Физика Земли, 2021, № 6, стр. 10-19

GPS-кинематика северной части Евразиатского континента и ее возможная геодинамическая интерпретация

В. И. Шевченко 1, И. С. Крупенникова 1, А. А. Лукк 1*

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: lukk@ifz.ru

Поступила в редакцию 23.12.2020
После доработки 29.03.2021
Принята к публикации 05.05.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

В геотектонике ныне ведущую роль играет неомобилистская плейттектоническая концепция. В ее основу положено представление о разделении земной коры/литосферы на плиты, блоки, массивы разного размера. Они перемещаются латерально в результате воздействия внешних по отношению к ним сил. Например, предполагается гравитационное соскальзывание плиты со срединно-океанического поднятия, горизонтальное смещение вслед за погружающимся в мантию тяжелым субдуцирующим слэбом. Наибольшее значение придается перемещению за счет вязкой связи плит с конвективными потоками в мантии. Не исключается механическое воздействие соседних литосферных плит. Накопленный к настоящему времени материал по геодезическим (в основном GPS) измерениям таких реальных перемещений в пределах Евразиатского континента свидетельствует о том, что размеры его северной части значимо увеличиваются. Существующие представления о геодинамике земной коры/литосферы это явление не учитывают. В статье рассматриваются несколько вариантов возможной его интерпретации.

Ключевые слова: геодезические измерения, GPS-кинематика Евразии, геодинамическая интерпретация, плейттектоническая концепция, общее сжатие, объемный распор, фокальные механизмы.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в геотектонике ведущую роль играет неомобилистская плейттектоническая концепция. В ее основу положено представление о разделении иземной коры/литосферы, на плиты, блоки, массивы разного размера. Выделяется несколько крупных литосферных плит (Евразиатская, Африканская, Аравийская, Индо-Австралийская, Северо- и Южно-Американская, Антарктическая и Тихоокеанская), серия плит (мезоплит) меньшего размера, а также достаточно многочисленные микроплиты [Зоненшайн и др., 1976; Хаин, 2001; Хаин и др., 2005; и мн. др.]. Взаимные латеральные перемещения этих плит, блоков, массивов (конвергенция, коллизия, дивергенция, трансформные проскальзывания) рассматриваются как главные проявления и ведущие причины процессов тектогенеза разного ранга – от глобальных до локальных.

Результаты современных высокоточных геодезических измерений, с одной стороны, прямо соответствуют (в глобальном масштабе) основным положениям плейттектонической концепции [Кропоткин, 1992; Кропоткин и др., 1994; Хаин, 2001; Хаин и др., 2005]. Инструментально зафиксированы, например, современный спрединг Атлантического и Индийского океанов, северный дрейф (относительно Евразии) Африканской, Аравийской и Индо-Австралийской литосферных плит [Cretaux et al., 1998; Gendt et al., 1997; Heflin et al., 2004; Larson et al., 1997; Rothacher et al., 1997; Sella et al., 2002; SOPAC] (см. рис. 1). “Оказалось, что скорости движения станций (геодезических – авторы), основанные на геодезических измерениях, отличаются от вычисленных по модели NUVEL-1 (один из вариантов плейттектонического расчленения и геодинамики коры/литосферы Земли – авторы) не более чем на 10% и близки по направлению смещений. В среднем коэффициент корреляции между моделью и результатами измерений составляет 0.989”. [Кропоткин, 1992, с. 43].

Рис. 1.

Распределение векторов скоростей горизонтальных смещений геодезических GPS-станций, расположенных на Евразиатской и смежных литосферных плитах [Heflin et al., 2004] (система координат ITRF2004, фрагмент): 1 – границы литосферных плит; 2 – выделенная авторами анализируемая дугообразная полоса.

Выделяются, кроме того, разновозрастные подвижные (складчатые, складчато-надвиговые) пояса (Средиземноморский, или Альпийско-Гималайский, Тихоокеанский, Урало-Монгольский, Северо-Атлантический, Арктический). В рамках плейттектонической концепции они рассматриваются как области сгруживания, акреции глыб, блоков, микроплит, террейнов, других элементов структуры коры/литосферы разного размера, разного происхождения. Предполагается, что эти компоненты подвижных поясов сгружены, спрессованы и деформированы в результате сближения, конвергенции смежных более крупных литосферных плит.

Некоторые материалы по геологическому строению юрского–кайнозойского Средиземноморского, или Альпийско-Гималайского подвижного пояса (мы предпочитаем называть его Альпийско-Индонезийским), а также результаты геодезических GPS-измерений современных смещений элементов структуры этого подвижного пояса не согласуются, по крайней, мере, с одним из основных положений плейттектонической концепции. Согласно этой концепции ширина подвижного пояса при сближении смежных литосферных плит должна уменьшиться. Породы пояса при этом деформируются. Однако прямые GPS-измерения в целом ряде случаев зафиксировали значимое увеличение ширины представительных частей Альпийско-Индонезийского пояса [Шевченко и др., 2017; 2018].Это заставляет предположить существование механизма тектогенеза, не предусмотренного плейттектонической концепцией.

