Простая схема развития впадины присдвигового растяжения (пулл-апарта)

Морфологическое и масштабное подобие пулл-апартовых бассейнов
(Aydin and Nur, 1982).
А – впадина Ханмер-Спрингс (сдвиговая зона Сан-Андреас),
В – впадина Никсар (Северо-Анатолийская сдвиговая зона,
С – впадина Мертвой Долины (провинция Хребтов и Долин)
Все сдвиги, разумеется, правые

Обстановки образования присдвиговых впадин
Слева - присдвиговые грабены (pull-apart basin), в т.ч. вверху - на свободных изгибах сдвиговой зоны (releasing bend basin); внизу - в зонах кулисного перекрытия сдвигов (step-over basin).
Cправа - присдвиговые рампы (push-down basin).

Пол Манн
Ведущий специалист по геологии окраинно-континентальных и морских присдвиговых бассейнов.

История вопроса

Идеи относительно того, что тектонические впадины могут образоваться как результат функционирования разрывов сдвиговой кинематики, возникли задолго до офор­м­ле­ния концепции плитной тектоники и введения в терминологию наиболее распространенного класса присдвиговых впадин - pull-apart basins. Немецкие исследователи Беккер и Лотце вероятно первыми связали формирование крупных, сложнопостроенных бассейнов с движениями вдоль сдвигов (Becker, 1934, Lotze, 1936). В 1938 году Хесс разработал модель эволюции "тектогена" Малых Антильских островов и желобов Кайман и Анегада, которая заключается в перемещении к востоку блока Карибских островов вдоль крупных субпараллельных сдвигов. Благодаря тому, что простирания сдвигов, связанных с какими-то первичными коровыми неоднородностями, не совпадают с направлением смещения всего рассматриваемого блока и образуют клин, из которого как бы "выезжает" блок Карибских островов, вдоль сдвигов образуются крупные линейные депрессии, соответственно желоб Кайман на западе и желоб Анегада на востоке северной границы региона (Хесс, 1938). Замечательно, что такая модель образования желоба Кайман вполне сохраняет свою актуальность до настоящего времени.
В 50-60 г.г. появилось множество работ, в которых впадины определенного типа рассматривались как cоставной элемент региональных сдвиговых систем. Особенно надо отметить представления Кэри (Carey, 1958) который ввел понятие "ромбоказм" - ромбический грабен, ограниченный с двух сторон сдвигами, а с двух других сбросами, и Квеннелла (Quennell, 1958), связавшего развитие впадин рифта Мертвого Моря с движенимя по граничным сдвигам. В России исследования подобного рода проводились в первую очередь геологами Геологического Института АН СССР ("Разломы и горизонтальные движения земной коры", 1963 и др.).
А.И. Суворов охарактеризовал основные черты строения присдвиговых впадин (главным образом на примере позднепалеозойских структур Казахстана), связав их образование с формированием так называемых динамопар - структур сжатия на фронте сдвигаемых блоков и структур растяжения в их тылу (Суворов, 1963). В.С. Буртман использовал идею присдвигового растяжения для объяснения генезиса юрских депрессий (Леонтьевской и Яркенд-Ферганской) на трассе Тапасо-Ферганского сдвига, назвав их приразломными или надразломными впадинами. Природу этих впадин он объяснил возникновением областей растяжения на сегментах разлома, косых к направлению движений по сдвигу (Буртман, 1964). Фактически, это механизм развития пулл-апартовых бассейнов, который под этим названием несколько позже был введен Берчфилом и Стюартом (Burchfiel, Stewart, 1966) для объяснения развития впадины Долины Смерти в провинции Хребтов и Бассейнов.

"Мы полагаем, - писали эти исследователи, - что центральная часть Долины Смерти связана с растяжением вдоль сегмента сдвига, который имеет слегка косую ориентировку к главному простиранию разлома. Если эта идея является корректной, два борта Долины Смерти были растащены друг от друга (pulled apart) и между ними образовался грабен".

