Тектоническое погружение предкавказских краевых прогибов в кайнозое

Введение.

Актуальность темы. Предкавказье - хорошо изученный регион с большими разведанными и прогнозными запасами полезных ископаемых, главным образом нефти и газа. Поэтому сведения о закономерностях геологического развития этой территории имеют большое теоретическое и практическое значение. Несмотря на многолетнюю историю геологического освоения территории Предкавказья, проблема механизма образования Предкавказских краевых прогибов до сих пор остается актуальной.

Принято считать, что формирование краевых прогибов обусловлено нагрузкой горного сооружения на край платформы. Действительно, в большинстве "классических" краевых прогибов - Предуральском, Предаппалачском, Предальпийском, Предкарпатском - имеет место общая вергентность складчатого горного сооружения в сторону платформы. Однако Большой Кавказ (БК) характеризуется южной вергентностью, а надвигание в северном направлении было небольшим. Таким образом, Предкавказские краевые прогибы необычны тем, что занимают "тыловое", а не "передовое" положение в общей структуре Кавказского сектора Альпийского пояса. Кроме того, если бы погружение края Скифской плиты было вызвано нагрузкой орогена, то наиболее глубокий прогиб сформировался бы рядом с самой высокой частью БК, но, в действительности, наиболее глубокая часть Индоло-Кубанского краевого прогиба соседствует с областью периклинального погружения складчатых структур БК и Горного Крыма. Поэтому необходимо детальное изучение тектонической компоненты погружения Предкавказья, непосредственно связанной с механизмом погружения.

Цель работы - реконструкция истории погружения Предкавказских краевых прогибов во время коллизионного этапа развития Альпийского пояса с выделением тектонической компоненты погружения backstripping-методом и выявление связи между событиями региональными (в масштабе Кавказского сектора пояса) и локальными (в масштабе структурных элементов Скифской плиты).

Задачи работы. Общей задачей работы было исследование влияния региональных геодинамических процессов, происходивших в Кавказском секторе Альпийского пояса в течение коллизионного этапа, на тектоническое развитие Предкавказских краевых прогибов.

Было необходимо провести сравнительный анализ геологического строения Западно-Кубанского и Терско-Каспийского краевых прогибов, их истории формирования на альпийском этапе с целью выявления общих для них и индивидуальных закономерностей геологического развития, связи между региональными и локальными событиями во время коллизии в Кавказском секторе Альпийского пояса.

Для этого решались следующие частные задачи:

- сбор фактического материала (геологических разрезов, характеризующих разные тектонические элементы рассматриваемой территории),

- создание компьютерной программы для выполнения backstripping-анализа,

- сбор сведений об изменении пористости и плотности горных пород с глубиной для территории Предкавказья (для учета уплотнения в backstripping-процедуре),

- оцифровка геологических разрезов для математической обработки по методике backstripping-анализа,

- построение и анализ кривых погружения для Предкавказских краевых прогибов и смежных участков Скифской плиты,

- пространственно-временной анализ распределения скоростей тектонического погружения для изучаемой территории;

- сопоставление событий истории тектонического погружения Предкавказских прогибов с событиями геодинамической истории Кавказского сектора Альпийского пояса в мезозойское и, особенно, кайнозойское время.

Фактический материал. Исходным фактическим материалом для анализа тектонического погружения послужили 159 геологических разрезов, характеризующих различные тектонические элементы Предкавказья: 107 типовых нормальных разрезов скважин, 2 описания естественных обнажений в пределах Северного склона БК и 50 разрезов, сконструированных по картам фаций и мощностей "Атласа литологопалеогеографических карт Русской платформы и ее геосинклинального обрамления" (1961).

Кроме того, использовались тектонические и геологические карты для Предкавказья и прилегающих областей, опубликованные данные по физическим свойствам осадочных пород Предкавказья, литолого-палеогеографические карты Предкавказья для мезозоя - кайнозоя.

Методика исследований. Работа базировалась на традиционных методах историко-геологического анализа, в том числе анализе фаций и мощностей. Применялась методика backstripping-анализа, позволяющая рассчитывать тектоническую компоненту погружения осадочного бассейна. По результатам расчетов строились кривые погружения, схемы площадного распределения скоростей тектонического погружения для десяти временных интервалов (позднего мела, палеоцена, эоцена, олигоцена - раннего миоцена, тарханско-конкского времени, сармата, мэотиса - понта, киммерия, акчагыла и апшерона) и графики распределения скоростей тектонического погружения вдоль профилей, проведенных вкрест Западно-Кубанского и Терско-Каспийского краевых прогибов и через Ставропольский свод.