Имеются материалы, указывающие на то, что сходные несоответствия между некоторыми постулатами плейттектонической концепции и результатами GPS-измерений существуют применительно, по крайней мере, к Евразиатской литосферной плите.

Согласно представлениям, развиваемым в рамках этой концепции [Зоненшайн, 1976; Хаин, Ломизе, 2005; Новая …, 1974], плиты, как упоминалось выше, могут латерально перемещаться, образуя при этом агломерации разного масштаба (вплоть до Пангеи), или делиться на части. Так как плиты не рассматриваются как абсолютно жесткие образования, допускается возможность некоторого их деформирования. Эти процессы происходят в результате тех или иных воздействий, внешних по отношению к упомянутым плитам, микроплитам, блокам коры/литосферы. Например, предполагается гравитационное соскальзывание плиты со срединно-океанического поднятия, горизонтальное смещение под воздействием тяги погружающегося в мантию тяжелого субдуцирующего слэба. Наибольшее значение придается перемещению за счет вязкой связи плит с конвективными потоками в мантии. Не исключается механическое воздействие соседних литосферных плит.

Оказалось, однако, что современная, по геодезическим GPS-измерениям выявленная кинематика большей северной части континента Евразия (основного компонента Евразиатской литосферной плиты), располагающейся в общем севернее Альпийско-Индонезийского подвижного пояса, ни одному из перечисленных вариантов смещений не соответствует. Будем в дальнейшем называть эту (только континентальную) часть названной плиты Северной частью Евразиатского континента (СЕк).

В рамках плейттектонической концепции считается, что Евразиатская плита смещается в восточном направлении [Хаин и др., 2005]. Характер этого смещения на территории СЕк по результатам геодезических GPS-измерений за время от начала GPS-наблюдений по 2004 г. представлен в системе координат ITRF (рис 1). При этом западная часть СЕк смещается в ВСВ направлении, а восточная – в ВЮВ. Движение СЕк (в плане) идет в целом по пологой (выпуклой к северу) и столь плавной дуге, что это не позволяет предположить (на протяжении всех ее с запада на восток ~12000 км) разделение на несколько отдельных частей, блоков, микроплит. Меньше бросается в глаза, что движение СЕк происходит с устойчиво нарастающей в том же восточном направлении скоростью

Территория СЕк в целом крайне неравномерно освещена геодезическими измерениями. Но в южной ее окраине (см. выделение на рис. 1) имеется продольная дугообразная полоса, (от Пиренейского полуострова на западе до Корейского на востоке), в пределах которой станции GPS распределены относительно равномерно и с достаточной плотностью. При этом векторы скоростей смещений этих станций устойчиво ориентированы вдоль упомянутой полосы. Перечисленные обстоятельства дают возможность выявить детально характер изменения скоростей горизонтальных смещений в пределах упомянутой дугообразной полосы.

Чтобы установить это изменение скорости мы привлекли к рассмотрению все имеющиеся на настоящее время табличные данные измерений полного горизонтального вектора скорости смещений GPS-станций и его восточной составляющей, содержащиеся в международной сводке [SOPAC – http://sopac-csrc.ucsd.edu]. Количественные характеристики величин и ориентировок этих векторов по интересующей нас территории сведены в табл. 1.

Таблица 1.  

Кодовые имена, время начала работы, местоположение, кинематические характеристики GPS-станций

