Георгиевский Борис Владимирович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Поле современных напряжений на восточном склоне Южного Урала фиксируется инструментально (Зубков и др., 1997) и характеризуется относительным ССЗ-ЮЮВ сжатием. Это также подтверждается перемещением GPS-станций, входящих в состав деформационной сети северной Евразии NEDA (Стеблов и др., 2005). Влияние омоложенных киммерийских разломов на неотектоническом этапе на морфологию всего Южного Урала подчеркивалось многими исследователями (Лидер, 1976, Тевелев, 2003 и др.). Современные движения земной коры (Глубинное , 2001) сопровождаются своеобразными сводообразными поднятиями до 2 мм/год.
IV. 1. Новейшие поднятия восточного склона Южного Урала. С целью структурно-геоморфологического изучения верхних ярусов рельефа, особенно в пределах высокоподнятых интрузивных массивов, включая Богдановский массив, Чекинскую группу массивов, Малочекинскую группу массивов, Айдырлинский массив, исследовались проявления новейшей и современной тектонической активности на территории наиболее высоких одиночных гор (шиханов).
К шиханам Богдановско-Чекинской группы относятся вершины Чекинского хребта (основного высотного морфологического элемента на обрамлении Восточно-Уральского плато), а также вершины, продолжающие хребет на юг и на север: поднятие Богдановского массива, ярко выраженные вершины к северу от Чеки - Безымянная, Придорожная, северная и южная вершины г. Разборной, г. Мохнатая. К шиханам Малочекинской группы относятся Малая Чека, Малая Коптиха, Коптиха и Аркаим. К Сыртинской группе шиханов относятся массивы г. Острой и г. Длинной, расположенных к востоку от пос. Сыртинский на левом берегу Урала и образующих линию вершин, сдвинутых к западу от основной Чекинской дуги, и гору Карабулак к востоку от них. Для всех хребтов и поднятий характерна совокупность признаков их новейшей активности - оползневые и обвальные тела со стенками отрыва и современными каменными завалами, выходы подземных вод, свежие породы на вершинах поднятий, свидетельствующие о значительных скоростях денудации, морфологически выраженные прямолинейные овраги.
Вдоль простирания Чекинский хребет представляет собой систему разновысотных блоков с наивысшей точкой 558 м. Детальные структурно-геоморфологические исследования доказывают неотектоническую активность Чекинского хребта. Наклоны поверхностей выравнивания противоположных знаков к западу и востоку от хребта подтверждают новейшие движения, в процессе которых произошел излом уровня вдоль оси поднятия. Наличие выраженного перегиба при переходе к высоким уровням и одновременное отсутствие мощного покрова на низких уровнях указывает на отсутствие фиксированного базиса аккумуляции, другими словами, доказывает факт регионального поднятия с мигрирующей областью аккумуляции осадков (Георгиевский и др., 2006). Границы Чекинского поднятия на участке, примыкающем к левому берегу р. Урал, совпадают с границами одноименного интрузивного комплекса. По данным магниторазведки (Фурина и др., 2006) Чекинский хребет на востоке ограничен крупным разрывным нарушением с западным (~50o) падением. Выделенный нами разлом уже был описан в литературе как Карабулакский (Чайко и др., 1982ф), но рассматривался как древний, тектонически пассивный в альпийское время. В результате изучения Чекинского разрывного нарушения удалось доказать его сдвиго-надвиговую кинематику и активность в альпийское время. Чекинский хребет, таким образом, представляет собой поднятое висячее крыло протяженного активного сдвиго-надвига, образовавшегося в обстановке левосторонней транспрессии.
В пределах хребтов и гряд выделяется второй тип активных разрывных нарушений, выраженный в рельефе поперечными и диагональными крутыми тектоническими склонами высотой в десятки метров с преобладающим северо-западным направлением простирания. Большинство из них имеет сбросовую, сдвиго-сбросовую кинематику. Указанные разрывы расположены косо или даже нормально к главной оси деформаций, имеющей здесь ориентировку, близкую к ССЗ-ЮЮВ. То есть весь восточный склон Южного Урала представляет собой дробно-полосчатую мозаику из субмеридиональных разломов - надвигов и трассирующих их, осложненных сдвиго-сбросами поднятий в приподнятых крыльях надвигов.
