Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 493, № 2, стр. 24-28

Структурные исследования значительной части Западно-Сибирской плиты существенно ограничены отсутствием коренных выходов и невозможностью непосредственных полевых наблюдений. По этой причине основным источником информации о разрывной тектонике региона служат сейсмические данные МОВ ОГТ 3Д. В настоящей работе изучение кинематики разломов для каждой стадии их формирования проводилось при анализе структурных карт сейсмических горизонтов и рассекающих их поверхностей разрывных нарушений. Методические аспекты этого нового подхода описаны в работе [1], а основная идея заключается в том, что выделяемые по сейсмическим данным разлом и вектор перемещения (рис. 1а, б) рассматриваются как аналоги хорошо известного индикатора напряжений – борозд скольжения на поверхностях разрывных нарушений (рис. 1в). Согласно данному подходу, на структурных картах идентифицируются смещения осевых поверхностей складчатых структур по разрывным нарушениям, и получаемый при этом вектор перемещения характеризуется не только направлением перемещения в плоскости разрывного нарушения (угол α), необходимым для реконструкции палеонапряжений традиционными методами [2, 3], но и амплитудами полного, горизонтального и вертикального перемещения. Следовательно, в отличие от анализа зеркал скольжения в природных обнажениях, данный подход позволяет более корректно реконструировать кинематические характеристики разломов.

Рис. 1.

Векторы перемещений, используемые для реконструкции кинематических характеристик разлома и тектонических напряжений. А. Вектор перемещения на фрагменте сейсмического горизонта A, который фиксирует преимущественно сбросовую кинематику разлома. Б. Векторы перемещения на фрагменте сейсмического горизонта T₁, которые фиксируют преимущественно сдвиговую кинематику разлома. В. Борозда скольжения в природном обнажении. FW – лежачее крыло, HW – висячее крыло, угол α – угол между вектором перемещения и направлением падения поверхности разлома. 1 – след осевой поверхности; 2 – точки разрыва следа осевой поверхности; 3 – граница фрагмента разлома, для которого определяются кинематические характеристики; 4 – вектор перемещения висячего крыла.

Изучение кинематики разрывных нарушений в данной работе проводилось по сейсмическим данным МОВ ОГТ 3Д Арчинской площади, располагающейся в Нюрольской впадине на юго-востоке Западно-Сибирской плиты [4–6]. Основным структурным элементом в регионе является рифт северо-западной ориентировки (рис. 2), который рассекает слабодеформированный палеозойский карбонатный фундамент и перекрыт мезозойско-кайнозойским осадочным терригенным чехлом [5, 7, 8]. Предварительные результаты исследования показывают, что одной из основных особенностей тектонического строения Арчинской площади является развитие двух систем разрывных нарушений меридионального и субширотного направлений с субвертикальными поверхностями сместителя [4]. Формирование разрывных нарушений может отвечать происходившим в триасе рифтогенным процессам, однако их дальнейшая эволюция является дискуссионной [4, 9].

Рис. 2.

Расположение района работ (геологические карты по [5, 7] с изменениями). 1 – осадочный чехол Западно-Сибирской плиты; 2 – палеозойские комплексы Центрально-Азиатского складчатого пояса; 3 – позднепалеозойско-триасовые рифты и осадочные бассейны; 4 – фундамент, представленный девонскими карбонатами; 5 – триасовый рифт, заполненный эффузивными образованиями; 6 – Арчинская площадь.

Исходными данными для структурно-геологического анализа послужили поверхности четырех сейсмических горизонтов, индексированных в соответствии с решением 6-го межведомственного стратиграфического совещания [10]: регионального отражающего горизонта A, расположенного в основании мезозойско-кайнозойского осадочного чехла; регионально выделяемых в пределах средней юры горизонтов T₂ и T₁, а также расположенного между ними и локально выделяемого только в пределах Нюрольской впадины отражающего горизонта J₁₄. В пределах Арчинской площади выделено 126 векторов перемещения, которые отвечают разрывным нарушениям, идентифицируемым как крутопадающие поверхности с углами падения от 70° до 90°. Сдвиговая компонента присутствует в большинстве разломов, однако закономерностей в распределении лево- и правосдвиговых перемещений не прослеживается.