Станции Год начала наблюдений* Широта, град Долгота, град Vn,
мм/год
σn,
мм
Ve,
мм/год
σe,
мм
VS,
мм/год
Азимутград
Acor 2000 43.4 –8.4 16.9 0.1 20.8 0.1 26.8 51
Aqui 1999 42.4 13.4 17.3 0.1 21.6 0.1 27.7 51
Artu 2000 56.4 58.6 6.2 0.1 25.3 0.1 26.0 76
Badg 2011 51.8 102.2 –6.8 0.1 26.4 0.1 27.3 104
Bras 2000 44.1 11.1 16.9 0.2 21.2 0.2 27.1 51
Bucu 1999 44.5 26.1 12.3 0.1 23.2 0.1 26.3 62
Bzrg 1998 46.5 11.3 16.1 0.1 19.9 0.1 25.6 51
Cant 2001 43.5 –3.8 17.0 0.1 18.2 0.1 24.9 47
Casc 1998 38.7 –9.4 17.0 0.1 17.9 0.0 24.7 46
Cebr 2008 40.5 –4.4 16.7 0.4 18.5 0.3 24.9 48
Chan 2005 43.8 125.4 –11.6 0.1 26.3 0.1 28.7 114
Cose 1999 39.2 16.3 17.9 0.8 23.4 1.0 29.5 53
Esco 2000 42.7 1.0 16.5 0.1 19.4 0.1 25.5 50
Iavh 1998 34.0 –6.9 16.6 2.2 16.9 2.7 23.7 46
Irkt 1996 52.2 104.3 –6.7 0.1 25.6 0.1 26.5 105
Khaj 2002 48.5 135.0 –12.9 0.1 20.9 0.1 24.6 122
Krtv 2011 50.7 78.6 0.6 1.1 26.6 0.7 26.6 89
Kstu 1998 56.0 92.8 –3.6 0.6 24.9 0.4 25.2 98
Lago 2000 37.1 –8.7 17.5 0.1 17.7 0.1 24.9 45
Lamp 1999 35.5 12.6 18.6 0.1 20.1 0.1 27.4 47
Linz 2001 48.3 14.3 15.4 0.1 20.8 0.1 25.9 53
Lroc 2002 46.2 –1.2 16.5 0.1 18.2 0.1 24.6 48
M0se 2005 41.9 12.5 15.4 0.4 20.4 0.3 25.6 53
Mall 2001 39.6 2.6 16.5 0.1 20.3 0.1 26.2 51
Mdvj 2002 56.0 37.2 11.7 0.1 22.8 0.1 25.6 63
Mobj 2006 55.1 36.6 11.9 0.6 23.1 0.4 26.0 63
Mops 2007 44.6 10.9 19.0 0.3 23.5 0.4 30.2 51
Novm 2007 55.0 82.9 –0.2 0.2 26.3 0.2 26.3 90
Nvsk 2001 54.8 83.2 –1.1 0.2 26.5 0.2 26.5 92
Penc 1996 47.8 19.3 14.6 0.1 22.2 0.0 26.6 57
Polv 2001 49.6 34.5 12.3 0.1 22.4 0.1 25.6 61
Pots 1995 52.4 13.1 15.5 0.1 19.1 0.1 24.6 51
Ptbb 2000 52.3 10.5 15.6 0.1 18.7 0.1 24.4 50
Rove 2006 45.9 11.0 16.4 0.4 20.3 0.3 26.1 51
Shao 1995 31.1 121.2 –13.6 0.1 32.2 0.1 35.0 113
Sulp 2002 49.8 24.0 14.0 0.1 21.6 0.1 25.7 57
Suwn 1998 37.3 127.1 –12.6 0.1 26.8 0.1 29.6 115
Taej 1996 36.4 127.4 –13.1 0.6 28.3 0.6 31.2 115
Trab 2000 41.0 39.8 13.5 0.1 25.5 0.1 28.9 62
Ulab 2001 47.9 107.1 –8.6 0.1 28.7 0.2 30.0 107
Unpg 1998 43.1 12.4 17.2 0.1 21.5 0.1 27.5 51
Untr 2007 42.6 12.7 15.4 0.5 19.9 1.0 25.2 52
Usal 2010 40.3 18.1 18.5 0.2 23.2 0.3 29.7 51
Vale 2001 39.5 –0.3 16.6 0.1 19.6 0.1 25.7 50
Vlns 1999 54.7 25.3 14.7 0.6 21.6 0.6 26.1 56
Xian 1996 34.4 109.2 –11.8 0.7 33.8 0.9 35.8 109
Yebe 2001 40.5 –3.1 16.4 0.0 18.9 0.0 25.0 49
Zeck 1998 43.8 41.6 11.6 0.0 25.5 0.1 28.0 66
Zouf 2003 46.6 13.0 16.2 0.1 21.0 0.1 26.5 52
Zwe2 2005 55.7 36.8 11.6 0.4 22.2 0.5 25.0 62

Примечания: Vn – северная, Ve – восточная компоненты полного горизонтальнрго вектора скорости смещений GPS-станций; Vs – полный горизонтальный вектор скорости смещений GPS-станций; σn, σe – ошибки северной и восточной компонент; азимут – ориентация полного вектора. *  Большинство перечисленных GPS-станций продолжают работать вплоть до настоящего времени.

На основании этих количественных данных построены графики зависимости величин полного вектора скорости смещений (рис. 2а) и его восточного компонента (рис. 2б) от долготы местоположения GPS-станции. На этих графиках четко проявилось практически монотонное (что подтверждает целостность континента) увеличение скоростей смещений в направлении с запада на восток. По этим данным были вычислены соответствующие линии регрессии и их параметры.11

Рис. 2.

Графики увеличения с запада на восток (по данным SOPAC1 за все время GPS-измерений) полных векторов (а) и их восточных компонент (б) скоростей горизонтальных смещений GPS-станций, расположенных на Евразиатском континенте в пределах выделенной на рис. 1 дугообразной полосы R-достоверность апроксимации.