Морфотектоника хребтов и гряд восточного склона Южного Урала дала основания объединить данные структуры термином <тектонические дуги>. Этот термин близок к термину <структурные дуги>, включающему в себя широко распространенные деформационные единицы с близкими характеристиками тектонически-зависимого рельефа. Морфологическое подобие тектонических дуг восточного склона Южного Урала и структурных дуг, изученных во многих регионах мира, позволило предположить близкий механизм и условия их образования.
На фронтах альпийских горных сооружений структурные дуги представлены новейшими принадвиговыми выраженными в рельефе складками. Выявленные альпийские деформации в складчато-надвиговом парагенезисе восточного склона Южного Урала доказывают подновление разрывных нарушений, что выражает реактивацию левосторонних транспрессивных напряжений. Последнее позволяет сделать заключение о продолжающихся коллизионных движениях, которые на новейшем этапе обусловливают рост горно-складчатого сооружения Южного Урала.
IV. 2. Сейсмические условия Восточно-Уральского плато. В разделе изложены результаты работы, целью которой являлось изучение сейсмитов, найденных в процессе полевых работ на Восточно-Уральском плато, анализ геодинамических обстановок и времени их образования. Сейсмиты представляют собой приповерхностные рыхлые образования, структура которых обусловлена процессами разжижения (Вознесенский, 1997, 1998, Грунтоведение, 2005) вследствие сейсмических событий, происходивших на Южном Урале в четвертичное время.
Морфологически структуры разжижения представлены двумя обширными группами: разнообразными кластическими дайками (или <песчаными интрузиями>) и складчатыми и складчато-разрывными пакетами (Корженков и др., 2007, Tribe, 2000, Lagerbäck et al., 2004, Bowman et al., 2004 и др.). Учитывая весьма четкое стратиграфическое положение сейсмитов, данные структуры используют для точной датировки палеосейсмических событий. На восточном склоне Южного Урала, в пределах Восточно-Уральского плато, нами были описаны многочисленные находки сейсмитов в разновозрастных четвертичных образованиях, свидетельствующие о сейсмической активности региона на протяжении четвертичного времени (Георгиевский и др., 2007). Места находок сейсмитов показаны на рис. 1.
Наибольшее разнообразие таких структур было описано в аллювиальных либо озерно-аллювиальных осадках, датируемых первой половиной среднего неоплейстоцена (Тевелев и др., 2006), то есть образованных во время лихвинского межледниковья (сылвицкий горизонт по Уральской стратиграфической шкале). Разрезы, содержащие структуры разжижения рыхлых осадков, были описаны в пределах речных долин р. Караталы-Аят, р. Сухая, в бассейне Нижнего Тогузака, а также в долине Карабутака - правого притока реки Суундук. Во всех случаях разрезы представлены литологически контрастными образованиями, от тонких глинистых прослоев до гравийников и галечников. Для датировки сейсмических событий важно, что в тех случаях, когда в долинах одновременно развиты и более молодые аккумулятивные террасы, структуры разжижения в последних не прослеживаются. Все это позволяет предположить относительно узкий временной интервал сейсмической активности Южного Урала - первую половину среднего неоплейстоцена, то есть время накопления аллювия либо время следующей непосредственно за ним эпохи врезания. Этот вывод независимо подтверждают находки кластических даек в долине реки Нижний Тогузак около пос. Кызыл-Маяк, вскрытых в верхней части высокой надпойменной террасы и перекрытых чехлом средне-верхненеоплейстоценовых образований. Большинство разрезов сылвицкого горизонта, содержащих сейсмиты, располагается вблизи зоны перехода Зауральского пенеплена и Западно-Сибирской низменности, характеризующейся активностью на новейшем этапе.