Параллельно, для структур этого типа употреблялись термины тектонические депрессии (Clayton, 1966), сдвиговые грабены (Belt, 1968), ромбочазмы, ромбические грабены (Freund, 1971), свободные сдвиговые изгибы (releasing bends Crowell, 1974). В 70-80 г.г., по мере вовлечения в круг исследований все новых регионов молодой транстенсивной или транспрессивной тектоники, особенно в периокеанических областях, моделирование все новых механизмов образования присдвиговых впадин стало одним из основных мотивов исследований сдвиговой структуры.

Строение и свойства

Фундаментальной особенностью впадин присдвигового растяжения является их морфологическое и структурное подобие - свойство, которое мы называем структурным изоморфизмом (Тевелев, Блюмкин, 1986). Независимо от масштаба пулл-апартов, они представляют собой ромбические или веретенообразные впадины, ограниченные парами разрывных или пластических сдвигов и сбросов (Aydin, Nur, 1982). Между изогнутыми или перекрывающимися разломными сегментами развиваются, благодаря локальному коровому растяжению, депрессии, выраженные или как узкие, ромбовидные бассейны (Crowell, 1974b, Garfuncel, 1981) или как слабо раскрытые S- и Z-образные бассейны (Shubert, 1980, Mann et al., 1983). По размеру эти бассейны могут варьировать от малых ложбин проседания вдоль сдвигов до ромбических бассейнов в 500 км длиной и 100 км шириной, таких как трог Кайман, расположенный между свободно перекрывающимися трансформными разломами Ориенте и Сван вдоль северного края Карибской плиты (Rozenkrantz et al., 1988).
Большие масcивы литературы посвящены геометрии сдвиговых бассейнов, их трехмерной структуре, осадконакоплению в этих бассейнах, их происхождению, эволюции, тектоническим обста­новкам и тепловой истории. Детальные исследова­ния присдвиговых бассейнов показали, что они намного более разнообразны и сложны, чем пред­ставлялось первоначально.

Типичные пулл-апартовые бассейны имеют видимое соотношение сторон 3:1, хотя это соотношение может меняться в широких пределах, в зависимости от того, измеряются ли структурные или морфологические размеры, или размеры только активной впадины. Кроуэлл подразумевал, а Квенелл, также как Фройнд и Гарфункель, предполагали, что сбросы на каждом окончании ромбического бассейна были до растяжения единым разломом, сединявшим параллельные ветви главного сдвига. В такой модели, естественно, длина грабена отражает амплитуду горизонтального смещения, и грабен характеризуется большой глубиной относительно его плановых размеров. Такая модель вполне справедлива для некоторых малых или молодых бассейнов, встроенных в густую сеть сдвигов. Для примера, бассейн Мескит в Империал Велли (Калифорния) имеет длину и ширину всего около 5 км, но заполнен более чем 5 км толщей осадочных пород. Однако другие присдвиговые бассейны, особенно крупные, могут быть построены намного сложнее (Harding et al., 1985).
Сейсмические данные высокого разрешения по заливу Эйлат (северное окончание Красного моря) иллюстрируют некоторые основные структурные особенности пулл-апартов. Там главные рифтовые разломы, имеющие левосдвиговую компоненту, расположены эшелонированно, и между ними расположены три узких меридиональных пулл-апартовых бассейна, разделенных топографически низкими перегородками, в которых, однако, структурный рельеф может превышать 5 км. Осадочное заполнение, состоящее из турбидитов и пелагических осадков, имеет мощность более 7 км в самой глубокой из впадин. Основание бассейна наклонено в восточном направлении, образуя полуграбен, так что мощность слоев асимметрична, увеличиваясь к восточному борту бассейна. Местами впадины отчетливо пережаты в широтном направлении, поскольку слои в них полого смяты в серию крупных антиклиналей, правда сейсмические линии были расположены так, что невозможно проследить, продолжаются или нет складки от одного профиля к другому (Ben-Avraham et.al., 1979). Бен Аврахам и его коллеги пришли к выводу, что складки простираются меридионально, параллельно к главным граничным разломам. Возможно, однако, что они составляют эшелон, связанный с теми же сдвиговыми движениями, которые привели к раскрытию бассейна.