Оказалось, что как полный горизонтальный вектор скоростей GPS-смещений, так и особенно его восточная компонента в рассматриваемой дугообразной полосе возрастают с запада на восток от ~26 до ~30 мм/год и от ~19 до ~29 мм/год соответственно. Это означает, что измеренные восточные смещения станций не могут быть объяснены только простым восточным смещением СЕк. Они однозначно указывают на продольное в направлении с запада на восток увеличение длины этой части литосферной плиты со скоростью ~4–10 мм/год.

Будем пока, до возможного появления противоречащих данных, предполагать, что результаты, полученные по территории дугообразной полосы, могут рассматриваться как представительные для всей территории СЕк, характеризующейся сходным рисунком расположения векторов скоростей смещений GPS-станций.

ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ ВОСТОЧНОГО УДЛИНЕНИИ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРАЗИАТСКОГО КОНТИНЕНТА

Можно предположить не менее пяти причин удлинения рассматриваемой части Евразиатского континента.

1. Причиной удлинения могло бы быть продольное, в направлении запад – восток, реальное горизонтальное растяжение плиты, вызванное, например, откатом на восток зоны перегиба субдуцирующей части смежной Тихоокеанской плиты. Такой механизм можно предположить по аналогии с представлениями, существующими применительно к некоторым районам Средиземноморья [Лобковский и др., 2004; Facenna et al., 2001]. Однако растягивающее усилие, приложенное к восточному краю СЕк, во-первых, должно бы максимально проявиться на этом его краю, а не равномерно на всем его, ~12 тыс. км, протяжении. Во-вторых, такое внешне приложенное растягивающее усилие не может действовать (в плане) по дугообразным направлениям, характерным для рассматриваемой части континента.

2. Ускоряющееся движение и растяжение по дуге можно себе также представить, если предположить, что на некоторой глубине (по-видимому, в астеносфере) располагается дугообразный (в плане), ускоряющийся с З на В поток мантийного материала, вызывающий соответствующее движение и растяжение в вышележащей литосфере. Но объективные признаки существования такого потока на глубине отсутствуют. А на восточной границе СЕк хорошо известно движение в противоположном, с В на З направлении – субдукция тихоокеанской коры/литосферы.

Поэтому предположение о напряженном состоянии продольного растяжения СЕк представляется недостаточно обоснованными. Приходится говорить не о предполагаемом напряженном состоянии растяжения СЕк, а об установленной деформации ее удлинения. Имеются два локальных исключения из этого правила (см. далее), связанные с Байкальским и Верхнерейнским грабенами.

Две возможные внешние причины упомянутого удлинения рассмотрены далее.

3. Причиной увеличения длины СЕк могло бы быть пропорциональное уменьшение ее ширины (ныне не менее ~3–4 тыс. км) вследствие реконструируемого в рамках плейттектонической концепции давления на нее по линии ~юг–север дрейфующих в этом направлении Африканской, Аравийской и Индо-Австралийской литосферных плит. Предполагаемое за счет давления с юга уменьшение ширины СЕк (и упомянутой выше дугообразной полосы в том числе) должно было бы проявиться в том, что векторы скоростей GPS-станций в пределах рассматриваемой территории должны были бы быть систематически направлены под некоторым острым углом к направлению общего продольного по дуге смещения СЕк, указывая тем самым на сближение станций друг с другом, указывая на некоторое их перемещение в направлении вкрест смещения континента в целом. Как можно видеть на рис. 1, векторы скоростей смещений GPS-станций на СЕк в пределах рассматриваемой территории и дугообразной полосы ориентированы, с учетом точности измерений и вполне возможным влиянием местных деформаций, практически параллельно друг другу. Наиболее четко это видно на территории хорошо изученной Западной Европы. Это позволяет сделать вывод об отсутствии предположенного современного уменьшения ширины СЕк (и дугообразной полосы), компенсирующего установленное их удлинение.

4. Северная часть Евразиатского континента (СЕк) могла бы удлиняться (но без напряженного состояния растяжения!), растекаясь, расплющиваясь под действием собственного веса, т.е. под действием вертикального (гравитационного) сжатия. Растекание, движение материала горных пород по горизонтали, в таком случае представляло бы собой явление вторичное, производное от вертикального сжатия. Горизонтальное напряжение сжатия должно было бы быть меньше исходного вертикального. Однако, как показано в работе [Кропоткин, 1973], субгоризонтальное сжатие в земной коре, как правило, больше вертикального (т.е. больше литостатической нагрузки), нередко многократно больше. Следовательно, наблюдаемое течение материала СЕк не может быть вызвано ее собственным весом, не может быть следствием расплющивания, утонения участвующей в процессе удлинения части плиты.

5. На еще одну возможность удлинения СЕк в восточном направлении под действием внешней для нее причины указал один из рецензентов данной статьи.

