Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2021, № 6, стр. 17-27
ОЦЕНКА НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
И. В. Коробова 1, *, В. М. Макеев 1, **
1 Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)
101000 Москва,
Уланский пер., 13, стр. 2, Россия
* E-mail: irakorv@mail.ru
** E-mail: vmakeev@mail.ru
Поступила в редакцию 09.07.2021
После доработки 29.07.2021
Принята к публикации 10.08.2021
Аннотация
Структурно-геоморфологические исследования проведены во Владимирско-Нижегородском и Московском регионах с целью оценки амплитуд и скоростей суммарных и поэтапных неотектонических движений, определяющих интенсивность геологических процессов. Количественная оценка основана на исследовании разнотипных денудационных поверхностей выравнивания и речных террас, относящихся к эрозионно-аккумулятивным циклам. Фактический материал: сведения о возрасте, генезисе и составе отложений, структурно-геоморфологические разрезы, а также полевые маршрутные наблюдения. Результаты исследований указывают на дифференцированность неотектонических движений по амплитудам и скоростям, обусловленную особенностями геодинамических условий формирования новейших и современных структур. На основе эоплейстоценовой опорной поверхности впервые оценены вертикальные скорости неотектонических деформаций и скорости эрозионных процессов (глубинное врезание) за неоплейстоцен-голоценовое время в Москворецкой геодинамически активной зоне. Установлено, что скорость деформации составляет 0.005 мм/год, а скорость эрозионного врезания в 5 раз выше неотектонической и составляет 0.025 мм/год. Суммарная величина эндогенной и экзогенной составляющих равна 0.03 мм/год. Результаты исследований подтверждают раннее сделанные выводы, что на платформенных территориях незначительная скорость неотектонических движений вызывает интенсивное развитие экзогенных геологических процессов. Активность этих процессов является одной из причин приостановки проектирования и строительства Нижегородской атомной станции.
ВВЕДЕНИЕ
Целью исследований является оценка суммарных амплитуд и поэтапных скоростей неотектонических движений на основе структурно-геоморфологического метода. Исследования были проведены в Московском (долина р. Москва) и Владимирско-Нижегородском (долина р. Ока) регионах в связи с необходимостью обеспечения безопасности территорий, подверженных негативным экзогенным геологическим процессам (карст, суффозия, оползни, подпруживание и т.п.) и интенсивным техногенным нагрузкам.
Московский регион – это городская агломерация, интенсивно расширяющаяся и уплотняющаяся в последнее время [3]. Во Владимирско-Нижегородском регионе планировалось строительство особо важного и технически сложного объекта – Нижегородской АЭС (на данный момент проект строительства “заморожен”), а также ведется проектирование и строительство автомагистралей, трубопроводных систем и др. объектов.
В основу оценки неотектонических движений положена эрозионно-аккумулятивная (тектоно-климатическая) цикличность, которая в рельефе выражена эрозионно-денудационными поверхностями выравнивания и речными цикловыми террасами. В настоящее время известно несколько способов вычисления амплитуды и скорости неотектонических движений.
В работах С.Б. Ершовой и ее коллег на примере Западно-Сибирской плиты приводится методика расчета суммарных (неотектонических) и поэтапных амплитуд скоростей и движений, основанная на оценке возраста и мощности морских отложений, абсолютных отметок уровня палеобассейна и на учете палеогеографических условий [2]. В нашем случае в центральной части Восточно-Европейской платформы морские отложения, как стратиграфически выверенные опорные горизонты, отсутствуют, что влечет за собой ограниченность применения метода.
В работах А.В. Вострякова и др. исследователей амплитуда поднятий вычисляется на основе разности абс. высот современного рельефа и рельефа, образованного к началу новейшего этапа (Pg$_{3}^{3}$–N$_{1}^{2}$) [12]. Величина их расхождения принимается в качестве мощности денудационного среза (смытые породы) или амплитуды поднятия. С нашей точки зрения, такая оценка величины смыва неоднозначна, поскольку на месте предполагаемого среза часто устанавливают наличие покровных отложений с горизонтами почв, датируемых возрастом смытых пород. Это указывает либо на то, что денудационного среза (смыва) не было, либо на неточность в определении возраста почв.
Наиболее продвинутой в этом отношении является методика оценки неотектонических движений С.А. Несмеянова [11]. Преимуществом ее является разработанность на хорошо обнаженных территориях, где ярко выражены формы и типы рельефа вследствие устойчивого и длительного орогенеза. В основу методики положены представления, что амплитуды поднятий условно пропорциональны глубинам врезов, а суммарная амплитуда новейшего поднятия соответствует максимальным абс. отметкам рельефа. Данная методика взята нами за основу расчетов.