Многочисленные кластические дайки были описаны в аллювиальных образованиях среднеуральского (среднерусского) надгоризонта, слагающих третью надпойменную террасу всех основных водотоков. Кластические дайки и мелкомасштабные дизъюнктивные деформационные структуры в разрезах верхней части среднего неоплейстоцена изучены в долинах южных притоков Аята (долины рек Камышлы-Аят, Карагайлы-Аят, Акмулла, Сухая), а также в долине р. Урал и ее крупных притоков (р. Малая Караганка). Мелкомасштабные складчатые структуры сейсмитов были описаны в разрезах третьей надпойменной террасы в долине реки Б. Караганка. Накопление аллювия во второй половине среднего неоплейстоцена происходило в обстановке новообразованной гидрографической сети, вызванной общим воздыманием Южно-Уральского орогена. С этим может быть связана продолжающаяся сейсмичность, обусловившая образование сейсмитов в пределах ослабленных зон (наследуемых речными долинами). При этом возрастная датировка сейсмических событий весьма определенная, так как деформационные структуры располагаются внутри разрезов и перекрыты аллювиальными отложениями, датируемыми верхами среднеуральского надгоризонта (Тевелев и др., 2006).
Свидетельства поздненеоплейстоценовых сейсмических событий представлены сейсмитами в аллювиальных отложениях, а также в покровных рыхлых образованиях на придолинных поверхностях р. Караталы-Аят около пос. Анненское и р. Камышлы-Аят близ пос. Могутовский. Кроме того, повсеместно развитые приповерхностные маломощные кластические дайки и некоторые характерные остроугольные фациальные границы в разрезах голоценовых речных террас также могут быть обусловлены позднеплейстоцен-голоценовыми сейсмическими событиями.
IV. 3. Плейстоцен-голоценовая динамика и закономерности развития процессов линейной эрозии на Восточно-Уральском плато. В разделе приведены результаты проведенного автором ГИС-анализа, нацеленного на обнаружение пространственных закономерностей расположения эрозионных структур - балочных, овражных и речных долин. Для выявления особенностей развития эрозионных форм во времени были проанализированы долины разных порядков, в предположении об относительном омоложении структур от более высоких до более низких порядков.
Исходная матрица рельефа, построенная по данным радарной топографической съемки с пространственным разрешением 3'' (SRTM), была гидрологически скорректирована, были вычислены ее производные - матрицы направления стока и кумулятивного потока. После этого была получена модель водных потоков и вычислен порядок для каждого элемента сети потоков (рис. 2). Долины, не имеющие притоков, принимаются за долины первого порядка, при слиянии двух долин первого порядка образуется долина второго порядка и т.д., то есть долина более старшего порядка образуется только при слиянии двух долин на единицу меньшего порядка (Strahler, 1957, Философов, 1960). На следующем этапе были определены азимуты (простирание) для каждого элемента полученной модели потоков и построены розы-диаграммы для элементов речной системы (потоковой модели) каждого порядка (рис. 2). В описанной схеме единая речная долина разделяется на множество элементов в точках впадения притоков (долин) меньшего порядка, то есть подразумевается, что эти элементы являются структурными единицами.
Для долин низких порядков имеются пики для широтного и меридионального азимутов. Но преобладание этих направлений незначительное и, вероятнее всего, возникает вследствие прямоугольной формы ячеек исходной матрицы рельефа. Однако имеет место смена преобладающего простирания элементов потоковой системы от первого порядка до шестого. Но в этом случае различие уже существенное и не может быть объяснено погрешностями алгоритма расчета.
Факт смены доминирующих азимутов для элементов разнопорядковых речных долин отражает смену условий заложения и развития региона. Принимая во внимание относительную молодость всех долин на рассматриваемой территории, можно заключить, что на протяжении новейшего этапа имела место смена условий протекания эрозионных процессов. Судя по диаграммам простирания долинных форм, условия менялись неоднократно, что отразилось в существенно различающейся конфигурации диаграмм для долин низких, средних и высоких порядков.
Практически на всей изучаемой территории реализован сценарий, в котором составляющие овражно-балочной сети долины раскрываются в основную долину, не достигая при этом базиса эрозии последней - то есть тальвеги долин-притоков расположены на уровне молодых террас основных водотоков. Это может свидетельствовать о быстрой трансформации эрозионной сети, при которой происходит перескок либо перехват основного речного русла с последующей интенсивной донной и боковой эрозией, в то время как высокопорядковые долины притоков начинают характеризоваться уменьшающейся водностью, следовательно, редуцируется их транспортирующая способность и, как следствие, происходит их выполнение рыхлым материалом делювиально-пролювиальных фаций. Наиболее характерные примеры были описаны в долинах р. Карагайлы-Аят и руч. Бахтыбай.