В рамках плейттектонической концепции распространено представление о вращении литосферных плит вокруг неких центров вращения (полюсов Эйлера). Рассматриваемый здесь вариант интерпретации исходит из представления о том, что увеличение с запада на восток скорости движения в восточном направлении Евроазиатского континента (или его рассматриваемой части – дугообразной полосы) происходит в результате того, что континент и, соответственно, дугообразная полоса находятся в пределах крупной литосферной плиты, вращающейся упомянутым образом. При этом не требует доказательств то, что линейная скорость смещения любого произвольно выбранного пункта в пределах плиты (и дуги) прямо зависит от его расстояния по радиусу R от центра вращения. Чем больше расстояние от центра, тем больше линейная скорость пункта.

Для более ясного дальнейшего изложения можно представить себе описанную выше картину вращения плиты в схематизированном виде. Предположим, что вокруг центра вращения, на последовательно возрастающих расстояниях Rn располагаются узкие кольца, на которые условно разделяются плита и входящие в ее состав элементы тектонической структуры – в том числе Евразия и дугообразная полоса. Получается нечто вроде “колец Сатурна”, если говорить только об их геометрии. Каждое “кольцо” характеризуется своей скоростью вращения, возрастающей от “кольца” к “кольцу” по мере удаления от центра вращения. Скорости линейного смещения любого произвольно выбранного пункта на любом из “колец” остаются постоянными в пределах каждого “кольца”. Векторы скоростей ориентированы параллельно границам “колец”.

Согласно рассматриваемому здесь варианту интерпретации GPS-кинематики Евразии и, в том числе, упомянутой дугообразной полосы, эта последняя располагается на вращающейся плите, на “кольцах Сатурна” таким образом, что ее западное, Пиренейское окончание находится ближе к центру вращения “колец”, чем восточное, корейское окончание. Первое, соответственно, располагается на медленнее движущемся, а второе – на более скоростном “кольце”. Промежуточные части дуги – на промежуточных “кольцах”.

Предполагается, таким образом, что горизонтальные скорости смещения разных пунктов рассматриваемой дугообразной полосы определяются скоростями вращения соответствующих “колец Сатурна”. Пункты в западной части дуги, располагающейся, по условиям задачи, ближе к центру вращения, будут смещаться с наименьшей скоростью. В восточном направлении по дуге, т.е. с удалением от центра вращения, скорости будут последовательно нарастать. Предполагается, что дуга в результате будет удлиняться.

Однако если величина векторов скорости смещений GPS-пунктов рассматриваемой дуги определяется скоростями соответствующих “колец Сатурна”, то, естественно, одновременно таким же способом определяются ориентировки этих же векторов скоростей пунктов дуги. Векторы пунктов самих “колец” ориентированы, как уже упоминалось, вдоль границ “колец”. Поскольку дугообразная полоса пересекает, по условиям задачи, границы “колец” под различными углами, векторы скоростей смещений “колец” и, соответственно, векторы смещений GPS-станций дугообразной полосы должны пересекать под теми же углами границы этой полосы. В результате полоса будет непредсказуемо деформирована и, возможно, даже укорочена.

В действительности, как уже упоминалось (см. рис. 1), векторы возрастающих скоростей смещений GPS-станций рассматриваемой полосы ориентированы практически параллельно ее границам или ее оси. Только в этом случае гарантируется наблюдаемое удлинение дуги. Это отличие картины, рисуемой в рассмотренном варианте интерпретации GPS-кинематики дугообразной полосы от реально существующей картины, позволяет нам и этот вариант интерпретации удлинения рассматриваемой дугообразной полосы считать неприемлемым.

НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОЕ ОБЪЯСНЕНИИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛИНЫ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЕВРАЗИАТСКОГО КОНТИНЕНТА

Таким образом, геодезические измерения выявили значимое современное увеличение длины СЕк и неизменность ее ширины. Тем самым появляется возможность говорить о современном увеличении площади рассматриваемой части Евразиатского континента. Одновременно необходимо помнить, что это увеличение длины и площади не может быть следствием его расплющивания, утонения. Возникающее при этом сочетание перечисленных данных означает, тем самым, предположительное увеличение объема пород рассматриваемой части литосферной плиты.

Это заключение сделано на основе, главным образом, результатов геодезических измерений. Рассмотрены несколько вариантов внешнего (по отношению к элементам тектонической структуры) воздействия на кору/литосферу СЕк: продольное растяжение, поперечные горизонтальное и вертикальное сжатия, определенное положение в пределах вращающейся литосферной плиты. Эти воздействия не могут объяснить существование наблюдаемой картины. Поэтому объяснения этой картины с их помощью представляются неприемлемыми. Вследствие этого приходится обратиться к возможным внутренним источникам тектогенеза. Для этого необходимо дополнительно обратиться к результатам изучения напряженно-деформированного состояния коры/литосферы по механизмам очагов немногочисленных землетрясений региона.