МЕТОД РАСЧЕТА АМПЛИТУД И СКОРОСТЕЙ НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ
Строение рельефа определяется закономерно повторяющимися эрозионно-аккумулятивными (тектоно-климатическими) циклами, связанными с неравномерным или непрерывно-прерывистым развитием неотектонических движений и глобальными циклическими изменениями климата [15]. Отражением этой цикличности является отчетливо выраженная ступенчатость водоразделов и склонов и связанная с ней последовательность накопления коррелятных отложений во впадинах. Каждый цикл включает врез, выраженный невысоким склоном, и прилежащую к его подножию поверхность выравнивания – педимент. Врез формируется в период тектонического поднятия территории, а поверхность выравнивания, сопряженная с аккумуляцией, – во время его прекращения. При этом принимается, что глубина вреза равна амплитуде поднятия. Геоморфологическая ступенчатость, образованная в процессе неотектонических движений, является объектом нашей оценки.
Скорость неотектонических движений рассчитывается по формуле:
где V – средние суммарные или постадийные скорости поднятий; A – амплитуда поднятия за этап (глубина вреза плюс высота эрозионного уступа террасы); t – время, отвечающее продолжительности этапа [10, 14].У цикловых террас оценивается относительная глубина вреза и высота уступа над поверхностью террасы, а также продолжительность этапа в относительных значениях. Согласно полевым наблюдениям, в рассматриваемых регионах высота уступа террас в среднем небольшая и составляет 1.5–2.5 м. Глубина вреза и мощность отложений определялась по фондовым и литературным материалам (данные буровых скважин) [1, 12]. У денудационных поверхностей оценивалась абс. высота и продолжительность этапа в абсолютных значениях. На основе полевых исследований установлено, что относительная высота уступа денудационных поверхностей обычно не превышает 20 м. На этих поверхностях и особенно в тыловой их части часто накапливаются делювиальные и лессовые отложения, сглаживающие ступенчатость, что вызывает затруднения при их картографировании. Мощность покровных отложений вычитается при оценке амплитуд и скоростей.
ОЦЕНКА НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ВЛАДИМИРСКО-НИЖЕГОРОДСКОГО РЕГИОНА
В результате проведенных структурно-геоморфологических исследований в регионе выделены денудационные поверхности выравнивания, речные террасы и неотектонические структуры, на основе которых оценены суммарные и поэтапные амплитуды и скорости движений (рис. 1, рис. 2) [1, 6, 12].
Рис. 1.
Структурно-геоморфологический разрез по линии 4–4 (положение профиля см. на рис. 2). 1 – денудационные поверхности и их возраст: 1) ${\text{N}}_{1}^{2}$, 2) ${\text{N}}_{1}^{3}$, 3) N2, 4) E, 5) Q1 и 6) Q2; 2 – скважины и их номер; 3 – предполагаемые стратиграфические границы (сплошные линии – достоверные). Пермские отложения. Нижний отдел: P1as – ассельский и P1s – сакмарский ярус; средний отдел: P2kz1 – нижняя часть казанского яруса, P2kz – казанский ярус, P2ur – уржумский ярус и P2t – татарский ярус. Миоцен, свиты: N1bs – бушуевская и ${\text{N}}_{1}^{3}$gr – горелкинская. Речные террасы: aIII ln-os – первая (ленинградско-осташковский горизонт), afQII mk-kl – вторая (микулинско-калининский горизонт), aQII od-ms – третья (одинцовско-московский горизонт) и aIV – пойма. Отложения: e-dQII-IV – элювиально-делювиальные, lafQI-II – озерные, аллювиальные и флювиогляциальные.
Рис. 2.
Структурно-геоморфологическое и неотектоническое строение Владимирско-Нижегородского региона.
1 – пойма. Террасы: 2 – первая, 3 – вторая, 4 – третья, 5 – четвертая. Денудационные ступени: 6 – шестая, 7 – пятая, 8 – четвертая, 9 – третья, 10 – вторая, 11 – первая, 12 – склоны, 13 – овраги и ложбины. Геодинамически активные зоны: 14 – локальные, 15 – региональные. Карстово-суффозионные формы по данным: 16 – дешифрирования космоснимков, 17 – геологических карт, 18 – участки развития карста, 19 – линеаменты. Границы новейших структур: 20 – поднятий и прогибов второго порядка (бергштрихи направлены в сторону прогиба), 21 – внутридепрессионная седловина между Окско-Муромским (ОМ) и Клязьминско-Волжским (КВ) прогибами; 22 – структуры первого порядка, 23 – участки вероятной активности оползней, 24 – структурно-геоморфологический профиль 4–4. ОЦ – Окско-Цнинский вал, МрС – Муромская ступень, БП – Балахнинский прогиб, ГП – Гороховецкое и ГбП – Горбатовское поднятия. Приволжское поднятие: СжП – Сережинский; ТП – Тешинский; ВР – Ворсменский; БП – Богородский прогибы; МС – Монаковская ступень. Поднятия: ПВ – Павловское. МхП – Мухтоловское и АР – Ардатовское, СП-Степуринское.
