

тическом давлении, периодическом (как в новейший тектонический этап) поступлении значительных объемов флюидов и пр. Возникает альтернативное предположение, что наличие над кровлей волноводо-делителя разуплотненных толщ может быть частью (следствием) молодой глубинной геодинамики, которую можно представить следующим образом. Вся верхнелитосферная пластина в Байкальском рифте благодаря растяжению испытывает объемное тектоническое разуплотнение. Следы его наблюдаются и на глубине, и на земной поверхности. Это разуплотнение или даже тектоническое разрыхление имеет, видимо, наибольшую интенсивность в верхней литосферной пластине над кровлей делителя-волновода, по которому происходит горизонтальное ее смещение на юго-восток. В кровлю делителя торцово упираются и крутопадающие разломы верхней литосферной пластины. Эти обстоятельства определяют здесь накопление и последующее высвобождение сейсмической энергии, в дальнейшем приобретающей так или иначе ареальный характер ввиду участия в процессе субгоризонтального делителя.

Торцовое сочленение крутых сбросов с кровлей делителя при горизонтальных смещениях по нему вполне сможет приводить и к растяжению верхнелитосфер-ной пластины, и к брекчированию или тектоническому разрыхлению над кровлей волновода, обусловливающему формирование пород типа коровой брекчии и с дефицитом плотности. В продуцировании сейсмических событий здесь могут участвовать как перемещения по делителю-волноводу, так и верхнелитосферные сбросы. К тому же тектоническое разрыхление верхней части литосферы в той или иной мере охватывает ее по всей толщине, что мы видим и на земной поверхности. К каким последствиям это может приводить? Прежде всего к утонению верхнелитосферной пластины, которое осуществляется двумя способами. Первый — это переукладка тектонических блоков, имеющих в сечение преимущественно клиновидную или трапециевидную форму. На восточном борту рифта многие из них испытывают опережающие опускания и на их поверхности формируются небольшие грабены, занятые озерами, уровни которых постепенно приближаются к уровню Байкала и в конце концов выходят на него и создают крупные заливы типа Провал у устья р. Селенги (Уфимцев, 2004а).

Второй способ верхнелитосферного утонения присущ западному борту рифта и совершается под действием листрических сбросов, благодаря перемещениям по которым пластинчатые и с крутыми ограничениями внутриразломные тектонические пластины принимают субгоризонтальное залегание. Наконец, на крутых сбросовых уступах формируются обвалы тектонически дезинтегрированных масс порой объемом 1 км3 и более, которые выводятся из литосферы и передаются в сферу экзоморфогенеза. Этот процесс

имеет одно структурно-морфологическое следствие. Благодаря удалению со стенки сбросового уступа тектонически дезинтегрированных масс происходит его параллельное самому себе отступание, и уступ периодически возобновляет свою морфологическую молодость — именно этим геоморфологическим качеством отличаются краевые сбросовые уступы Байкальского рифта и других суходольных рифтов юга Восточной Сибири. На восточном борту рифта утонение верхне-литосферной пластины в результате переукладки тектонических блоков обусловливает снижение горного рельефа и в конце концов формирование низкой тектонической ступени с вложенными в нее малыми грабенами. Здесь осуществляется своеобразное денуда-ционно-тектоническое выравнивание, появляются локальные бассейны осадконакопления.

Заключение

В общей геодинамике Байкальского рифта ведущий процесс растяжения литосферы выше горизонтального делителя-волновода, расположенного на глубине поверхности Конрада, определяет брекчирование верхней литосферной пластины по всей ее глубине, обладающей, таким образом, объемным характером. Следы его мы наблюдаем в породах фундамента рифта на земной поверхности, а геофизические материалы говорят о его максимальном проявлении над кровлей делителя-волновода, где концентрируется и затем высвобождается сейсмическая энергия в слое торцового сочленения крутых сбросов с кровлей делителя. Степень сейсмической активности, видимо, усиливается вокруг крупных блоков, опирающихся на кровлю делителя. Такая ситуация наблюдается в районе крупного внутреннего Святоноского поднятия в центральной части Байкальского рифта или грабена залива Провал.