С этой целью мы привлекли результаты изучения напряженно-деформированного состояния коры/литосферы по совокупностям фокальных механизмов землетрясений региона в пределах восьми пространственных прямоугольных выборок со стороной от 100 до 800 км по методике С.Л. Юнги [1990]. Построенные в пределах таких выборок по данным каталога ISC средние фокальные механизмы приведены на рис. 3. Для подавляющего большинства (шесть из восьми) этих средних механизмов характерны горизонтальные, субгоризонтальные напряжения сжатия (укорочения) Р, расположенные веерообразно. Они ориентированы вкрест рассмотренной выше (рис. 1) дугообразной полосы и векторов скоростей смещения станций GPS-измерений. Оси растяжения (удлинения) T направлены вдоль той же полосы и векторов скоростей, но наклонены под различными углами.

Рис. 3.

Расчетные средние фокальные механизмы землетрясений по данным каталога ISC в пределах прямоугольных пространственных выборок (1–8) со стороной ~100–800 км на территории Евразиатского континента. В качестве основы выбрана схема ориентаций максимальных горизонтальных напряжений SHmax как части полной карты 2018 г., опубликованной в работе [Heidbach et al., 2018].

Такую картину можно было бы объяснить уже упоминавшимся реконструируемым в рамках плейттектонической концепции давлением на СЕк по линии ~юг–север дрейфующих в этом направлении Африканской, Аравийской и Индо-Австралийской литосферных плит. В связи с этим предположением отметим, что в настоящее время перечисленные плиты (и южная часть Евразиатского континента) согласованно перемещаются не в северном, а в СВ направлении (см. рис. 1). В результате на западе рассматриваемого региона названная группа плит смещается практически параллельно простиранию западной части выделенной дугообразной полосы и векторам скоростей смещений GPS-станций СЕк, а на востоке – вкрест их же восточных продолжений. Но это различие никак не сказывается на ориентации осей сжатия на территории СЕк (см. рис. 3). Их ориентация соответствует в плане только дугообразному расположению векторов скоростей и, в том числе, дугообразной выделенной полосе. Следовательно, пространственная корреляция между веерообразным положением осей сжатия на территории СЕк и однообразным СВ направлением смещения Африканской, Аравийской и Индо-Австралийской литосферных плит в настоящее время (только в настоящее время?) отсутствует. Это позволяет предположить соответствующее отсутствие генетической связи между ними и, следовательно, отсутствие явных признаков воздействия на СЕк перечисленных плит, смещающихся в северном (СВ) направлении.

С одной стороны, сейсмологические материалы свидетельствуют о существовании на территории СЕк полого и веерообразно ориентированных осей напряжений сжатия (укорочения). С другой – упомянутое параллельное расположение векторов скоростей смещенийGPS-станций показывает, что сокращение, укорочение названной территории в направлении осей сжатия не происходит.

Со сходной и даже еще более странной ситуацией мы столкнулись при изучении геодинамики Таджикской депрессии и Большого Кавказа [Шевченко, 1984; Шевченко и др., 2017]. На их территориях в направлении осей сжатия (установленных по ориентации тектонических дислокаций сжатия – складок, надвигов – и по механизмам очагов землетрясений) геодезические измерения выявили не предполагавшееся плейттектоническое сокращение, укорочение, а увеличение ширины названных подвижных сооружений. Было предложено объяснять это явление увеличением объема (и площади) слоистых горных пород этих сооружений в результате привноса в них глубинными флюидами дополнительного минерального материала и его последующей кристаллизации. Аналогичные сочетания геологических, сейсмологических и геодезических данных можно обнаружить в литературных источниках по территории Пиренеев, Апеннин, Альп, Карпат-Динарид Альпийского подвижного пояса (см. [Шевченко и др., 2017; 2018]).

Опираясь на сходство внешне противоречащих друг другу результатов сейсмологических и геодезических исследований этих подвижных сооружений и СЕк, мы предполагаем, что и механизм возникновения напряженного состояния сжатия слоистых пород в этих случаях сходен. Различие заключается в том, что в Таджикской депрессии и на Большом Кавказе известный нам прирост площади слоистых пород происходит в направлении вкрест простирания тектонической структуры (сооружения становятся шире), а на территории СЕк – по ее простиранию (она удлиняется). Предположительно, (по аналогии с Эгейским сегментом Альпийско-Индонезийского подвижного пояса [Шевченко и др.,2001; 2017]), это связано с тем, что в случае Большого Кавказа и Таджикской депрессии области предполагаемого нами прироста площади (прогибы, синклинории) и области наименьшего сопротивления приросту (поднятия, антиклинории) чередуются в направлении вкрест простирания названных сооружений. А применительно к СЕк, предположительно, область наименьшего сопротивления расширению (Тихоокеанская впадина?) сменяет область расширения (СЕк) по простиранию,в восточном направлении.