Денудационные поверхности выравнивания и речные террасы
В рельефе рассматриваемого региона выделено 6 денудационных поверхностей выравнивания (ступеней) и исследовано 4 речные террасы (см. рис. 1).
Денудационные поверхности:
− Первая среднемиоценовая поверхность (ламкинский цикл, ${\text{N}}_{1}^{2}$) является самой высокой из всех и наиболее древней. Фрагменты этой поверхности сохранились на водоразделах с абс. отметками 200–220 м.
− Вторая позднемиоценовая поверхность (горелковско-бушуевский цикл, ${\text{N}}_{1}^{3}$) врезана в первую. Абс. отметки поверхности 180–200 м.
− Третья плиоценовая поверхность (челнинско-чистопольский цикл, N2), соответственно, врезана во вторую. Поверхность находится на абс. отметках 160–180 м.
− Четвертая эоплейстоценовая поверхность (Е) развита на абс. отм. 140–160 м. Ее образование связано с петропавловско-покровским циклом, вершиной развития которого является донское ледниковье.
− Пятая поверхность образовалась во вторую половину раннего неоплейстоцена (мучкапско-окский цикл, Q1 mč–ok), находится на абс. отметках 120–140 м. Формирование цикла завершилось окским оледенением.
− Шестая поверхность сформировалась в первую половину среднего неоплейстоцена (калужско-московский цикл, Q2 kž–ms), расположена на абс. отметках 100–120 м и корреллируется с четвертой надпойменной террасой (115–117 м).
− Четвертая терраса (калужско-московский горизонт, а4II kž–ms) сложена аллювием, представленным песками с линзами и прослоями суглинков мощностью до 26 м. Абс. отметки поверхности 110–120 м.
− Третья терраса (одинцовско-московский горизонт, a3II od-ms) представлена песками и суглинками мощностью до 23 м. Абс. отметки поверхности 100–110 м.
− Вторая терраса (микулинско-калининский горизонт, af 2III mk–kl) выполнена песками иногда с гравием, суглинками и глинами мощностью до 25 м. Абс. отметки поверхности террасы 90–100 м.
− Первая терраса (ленинградско-осташковский, a1III ln–os) сложена аллювием, представленным песками (в основании с гравием), суглинками и глинами мощностью до 23 м. Абс. отметки поверхности террасы 80–90 м.
− Пойма (aIV) сложена преимущественно песками в основании с гравием, в приповерхностной части – суглинками, глинами и торфом общей мощностью до 26 м. Абс. отметки поверхности –70 м.
Неотектонические структуры
Владимирско-Нижегородский регион включает неотектонические структуры первого и второго порядка, геодинамически активные зоны (ГдАЗ) и линеаменты (см. рис. 2) [6]. Структурами первого порядка (главными) являются Приволжское поднятие (северо-западная часть), Окско-Муромский прогиб СВ-ЮЗ простирания и Клязьминско-Волжский субширотный прогиб. Структуры второго порядка (локальные) осложняют главные. На границах разнопорядковых структур вследствие их разнонаправленного развития выделены геодинамически активные зоны (ГдАЗ), которые относятся к зонам повышенной трещиноватости и проницаемости. Карстово-суффозионные формы, интенсивно развитые в регионе, приурочены к тектоническим нарушениям (ГдАЗ и линеаментам) и тяготеют к ложбинам, врезам рек, оврагам и тыловым швам террас. Очевидно, что тектонические и эрозионные зоны нарушают защитные функции четвертичных моренных суглинков и пермских глин уржумского яруса, перекрывающих сульфатно-карбонатные отложения, что приводит к повышенному выщелачиванию последних. Это особенно ярко выражено на участках, где к земной поверхности максимально приближена поверхность сульфатно-карбонатных пород (см. Мухтоловское поднятие и др.).
Согласно структурно-геодинамическим исследованиям, в регионе неотектонические напряжения являются разнотипными по ориентации и стресс-режиму (сжатие/растяжение) [6, 8]. Под влиянием этих напряжений развиваются изгибные структуры, которые имеют разные формы и простирание. В северо-западной части Приволжской возвышенности в условиях субмеридионального сжатия образуются субширотные поднятия и прогибы. В северо-восточной части Окско-Донского прогиба под воздействием напряжений субширотного растяжения формируются субмеридиональные структуры (Окско-Цнинский вал и др.). Региональные поля напряжений пересекаются и образуют косую геодинамически активную зону северо-восточного простирания, которую наследует Окско-Муромский прогиб северо-восточного простирания, включая долину р. Ока (см. рис. 2). Очевидно, что интерференция разнотипных напряжений и деформаций вызывает развитие зон повышенной трещиноватости и водно-флюидной проницаемости в палеозойских породах, в том числе и в ближней зоне Нижегородской АЭС, что подтверждается дешифрированием линеаментов.