Научная новизна. Впервые на достаточно представительном материале проведен пространственно-временной анализ тектонической компоненты погружения для различных структурных элементов Предкавказских краевых прогибов и прилегающих участков Скифской плиты, позволивший сделать новые выводы об истории развития Предкавказских краевых прогибов, основные из которых сформулированы в защищаемых положениях.

Защищаемые положения:

1. В позднемеловом - кайнозойском погружении Предкавказских краевых прогибов тектоническая компонента составляет около 30 %, остальные 70 % - это изостатическая компонента. Таким образом, основным фактором погружения основания Предкавказских прогибов является снос в эту область большого количества осадочного материала со смежных относительно приподнятых областей - складчатого сооружения Большого Кавказа и Восточно-Европейской платформы.

2. Образование Предкавказских краевых прогибов как областей с большим значением тектонической компоненты погружения, чем на окружающих территориях, было разновременным: Западно-Кубанский оформился в олигоцене - раннем миоцене (майкопское время; 33,9-17,4 млн. лет назад), Терско-Каспийский - позднее, в тарханско-конкское время (17,4-12,8 млн. лет назад).

3. Западно-Кубанский краевой прогиб сохранял свое положение с майкопского времени до акчагыльского века включительно, в нем не происходило миграции оси максимальных скоростей тектонического погружения. Для Терско-Каспийского краевого прогиба характерна более сложная история с миграцией максимумов скоростей тектонического погружения к северу.

4. Западная часть Предкавказья в целом характеризуется большей стабильностью картины скоростей тектонического погружения, чем центральная и восточная. Вероятно, на коллизионном этапе Западное Предкавказье испытывало в целом меньшее сжатие, чем Восточное.

Практическое значение работы. Результаты расчета тектонической компоненты погружения могут использоваться при проведении математического и тектонофизического моделирования формирования краевых прогибов для оценки соответствия моделей реальным объектам.

Полученные выводы по истории формирования Предкавказских краевых прогибов дополняют существующие представления об их эволюции и могут быть использованы при изучении процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления.

Разработанная схема анализа истории тектонического погружения может применяться при исследовании других регионов.

Апробация результатов работы. Результаты исследования докладывались на совещании "EUROPROBE/INTAS. North Caucasus foredeep" (1996 г.), 6 й Зоненшайновской конференции по тектонике литосферных плит (1998 г.), научных чтениях "Проблемы региональной геологии и тектоники", посвященных 90-летию со дня рождения М. В. Муратова (1998 г.), на XXXII, XXXIII и XL Тектонических совещаниях (1999, 2000, 2007 гг.), Горшковских чтениях (1999, 2000, 2001, 2006 гг.), а также на 3 м Всероссийском литологическом совещании (2003 г.) и научной сессии, посвященной 20-летию кафедры литологии и морской геологии Геологического факультета МГУ (2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ - 2 статьи и 15 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации - 185 стр. текста, 46 рисунков, 7 таблиц, 3 приложения, общий объем - 245 стр. Список литературы содержит 230 наименований.

Руководство работой. Диссертационная работа выполнена на кафедре динамической геологии геологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Н. В. Короновского.

Благодарности. Автор выражает большую благодарность научному руководителю - проф. Н. В. Короновскому за внимание к работе, ценные советы и критические замечания в ходе решения отдельных задач. Огромную помощь автору оказала доц. Л. В. Панина, предоставившая описания разрезов Центрального и Восточного Предкавказья. Выполнению работы в значительной мере способствовали контакты со специалистами ОИФЗ им. О. Ю. Шмидта - В. О. Михайловым, Е. И. Смольяниновой и Е. А. Киселевой. Автор благодарит также доц. А. Н. Стафеева, ст. преп. А. А. Зарщикова, зав. лаб. М. А. Гончарова, зав. лаб. А. И. Полетаева, проф. А. Г. Рябухина, ст. науч. сотр. Г. В. Брянцеву, инж. Г. В. Беловицкую и других сотрудников кафедры динамической геологии, проф. О. В. Япаскурта, ст. науч. сотр. М. Н. Щербакову, асс. Е. В. Карпову, ст. преп. В. Л. Косорукова и других сотрудников кафедры литологии и морской геологии, проф. А. С. Алексеева, проф. А. М. Никишина, Н. П. Бетелева, оказывавших разностороннюю помощь в процессе подготовки диссертации и автореферата. Наконец, приятный долг автора - выразить огромную благодарность своим родным - маме и брату за материальную поддержку, которая сделала возможной проведение данной работы.

Часть работы (сбор фактического материала и начальный этап обработки) выполнена при поддержке международного фонда INTAS (грант 94-3881).