Предполагается, что главным результатом увеличения объема слоев, толщ слоистых пород является увеличение их площади [Шевченко и др., 2017]. В большинстве случаев это увеличение, расширение встречает сопротивление рядом расположенных частей тектонической структуры. В результате в породах расширяющихся частей структуры возникает напряженное состояние объемного распора, которое по механизмам очагов землетрясений воспринимается как сжатие.

Поскольку процесс увеличения объема сам по себе есть процесс пространственно изотропный, возникшие оси сжатия (распора) будут ориентированы равномерно во все стороны. Но если в какой-то смежной части земной коры/литосферы оказывается область относительно пониженного напряженного состояния сжатия, материал горных пород, находящихся в состоянии распора, неизбежно начнет перетекать в эту область. В результате в направлении перетекания, исходная величина напряжения распора−сжатия понизится, что на языке сейсмотектоники позволит говорить о возникновении направления пониженного (минимального) сжатия или даже растяжения. А в направлении вкрест перетекания сохранится напряжение распора−сжатия, возникшее при исходном увеличении объема пород. Предлагаемый механизм тектогенеза в результате увеличения объема пород не предполагает существование обстановки реального растяжения, а только минимального сжатия. Как отмечалось выше (см. пп. 1 и 2), предположение о внешнем источнике растяжения (а не удлинения) также встречается в рассматриваемом случае с существенными затруднениями.

Вместе с тем можно видеть картину реального растяжения в продольном к СЕк направлении, если обратиться к зоне Байкальского грабена–Станового хребта (стереограмма-выборка R6 на рис. 3). В этом случае обстановка реального субгоризонтального растяжения (на фоне обстановки регионального сжатия) следует из самого факта существования названного грабена, а также из результатов тектонофизических исследований в Становом хребте [Леви и др., 1997]. Вероятно, сходная обстановка имеет место и в Западной Европе (стереограмма-выборка R1 на рис. 3) в связи, по-видимому, с Верхнерейнским грабеном. Эта ориентация растягивающих напряжений показана соответствующим знаком на стереограммах-выборках R1 и R6 на рис. 3.

Получается, с одной стороны, судя по результатам геодезических измерений площадь и объем пород СЕк в настоящее время увеличиваются. С другой стороны, эта же часть Евразиатского континента как целое находится в напряженном состоянии сжатия. Такое же сочетание аналогичных данных мы уже получили при изучении тектонической структуры и современной геодинамики некоторых подвижных поясов и сооружений. Предложенная в этом случае [Шевченко, 1984; Шевченко и др., 2017; 2018] интерпретация (увеличение объема слоистых пород в результате привноса в них и последующей кристаллизации дополнительного минерального материала) по нашему мнению, наилучшим образом объясняет весь комплекс приведенных выше данных о современной геодинамике СЕк.

ВЫВОДЫ

Известные для территории северной части Евразиатского континента (СЕк) геодезические измерения выявили характерные для всего этого региона горизонтальные смещения GPS-станций с запада на восток, происходящие по пологим, выпуклым к северу дугам.

Установлено, что в пределах южной, наиболее полно изученной окраины СЕк, в пределах дугообразной полосы скорости упомянутых восточных смещений GPS-станций монотонно возрастают с запада на восток, что означает продольное, в этом направлении, увеличение длины рассматриваемой части континента. Скорость удлинения определена в ~4–10 мм/год. Одновременно те же геодезические измерения говорят о неизменности ширины дугообразной полосы, т.е., тем самым, об увеличении ее площади.

По данным совокупностей фокальных механизмов землетрясений в шести из восьми пространственных выборок в пределах СЕк установлена веерообразная, вкрест упомянутых дуг и восточных смещений GPS-станций ориентация осей напряжений максимального субгоризонтального сжатия (укорочения). Это свидетельствует о преобладании напряжений субгоризонтального сжатия в рассматриваемой части земной коры. В направлении продольного удлинения Евразиатского континента ориентированы оси минимального сжатия. В двух случаях зафиксирована обстановка абсолютного растяжения.

Предполагается, что увеличение длины и площади рассмотренной части СЕк, происходящее в земной коре (или литосфере?), находящейся в напряженном состоянии субгоризонтального сжатия, может происходить только за счёт развития в коре/литосфере напряжений распора, обусловленных увеличением объема (и площади) слоистых горных пород в результате привноса в них глубинными флюидами из низов коры/верхов мантии дополнительного минерального материала и его последующей кристаллизации.