Суммарные и поэтапные амплитуды и скорости движений
Во Владимирско-Нижегородском регионе на основе высот денудационных поверхностей выравнивания, глубин врезов речных террас, заполненных аллювиальными отложениями и их возраста оценены суммарные и поэтапные амплитуды и скорости неотектонических движений (табл. 1).
Таблица 1.
Оценка неотектонических движений Владимирско-Нижегородского региона
| Эрозионно-аккумулятивные циклы и их возраст | Продол-житель-ность, млн лет | Мощность аллювия, м | Абс. отм., м | Ампли-туда подня-тия, м | Скорость движения, мм/год |
|---|---|---|---|---|---|
| Речные террасы | |||||
| Пойма, aIV | 0.011 | 13.6 | 70 | 16.6 | 1.56 |
| Первая терраса, a1III ln-os | 0.046 | 12.8 | 80–90 | 14.8 | 0.32 |
| Вторая терраса, af2III mk-kl | 0.07 | 4.3 | 90–100 | 6.3 | 0.90 |
| Третья терраса, a3II od-ms | 0.115 | 10.8 | 100–110 | 12.8 | 0.11 |
| Четвертая терраса, а4II kž-ms | 0.185 | 12.9 | 110–120 | 14.9 | 0.08 |
| Денудационные поверхности выравнивания (ступени) | |||||
| Калужско-московский цикл, Q2 (шестая ступень) | 0.126 | 100–120 | 110 | 0.87* | |
| Мучкапско-окский цикл, Q1 (пятая ступень) | 0.781 | 120–140 | 130 | 0.17 | |
| Петропавловско-покровский цикл, E (четвертая ступень) | 1.8 | 140–160 | 150 | 0.08 | |
| Челнинско-чистопольский цикл, N2 (третья ступень) | 3.6 | 160–180 | 170 | 0.05 | |
| Горелковско-бушуевский цикл, ${\text{N}}_{1}^{3}$ (вторая ступень) | 5.33 | 180–200 | 190 | 0.04 | |
| Ламкинский цикл, ${\text{N}}_{1}^{2}$ (первая ступень) | 7.246 | 200–220 | 210 | 0.03 | |
Согласно строению террас, самые высокие поэтапные скорости движений относятся к второй половине среднего неоплейстоцена (см. третья терраса) 0.11 мм/год, первой половине позднего неоплейстоцена (см. вторая терраса) 0.9 мм/год и голоцену 1.56 мм/год. Высокие скорости можно связать с двумя факторами, действующими одновременно, но независимыми друг от друга: 1) деградацией московского ледникового покрова, которая привела к релаксации упругих напряжений сжатия, и 2) неотектоническими напряжениями, действующими на их фоне. Интерференция упругих и неотектонических напряжений, возможно, является причиной увеличения скорости движений.
Согласно деформациям самой древней денудационной поверхности (первая ступень), суммарная неотектоническая амплитуда поднятия за среднемиоцен-четвертичное время составляет 220 м, а скорость движения – 0.03 мм/год. Наибольшие скорости поэтапных движений относятся к раннечетвертичному времени 0.17 мм/год (пятая ступень) и среднечетвертичному времени 0.87 мм/год (шестая ступень). Но эти скорости, несмотря на их относительно повышенные значения, в 2 и более раза меньше максимальных позднечетвертичных, особенно по сравнению с голоценом – 1.56 мм/год.
Следует заметить, что оценка неотектонических движений, основанная на строении террас и денудационных поверхностей, является приблизительной. Причин этому несколько. Глубина циклового вреза террасы аппроксимировалась с амплитудой поднятия, но при этом не учитывалось влияние экзогенного фактора – цикличности климата. Повышенная обводненность русла может привести к интенсивному врезанию за относительно малое время. Особенно это характерно для голоценовой поймы, формирование которой происходит всего за 0.011 млн лет. Не последнюю роль здесь играет различие в способах оценки движений по террасам и денудационным ступеням, рассмотренных выше. По сравнению с террасами, у которых возраст врезания исчисляется десятками тысяч лет, оценка скорости движений по денудационным ступеням составляет от несколько сот тысяч лет до 7 и более млн лет. При этом амплитуда вреза, к которому развивается поверхность, часто не превышает 20 м.
ОЦЕНКА НЕОТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ В МОСКОВСКОМ РЕГИОНЕ
В Московском регионе исследованы денудационные поверхности выравнивания, речные террасы и неотектонические структуры с целью определения суммарных и поэтапных амплитуд и скоростей движений, включая оценку эндогенных и экзогенных геологических процессов в Москворецкой геодинамически активной зоне.