Можно полагать, что горизонтальные перемещения по волноводу-делителю первичны в части накопления сейсмической энергии в полосе разуплотнения и брекчирования в его кровле, где концентрируются сейсмические события. Более того, крупные землетрясения могут быть продуктом смещений по делителю, а афтершоковая деятельность сосредоточивается в полосе коровой брекчии в его кровле. Наиболее напряженная часть литосферы располагается над зоной перехода выступа аномальной мантии в субгоризонтальный подкоровый слой, которая экспонируется на поверхность в центральной части Байкальского грабена и его восточного горного обрамления. В западной части грабена перемещения происходят преимущественно по листрическим сбросам, сейсмический потенциал которых либо невелик, либо реализуется в форме редких и сильных землетрясений (Уфимцев, 1993).

Сейсмический процесс в Байкальском рифте имеет сложную структуру. Это комбинации перемещений по делителю-волноводу, коровое брекчирование основания верхней литосферной пластины, вызывающее переукладку в ней тектонических блоков с сопутствующим ее утонением, которое, видимо, во многом определяется объемным (на земной поверхности — ареальным) растяжением, охватывающим весь фундамент рифта.

Можно предположить, что при землетрясениях в рифтовой долине главные толчки могут продуцировать перемещения по субгоризонтальному делителю, а афтершоковая деятельность переходит к крутопадающим разломам над его кровлей. Это может создавать эффект объемного землетрясения (Уфимцев, 2004б) благодаря существованию слоя тектонического разуплотнения верхней литосферной пластины над разделом Конрада.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 11-05-00075.

ЛИТЕРАТУРА

Голенецкий С.И. Землетрясения в Иркутске. Иркутск: Имя, 1997. 95 с.

Зорин Ю.А., Мордвинова В.В., Турутанов Е.Х. и др. Новые геофизические данные о надвигах в Прибайкалье, Западном Забайкалье и Центральной Монголии // Геотектоника. 2002. № 3. С. 40—52.

Мишарина Л.А. Напряжения в земной коре в рифтовых зонах. М.: Наука, 1967. 135 с.

Недра Байкала (по сейсмическим данным) / Отв. ред. Н.Н. Пузырев. Новосибирск: Наука, 1981. 105 с.

Солоненко В.П. Шрамы на лике Земли // Природа. 1970. № 9. С. 17—25.

Солоненко В.П. Землетрясения и рельеф // Геоморфология. 1973. № 4. С. 3—13.

Суворов В.Д., Мишенькина З.Р. Структура осадочных отложений и фундамента под южной котловиной озера Байкал по данным КМПВ // Геол. и геоф. 2005. Т. 46, № 11. С. 1159—1167.

Уфимцев Г.Ф. Морфотектоника Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Наука, 1992. 216 с.

Уфимцев Г.Ф. Морфоструктурное значение листрических сбросов в Байкальском рифте // Геотектоника. 1993. № 6. С. 88—93.

Уфимцев Г.Ф. Загадка залива Провал // Наука в России. 2004а. № 1. С. 74—79.

Уфимцев Г.Ф. Проблема объемных землетрясений во Внутренней Азии // Изв. вузов. Геол. и разведка. 2004б. № 6. С. 12—15.

Уфимцев Г.Ф., Сковитина Т.М. Новейшая структура восточного побережья Среднего Байкала // Отеч. геол. 2001. № 2. С. 26—29.

Уфимцев Г.Ф., Сковитина Т.М., Филинов И.А., Щетников АА. Особенности рельефа Приольхонья // География и природные ресурсы. 2010. № 4. С. 56—62.

EXTENSION AND LITHOSPHERE THINNING IN BAIKAL RIFT

G.F. Ufimtsev

The extension of lithosphere under the Baikal Rift is obvious on many geological and geomorphical characters. It is a stress of transverse extension in earthquake depocenters mainly situated at the level of the Conrad boundary. The rocks with deficit of density which accepted as complex of Vfendian — Cambrian cover of the Siberian Platform are present in this depth interval below thrusts or melonites. The active faults and extension fissures as micrograbens are common in the basement uplifts. During the rift valley evolution extension and thinning of upper lithospheric plate above projection of anomalous mantle and its transition into subhorizontal subcrustal apophyse under the rift center and its southeastern margin.

Key words: geotectonics, rist valley, lithosphere plates, thinning, active faults, Baikal.

Сведения об авторе: Уфимцев Геннадий Феодосьевич — докт. геол.-минерал. наук, проф., гл. науч. сотр. лаб. кайнозоя ин-та земной коры СО РАН, e-mail: ufim@crust.irk.ru