Неясными остаются, по крайней мере, два вопроса. Во-первых, перемещается ли СЕк (неотъемлемая часть Евразиатской литосферной плиты) латерально так, как это подразумевается в рамках плейттектонической концепции, но одновременно удлиняется, или видимость восточного перемещения СЕк создается в результате только его удлинения? Во-вторых, свойственно ли такое удлинение всей территории Евразиатского континента, Евразиатской литосферной плиты, другим плитам или это единственное в своем роде явление?

Список литературы

  1. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Моралев В.М. Глобальная тектоника, магматизм и металлогения. 1976. М.: Недра. 231 с.

  2. Кропоткин П.Н. Тектонические напряжения в земной коре по данным непосредственных измерений. Напряженное состояние земной коры. 1973. М.: Наука. С. 21–31.

  3. Кропоткин П.Н. Теория тектоники литосферных плит и геодезические измерения // Природа. 1992. № 7. С. 42–43.

  4. Леви К.Г., Аржанникова А.В., Буддо В.Ю., Кирилов П.Г., Лухнёв А.В., Мирошнеченко А.И., Ружич В.В., Саньков В.А. Современная геодинамика Байкальского рифта // Разведка и охрана недр. 1997. № 1. С. 10–20.

  5. Лобковский Л.И., Никишин А.М., Хаин В.Е. 2004. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. 2004. М.: Научный мир. 612 с.

  6. Новая глобальная тектоника. 1974. М.: МИР. 472 с.

  7. Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов. 2001. М.: Научный мир. 606 с.

  8. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. 2005. М.: изд-во Моск. ун-та. 560 с.

  9. Шевченко В.И. Происхождение структур горизонтального сжатия в складчатом сооружении. 1984. М.: Наука. 160 с.

  10. Шевченко В.И., Добровольский И.П., Лукк А.А. Напряженно-деформированное состояние литосферы эгейского сектора Средиземноморского подвижного пояса // Физика Земли. 2001. № 12. С. 52–63.

  11. Шевченко В.И., Лукк А.А., Гусева Т.В. Автономная и плейттектоническая геодинамики некоторых подвижных поясов и сооружений. 2017. М.: ГЕОС. 612 с.

  12. Шевченко В.И., Гусева Т.В., Добровольский И.П., Крупенникова И.С., Лукк А.А. Автономная (неплейттектоническая) геодинамика Пиренеев // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17. № 1. С. 77–108.

  13. Юнга С.Л. Методы и результаты изучения сейсмотектонических деформаций. 1990. М.: Наука. 191 с.

  14. Cretaux J.-F., Soudarin L., Cazenave A., Bouile F. Present-day tectonic plate motions and crustal deformations from the DORIS space system // J. Geoh. Res. 1998. V. 103. № B12. P. 30176–30181.

  15. Faccenna C., Becker T.W., Lucente F.P., Jolivet Z., Rossetti F. History of subduction and back-arc extension in the Central Mediterranean // Geoph. J. Int. 2001. V. 145. № 3. P. 809–820.

  16. Heflin M., Moore A., Murphy D., Desai S., Bertiger W., Haines B., Kuang D., Sibthorpe A., Sibois A., Ries P., Hemberger D., Dietrich A. GPS Time Series. 2004. http:sideshow.jpl. nasa.gov/mbh/series.html

  17. Heidbach O., Custodio S., Kingdon A., Mariucci M.T., Montone P., Müller B., Pierdominici S., Rajabi M., Reinecker J., Reiter K., Tingay M., Williams J., Ziegler M. Stress Map of the Mediterranean and Central Europe 2016. GFZ. Data Service. 2016. https://doi.org/10.5880/WSM.Europe2016

  18. Heidbach O., Rajabi M., Cui X., Fuchs K., Müller B., Reinecker J., Reiter K., Tingay M., Wenzel F., Xie F., Ziegler M.O., Zoback M.L., M. Zoback M.D. The World Stress Map database release 2016: Crustal stress pattern across scales // Tectonophysics. 2018. V. 744. P. 484–498.

  19. International Seismological Centre (ISC), On-line Bulletin, 2020. Available from: http://www.isc.ac.uk

  20. Larson K.M., Freymueller J.T., Philipsen S. Global plate velocities from Global Positioning System // J. Geoph.Res. 1997. V. 102. № B5. P. 9961–9981.

  21. Rothacher M., Springer T.A., SchaerS., Beutler G., Brockmann E., Wild A., Wiget A., Boucher C., Botton S., Seeger H. Annual report 1996 of the CODE Analysis center of the IGS. International GPS service for geodynamics. 1996 annual report. 1997. P. 201–219.

  22. Sella G.F., Dixon T., Mao A. REVEL: a model for resent plate velocities from space geodesy // J. Geoph.Res. 2002. V. 107. № B4. P. ETG11 1-32.

  23. SOPAC http://sopac-csrc.ucsd.edu

Дополнительные материалы отсутствуют.