Денудационные поверхности выравнивания и речные террасы
В рассматриваемом регионе выделено пять эрозионно-денудационных поверхностей выравнивания и три эрозионно-аккумулятивных террасы (рис. 3, табл. 2) [4, 5, 7, 17].
Рис. 3.
Структурно-геоморфологический профиль Московского региона (положение профиля см. на рис. 4). 1 – кровля верейского горизонта среднего карбона (репер для оценки позднепалеозойских структур). Эрозионные границы по: 2 – каменноугольным отложениям, 3 – келловей-оксфордским глинам и 4 – мезозойским отложениям. 5 – рельеф земной поверхности. Поверхности денудационного выравнивания (ступени): 6 – миоцен-раннеплиоценовая, ${{{\text{N}}}_{1}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{N}}_{2}^{1}$; 7 – позднеплиоценовая, ${\text{N}}_{2}^{2}$; 8 – эоплейстоценовая, E (репер для оценки четвертичных деформаций); 9 – ранненеоплейстоценовая, ${\text{Q}}_{1}^{1}$; 10 – ранне- и средненеоплейстоценовая, ${\text{Q}}_{1}^{2}$.
Таблица 2.
Оценка неотектонических движений в Московском регионе
| Эрозионно-аккумулятивные циклы и их возраст | Продол-житель-ность (млн лет) | Мощность аллювия, м | Абс. от-метки, м | Относит. превы-шение, м | Амплитуда поднятия, м | Скорость движения, мм/год |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Речные террасы | ||||||
| Пойма, аIV | 0.011 | 15–16 | 115–125 | 4–6 (8)* | 15.5 | 1.41 |
| Первая серебряноборская терраса, а1III sb | 0.046 | 10–12 | 126–130 | 8–14 | 13.0 | 0.29 |
| Вторая мневниковская терраса, а2III mn | 0.07 | 10–12 | 136–141 | 25–28 (20) | 12.7 | 0.17 |
| 10–11 | ||||||
| Третья ходынская терраса, а3II hd | 0.115 | 6–7 м | 156–174 | 20–35 | 8.5 | 0.07 |
| Денудационные поверхности выравнивания (ступени) | ||||||
| Пятая преддонская ступень, ${\text{Q}}_{1}^{2}$ | 0.528 | 100–130 | 115 | 0.22 | ||
| Четвертая предсетуньская ступень, ${\text{Q}}_{1}^{1}$ | 0.760 | 140–158 | 149 | 0.19 | ||
| Третья эоплейстоценовая ступень, E | 1.8 | 150–180 | 165 | 0.09 | ||
| Вторая поздне-плиоценовая ступень, ${\text{N}}_{2}^{2}$ | 3.6 | 200–220 | 210 | 0.06 | ||
| Первая миоцен-раннеплиоценовая ступень, ${{{\text{N}}}_{1}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{N}}_{2}^{1}$ | 5.33 | 238–242 | 240 | 0.04 | ||
Денудационные поверхности выравнивания:
− Первая миоцен-раннеплиоценовая поверхность (мэотис-понтический цикл, N1–${\text{N}}_{2}^{1}$) сохранилась на самых высоких водоразделах Теплостанского и Клинско-Дмитровского поднятий на абс. отметках 238–242 м.
− Вторая позднеплиоценовая поверхность (киммерийско-акчагыльский цикл, ${\text{N}}_{2}^{2}$) распространена немного шире на Теплостанском, Кунцевском и Клинско-Дмитровском поднятиях на абс. отметках 200–220 м.
− Третья эоплейстоценовая поверхность (E) широко развита на абс. отметках 150–180 м. Когда-то единая поверхность уверенно восстанавливается на всех геолого-геоморфологических разрезах, что позволило отнести ее к опорной.
− Четвертая ранненеоплейстоценовая поверхность (${\text{Q}}_{1}^{1}$) распространена на абс. отметках 140–158 м. Ее формирование предшествовало сетуньскому оледенению, что позволило связать ступень с татаровской палеодолиной (педимент).
− Пятая поздненеоплейстоценовая поверхность (${\text{Q}}_{1}^{2}$) развита на абс. отметках 100–130 м. Она наклонена в сторону хорошевской палеодолины, выполненной разновозрастными отложениями, в том числе относящимися ко времени предшествующему донскому оледенению.
Речные террасы [7]:
− Третья ходынская терраса (а3QII hd) является аллювиально-флювиогляциальной, сложена разнозернистыми песками с небольшим количеством гравия и гальки мощностью 6–7 м. Абс. отметки поверхности террасы от 156 до 174 м.
− Вторая мневниковская терраса (а2QIII mn) сложена гравием, галькой, среднезернистыми песками и суглинками. Терраса двухуровенная, мощность ее аллювия составляет 10–12 м и 10–11 м. Абс. отметки поверхности террасы от 136 до 141 м.