Структурная геометрия осадочного чехла в зоне перекрытия сдвигов зависит от длины перекрытия, от расстояния между сдвигами и глубины заложения главного разлома в фундаменте, и в меньшей степени от того, является ли амплитуда смещений вдоль прерывистых эшелонированных сдвигов постоянной (модель транскуррентных сдвигов) или максимальна в середине и минимальна (до нуля) на концах, как в модели андерсоновского сдвига (Mann et al, 1983, Rodgers, 1980, Segall, Polard, 1980, Hempton, Dunne, 1984).

Принципиальная схема развития пулл-апартовых бассейнов при малом и большом шаге ветвей сдвига (Mann, Hampton, Burke et al., 1983).

(А) в жестких внутриконтинентальных сдвиговых зонах пулл-апарты закладываются на свободных изгибах разлома;
(Б) начальное раскрытие поперек свободных изгибов приводит к образованию веретенообразных впадин, ограниченных и часто пересеченные косыми разрывами, которые соединяют концы сдвигов;
(В) возрастающиее сдвиговое смещение придает впадинам S-образный (в случае левосторонних сдвигов) или Z-образный (для правых сдвигов) облик;
(Г) ромбоидальные пулл-апарты или ромбические грабены получаются при увеличении сдвиговых смещений из удлинения S- и Z-образных впадин; как правило, в их основании развиваются две или более близко круговые депрессии;
(Д) если сдвиговые движения продолжаются более нескольких десятков млн лет, крупные пулл-апарты на границах литосферных плит или микроплит могут вырождаться в узкие длинные троги, подстилаемые океанской корой, первоначально формируемой в коротких ортогональных спрединговых хребтах. Ширина пулл-апартового бассейна по мере развития структуры существенно не возрастает - это фиксированная ширина сдвигового изгиба.

Упомянутое выше низкое отношение длины к ширине пулл-апартов (около 1:3) говорит об их короткой жизни в быстро меняющихся сдвиговых зонах, однако реальные механизмы, прерывающие развитие пулл-апартов именно при таком соотношении их сторон, по настоящему не известны.
Несомненно, что впадины присдвигового растяжения, образованные на изгибах сдвигов и в зонах их кулисного перекрытия, связаны непрерывными переходами. При величине перекрытия, соизмеримой с шагом кулисным сдвигов, сразу образуется ромбическая впадина, которая может быть структурно оформлена как грабен в случае дивергентных сдвигов или как рамп в случае конвергентных сдвигов. Ее дальнейшая эволюция видимо не отличается от развития пулл-апартов, развивающихся на изгибах сдвигов.

Артур Сильвестер
Один из лучших знатоков геологии сдвигов.
Его знаменитый обзор "Сдвиги" (Sylvester, A.G. Strike-slip faults. // Geol. Soc. Amer. Bull. 1988, vol.100, p.1666 - 1703) долгое время являлся лучшим справочником по сдвиговой тектонике

По мнению Сильвестра (Sylvester, 1988), соответственно природе фундамента пулл-апартов, они могут быть расположены между двумя крайними членами. На одном конце расположены настоящие рифты, продолжающиеся на глубину в горячие породы мантии, вроде тех, что ожидаются над океаническими спрединговыми хребтами. В этой обстановке более древние части фундамента, на которые отлагались осадки, могут вообще отсутствовать и быть замещенными более молодыми силлами или дайками вулканических пород. Примером такого рода бассейнов является бассейн Салтон. На другом конце спектра типов пулл-апартовых бассейнов расположены те из них, которые отделены снизу поверхностью детачмента, и они могут быть сгруппированы в два подтипа: (1) отделенные снизу пологой тектонической поверхностью срыва (или слившимися на глубине краевыми сдвигами) и (2) отделенные снизу поверхностью несогласия над более древним фундаментом, при этом сам детачмент находится еще ниже. Интерпретация геофизических данных по южной Калифорнии показала, что большая ее часть расположена над глубинным срывом, по которому могут быть сорваны, растащены и ротированы вышележащие комплексы. Примерами бассейнов, которые ограничены относительно неглубоким детачментом, являются Венский бассейн и бассейн Мертвого Моря