Сравнение амплитуд полного перемещения по разрывным нарушениям отображает тенденцию их уменьшения вверх по разрезу. Для сейсмического горизонта A среднее значение амплитуды полного перемещения равно 204 м, T₂ – 133 м, J₁₄ – 79 м и для T₁ – 75 м. Вследствие анализа соотношения амплитуд вертикального и горизонтального перемещения видно, что на сейсмических горизонтах T₂, J₁₄ и T₁ доминирует горизонтальная компонента перемещения по простиранию разрывных нарушений (рис. 3). Это подтверждается распределением угла α, который определяет соотношение между сбросо-взбросовой и сдвиговой компонентами перемещения и варьирует от 0° до 90°. Так, перемещения по падению (угол α варьирует от 45° до 90°), фиксирующие преобладание сбросовой компоненты, широко представлены только на сейсмическом горизонте A, тогда как сдвиговые перемещения (угол α варьирует от 0° до 45°) характерны для всех сейсмических горизонтов.

Рис. 3.

Распределение амплитуд вертикальной и горизонтальной составляющей перемещения по данным, полученным на сейсмических горизонтах A (76 замеров), T₂ (24 замера), J₁₄ (16 замеров) и T₁ (10 замеров). 1 – амплитуда вертикального перемещения; 2 – амплитуда горизонтального перемещения.

На основании полученных результатов можно выделить две группы перемещений по разрывным нарушениям: наиболее интенсивные сбросовые, которые характерны только для поверхности фундамента; и сдвиговые, доминирующие на более верхних сейсмических горизонтах. Они хорошо коррелируют с выделенными ранее полями напряжений – наличие горизонтального растяжения при его северо-восточной ориентировке и сдвигового поля при субмеридиональной и субширотной ориентировках осей сжатия и растяжения, соответственно, подтверждается реконструкцией методом катакластического анализа [1, 2]. Установленные две стадии формирования разрывных нарушений позволяют уточнить модель эволюции разрывных нарушений в регионе.

Первый этап эволюции разломов с доминирующей ролью сбросовой составляющей отвечает триасовому рифтогенезу, который распознается на всей территории Западной Сибири. Второй этап отвечает реактивации уже имеющихся и формированию новых разрывных нарушений с преимущественно сдвиговой компонентой, где при субмеридиональной ориентировке оси сжатия левосдвиговая компонента перемещения преобладает по разломам северо-восточной ориентировки, а правосдвиговая – северо-западной.

Несмотря на то, что роль мезозойско-кайнозойской разрывной тектоники в регионе ранее уже рассматривалась [11], возраст сдвигового этапа неочевиден. Однако наиболее вероятной причиной сдвигов могла служить кайнозойская коллизия Индостана и Евразии [12], в результате которой произошло возобновление перемещений по сдвигам в смежных с южной частью Западной Сибири структурах Центрально-Азиатского пояса [13]. Полученные нами ориентировки осей главных напряжений сдвигового этапа деформаций подтверждаются данными других исследователей, оценивающих современное поле напряжений в исследуемом регионе и обрамляющих его территориях [14, 15]. Так, на существование современного напряженного состояния при субмеридиональной ориентировке оси сжатия указывают результаты анализа горизонтального смещения земной коры ближайшего горного сооружения к южному обрамлению Западной Сибири – западной части Горного Алтая [15]. По результатам экспериментальных измерений GPS с 2000 по 2012 гг. определены скорости смещений Горного Алтая в север-северо-западном направлении в 1.2 мм/год. Более того, на Арчинской площади проводился анализ трещиноватости по данным FMI [6], который фиксирует наличие современного поля напряжения при северо-восточной ориентировке оси растяжения.

Таким образом, благодаря новому индикатору тектонического напряжения – вектору перемещения, выделяемому при структурном анализе сейсмических данных МОВ ОГТ 3Д, возможно реконструировать кинематические характеристики разрывных нарушений и производить количественные оценки перемещений по ним в тех регионах, где проведение полевых исследований является невозможным.