− Первая серебряноборская терраса (а1QIII sb), отложения представлены мелко- и среднезернистыми песками с гравием и галькой, суглинками и супесями мощностью 10–12 м. Абс. отметки поверхности террасы 126–130 м.
− Пойма (aIV) сложена гравийно-галечными, разнозернистыми песками с прослоями суглинков мощностью от 14 (4) м до 16 м. Абс. отметки поверхности от 115 до 125 м.
Неотектонические структуры
Московский регион включает Кунцевское, Теплостанское (Наро-Фоминское) и Клинско-Дмитровское (южное крыло) поднятия и Центральный (Подмосковный) пологий прогиб (рис. 4) [7, 16]. Все перечисленные структуры начиная с понтического времени (N1–${\text{N}}_{2}^{1}$) и поныне (голоцен) устойчиво и длительно развивающиеся. Некоторым исключением является Центральный прогиб, в котором в качестве инверсионных выделены Центрально-Московское, Лосиноостровское и др. поднятия. Несогласное сочленение Центрального прогиба с поднятиями позволило выделить отрицательную Москворецкую и флексурную Лихоборскую ГдАЗ, характеризующиеся сквозным секущим строением [9, 17].
Рис. 4.
Неотектоническое строение Московского региона согласно деформациям эоплейстоценовой поверхности выравнивания. 1 – изогипсы эоплейтоценовой поверхности, 2 – границы неотектонических структур (бергштрихи направлены в сторону прогибаний), 3 – структурно-геоморфологический профиль по линии I–I (см. на рис. 3), 4 – Московская кольцевая дорога (МКАД). Шкала – абс. высоты, м: 1 – 100–120, 2 – 120–140, 3 – 140–160, 4 160–180, 5 –180–200, 6 – >200. Геодинамически активные зоны (ГдАЗ): М – Москворецкая, Л – Лихоборская. Т – Теплостанское поднятие, ОБ – Орехово-Борисовское поднятие, К – Кунцевское поднятие, ЦМ – Центрально-Московский прогиб, РЯ – Рублевско-Верхнеяузский прогиб, ЛИ – Лосиноостровско-Измайловское поднятие, Я – Яузский прогиб. Буква в скобках – эоплейстоценовый возраст структур (Е).
Из двух ГдАЗ наибольший интерес представляет Москворецкая, поскольку занимает центральное положение в мегаполисе – ее наследует долина р. Москва. Геометрические размеры зоны: ширина около 3 км, длина более 100 км. ГдАЗ простирается далеко за пределы рассматриваемого региона в юго-восточном направлении. На северо-западе на пересечении с Лихоборской ГдАЗ ее развитие обрывается. Согласно деформациям эоплейстоценовой опорной поверхности, возрасту палеодолин и террас, заложившихся в пределах зоны, ГдАЗ рассматривается как эоплейстоцен-голоценовая. Ее образование связывается с региональными напряжениями латерального сжатия и растяжения, наводимыми соответственно с юга со стороны Наро-Фоминского поднятия и с восток-юго-востока со стороны Окско-Донского активного прогиба [7, 16, 17]. В этой связи ГдАЗ рассматривается как сбросо-сдвиговая.
Москворецкая ГдАЗ интенсивно изменяет геологическую среду Московского городского мегаполиса по напряженному состоянию и деформациям, что вызывает активизацию опасных экзогенных геологических процессов (воронки, провалы, суффозия, оползни, подпруживание и др. процессы) и образование ореолов вторичного химического загрязнения. С этой точки зрения ГдАЗ является потенциально геоэкологически значимой и требует к себе повышенного внимания и оценки [13].
Суммарные и поэтапные амплитуды и скорости движений
В Московском регионе суммарные и поэтапные амплитуды и скорости неотектонических движений впервые оценены на основе возраста и отложений эрозионно-аккумулятивных циклов, а также высотного положения денудационных поверхностей выравнивания (табл. 2).
Судя по положению самой высокой миоцен-раннеплиоценовой поверхности, общая амплитуда поднятий за неотектонический этап (суммарная) составляет 240 м, а скорость движения 0.04 мм/год. Постадийные скорости движений, оцененные на основе цикличности, дважды увеличивались в периоды: 1) с миоцен-раннеплиоценового (понтического) времени (N1–${\text{N}}_{2}^{1}$) и до преддонского времени включительно (${\text{Q}}_{1}^{2}$) с 0.04 до 0.22 мм/год, и 2) с ходынского времени до голоцена включительно с 0.07 до 1.41 мм/год. В голоценовое время отмечается максимальная активность неотектонических движений.
Относительно резкое и кратковременное замедление скорости поднятия территории с 0.22 (${\text{Q}}_{1}^{2}$) до 0.07 мм/год (а3II hd) приходится на время московского оледенения и формирования аллювиально-флювиогляциальной террасы. Уменьшение скорости, возможно, обусловлено противодействием гравитационного давления ледника неотектоническому поднятию территории. Установлено, что мощность ледниковой “шапки” только на Теплостанском поднятии доходила до 3 км [5], что не могло не сказаться на снижении скорости. Как правило, снятие ледниковой нагрузки вызывает релаксацию упругих напряжений и поднятие (“всплывание”) территории с увеличением скорости с 0.07 (а3II hd) до 1.41 мм/год (аIV). Поднятие территории происходило на фоне неотектонических дифференцированных движений с образованием прогибов (Центральный и др.) и поднятий: Теплостанского, Клинско-Дмитровского и др. На границах движений с разным знаком формировались Москворецкая и Лихоборская ГдАЗ (см. рис. 4). Повышенные напряжения и деформации в этих зонах вызывают активизацию интенсивных экзогенных процессов: оползневых, суффозионно-карстовых и др.
Оценка эндогенных и экзогенных процессов в Москворецкой геодинамически активной зоне
Москворецкая зона (ГдАЗ), локализованная в сопряжении Теплостанского поднятия и Центрального (Подмосковного) прогиба, в районе Воробьевых гор рельефно выражена деформацией опорной эоплейстоценовой поверхности, которая наследуется эрозионным уступом Лужницкого меандра. Возраст деформации в абс. значениях составляет 1 800 тыс. лет (см. рис. 4). Строение ГдАЗ позволило количественно оценить эндогенные и экзогенные процессы, произошедшие в ней за эоплейстоцен-голоценовое время.
В районе Воробьевых гор в исследуемой зоне бровка эоплейстоценовой поверхности находится на абс. отметках 160 м, а в районе Лужницкого меандра Москвы-реки – на абс. отметках 150 м. Разница по высоте составляет 10 м, которую можно рассматривать как величину вертикальной амплитуды за 1800 тыс. лет. Кратчайшее расстояние между изолиниями этих абс. отметок – 3000 м. Поделив амплитуду на расстояние (база), получим, что уклон эоплейстоценовой поверхности в зоне составил ~0.003. Деформация, выраженная уклоном денудационной поверхности выравнивания, наследует более древнюю деформацию похожего типа, выраженную по кровле девонских отложений, уклон которой – 0.0037 [7]. Несмотря на их разновозрастность, эти две величины, оцененные разными исследователями, являются практически сопоставимыми, что может указывать на достоверность их оценки. В свою очередь, девонская деформация приурочена к северному уступу Московского рифейского авлакогена, уклон которого составляет максимальную величину 0.1. Увеличение вниз по разрезу величин разновозрастных уклонов указывает на их глубинное тектоническое происхождение.
В этом аспекте можно оценить скорость вертикальных движений в Москворецкой ГдАЗ. С учетом амплитуды (10 м) и эоплейстоценового времени ее формирования (1 800 тыс. лет) скорость составляет 0.005 мм/год. По сравнению с одновозрастной поверхностью, скорость неотектонических движений которой для региона в целом оценена как 0.09 мм/год (см. табл. 2), в Москворецкой ГдАЗ на базе 3000 м она меньше почти на порядок. Причиной этого является различие в подходах к оценке скоростей движений. Возможно, что скорость, оцененная только по величине вертикальной деформации (амплитуды поднятия) эоплейстоценовой поверхности без учета эрозионной составляющей, более реалистична.
Активная зона довольно длительно и устойчиво наследуется врезом р. Москва, включая ее палеодолины. Это позволило оценить величину скорости ее глубинного врезания за неоплейстоцен-голоценовое время в границах зоны. Глубина вреза р. Москвы (тальвега) в коренные каменноугольные отложения относительно высоты бровки эоплейстоценовой поверхности составляет 45.5 м, а скорость с учетом времени – 0.025 мм/год. Таким образом, в Москворецкой ГдАЗ скорость эрозионного врезания в тот же временной этап в 5 раз выше по сравнению со скоростью неотектонической деформации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во Владимирско-Нижегородском и Московском регионах исследована эрозионно-аккумулятивная цикличность, выраженная в рельефе разновозрастными и разнородными геоморфологическими ступенями: денудационными поверхностями выравнивания и речными террасами. Разнотипная цикличность формировалась под влиянием прерывистых неотектонических движений и планетарной изменчивости климата. Поэтапная количественная оценка этих движений указывает на дифференцированность амплитуд и скоростей, обусловленную особенностями геодинамических условий формирования неотектонических структур.
В регионах средняя амплитуда поднятий за новейшее время составляет около 220 м, скорость поднятия 0.035 мм/год. Из поэтапных скоростей относительно высокие скорости движений отмечаются во второй половине среднего неоплейстоцена – 0.9 мм/год (Владимирско-Нижегородский регион), а самые большие в голоцене – 1.41 и 1.56 мм/год. Снижение скоростей почти на порядок характерно для первой половины среднего неоплейстоцена – 0.07 и 0.08 мм/год. Одна из причин их изменчивости – цикличность ледниковых и межледниковых эпох, происходящая на фоне неотектонических напряжений. Ледниковая гравитационная нагрузка на рельеф может вызвать снижение скоростей поднятия территории, а ее снятие в ходе деградации ледника – их увеличение.
В Москворецкой ГдАЗ впервые оценена скорость неотектонических (эоплейстоценовых) деформаций, которая составляет 0.005 мм/год. Оценка скорости врезания (экзогенного фактора) показала превышение ее над неотектонической в 5 раз – 0.025 мм/год. Увеличенная скорость эрозионных процессов подтверждает раннее сделанные выводы, что на платформенных территориях относительно небольшие величины неотектонических движений могут вызывать интенсивные экзогенные геологические процессы, в том числе опасного ряда.
Площадка Нижегородской АЭС находится на пятой ранненеоплейстоценовой ступени, которая формировалась в мучкапско-окский эрозионно-аккумулятивный цикл. Скорость движений для этого цикла составляет 0.17 мм/год, а с поправкой на эрозионную составляющую 0.03 мм/год. К голоценовому времени она увеличилась на порядок и оценивается 1.56 мм/год. Резкое возрастание скорости движений привело к интенсивному развитию экзогенных процессов, в частности, суффозионно-карстовых, что явилось одной из причин приостановки строительства АЭС и проведения дополнительных более углубленных исследований.
Список литературы
Геологическая карта м-ба 1:200 000. Изд. 2-е. Серия Средневолжская. Лист O-38-XXXII. Объяснит. записка. Сост-ли: Поздняков Л.Н., Клинк Б.Е., Купрюшина Н.И. / Ред. Б.А. Гантов. М.: Московский филиал ФГБУ “ВСЕГЕИ”, 2018. 102 с.
Ершова С.Б. Анализ новейших движений при инженерно-геологическом районировании (на примере Западно-Сибирской плиты). М.: Изд-во МГУ, 1976. 142 с.
Инженерные изыскания для строительства: практика и опыт Мосгоргеотреста / Под ред. А. В. Антипова, В.И. Осипова. М.: ООО Изд-во “Проспект”, 2012, 352 с.
Карта поверхностей выравнивания и кор выветривания СССР. М.: ГУГК СССР. 1972.
Кожевников А.В., Кожевникова В.Н., Рыбакова Н.О. Стратиграфия подмосковного плейстоцена // Бюл. МОИП. 1979. Т. 54. В. 2. С. 103–127.
Коробова И.В. Структурно-геоморфологическая зональность Владимирско-Нижегородского региона и ее геоэкологическое значение // Вестник Пермского университета. Сер. геология. 2021. Т. 20. № 1. С. 63–74.
Макаров В.И., Бабак В.И., Федонкина И.Н. Новейшая тектоническая структура и рельеф. Москва: геология и город. М.: АО “Московские учебники и Картолитография”. 1997. С. 86–105.
Макарова Н.В., Макеев В.М., Дорожко А.Л., Коробова И.В. Геодинамические системы и геодинамически активные зоны Восточно-Европейской платформы // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2016. Т. 91. Вып. 4–5. С. 9–26.
Макеев В.М., Макарова Н.В., Леденев В.Н., Дорожко А.Л. и др. Основы концепции геодинамической безопасности экологически опасных сооружений // Геоэкология. 2015. № 2. С. 99–110.
Международная хроностратиграфическая шкала ISC IUGS. Международная стратиграфическая комиссия. 2020b. URL: https://stratigraphy.org/ICSchart/QuaternaryChart1.jpg
Несмеянов С.А. Оротектонический метод. М.: ООО “Миттель-Пресс” 2017. 376 с.
Новейшие отложения, рельеф и неотектоника северной части Приволжской возвышенности / Ред. В.М. Седайкин. Саратов: СГУ. 1985. 207 с.
Осипов В.И., Кутепов В.М., Макаров В.И. Геологические условия градостроительного развития г. Москвы // Уникальные и специальные технологии в строительстве. 2006. № 1 (4). С. 10–22.
Стратиграфический кодекс России (МСК – международный стратиграфический кодекс). Издание третье. испр. и доп. СПб.: ВСЕГЕИ, 2019. 96 с.
Хаин В.Е. О непрерывно-прерывистом типе тектонических процессов // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1950. № 6. С. 13–21.
Dorozhko A.L., Makeev V.M. Large-scale Structural and Geodynamic Mapping of Platform Territories on the Example of Moscow // J. of Earth Science and Engineering. 2013. № 3. P. 527–539.
Grigor’eva S.V., Makarov V.I. Large-Scale Mapping of Neotectonics of Platform Territories: Case Study of Moscow // Water Resources. 2011. V. 38. № 7. P. 902–915.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология
Пн.-пт.: 10.00-19.00