Динамика процессов линейной эрозии и общее морфологическое развитие поверхности Восточно-Уральского плато имеют весьма тесную зависимость, что проявляется в конфигурации крупных современных речных долин. Единая долина может состоять из сегментов, наследующих как древние, досреднечетвертичные эрозионные ложбины, так и молодые, поздненеоплейстоценовые. То есть одним из ключевых моментов при этом является растянутое во времени <посегментное> формирование речных долин и продолжающееся во времени приспособление к различным фазам геодинамических условий. Заложение более молодых систем долин с отличающимся по сравнению с более древними простиранием может быть объяснено региональными условиями геодинамического развития Южного Урала. В целом, Южный Урал развивается в условиях косого левосдвигового сжатия (левосторонней транспрессии), а новейшие поднятия восточного склона Южного Урала демонстрируют левосдвиговые и надвиговые деформации. Согласно данной модели, по мере развития деформаций могут закладываться и обновляться ослабленные зоны и системы разрывных нарушений с дискретно различающимися азимутами простирания.
IV. 4. Современные деформации горных пород Восточно-Уральского плато и их проявление в динамике развития водохранилищ. Специфика современных геодинамических условий Восточно-Уральского плато заключается в доменном характере деформирования среды, определяя при этом морфологическую структуру с одной стороны и интенсивность протекающих гидрологических процессов с другой. Синтез результатов дешифрирования данных дистанционного зондирования и морфометрических параметров рельефа позволил выявить закономерности в размещении зон с различным соотношением элементов гидрографической сети. Динамический режим развития водохранилищ во многих случаях определяется наличием геодинамически активных зон, конфигурация которых соответствует региональной структуре и режиму новейшего деформирования Южного Урала.
Основой для данных исследований послужили данные дистанционного зондирования, представленные космическими снимками нескольких съемочных систем и включающими съемку разных лет. На первом этапе была получена схема расположения водохранилищ с различной тенденцией изменения водной массы, выражающейся в изменении площади водной поверхности 284 водохранилищ (рис. 3). Влияние климатического фактора при этом играет побочную роль, так как одна часть водохранилищ увеличивает водную массу одновременно с уменьшающейся водностью других. На втором этапе была построена схема латеральной изменчивости соотношения размеров (площадей) существующих водных объектов и величин естественной топографической увлажненности, выражающейся коэффициентом увлажненности или топографическим индексом (Beven et al., 1979).
Водохранилища с различной динамикой изменения водности расположены не хаотично, а в виде некоторых кластеров, группируясь в массивы. Расположение областей со схожими по динамическому режиму развития водохранилищами, как правило, не ограничивается локальными водоразделами, а эти области объединяют отрезки рядом расположенных долин. В ряде случаев водохранилища со схожей динамикой объединяются в меридионально вытянутые цепочки либо резко асимметричные скопления. В большинстве случаев простирание таких зон - субмеридиональное. Так как режим питания всех водотоков на рассматриваемой территории близкий, то различная динамика уровня водохранилищ, которая выражается площадью зеркала водной поверхности, обусловлена, вероятно, структурными и динамическими факторами.
Новейший (современный) деформационный режим может проявляться в увеличении или уменьшении напряженного состояния в зонах трещиноватости (Несмеянов, 2004), к которым приурочены горизонты подземных вод. То есть под влиянием напряженного состояния могут проявляться деформации, вследствие чего изменяются фильтрационные потоки грунтовых вод и емкостные свойства горных пород (Шестаков, 1995), которые характеризуют способность пород к водонасыщению или водоотдаче путем изменения степени заполнения трещин водой в результате упругого сжатия или растяжения (Основы , 1983).
Структурированное представление реальной геологической среды весьма коррелированно с пространственными вариациями величины отношения емкости водоемов к естественной увлажненности их ареалов. Области с бо'льшим или ме'ньшим соотношением величины площади водоемов и величины топографической увлажненности расположены не хаотично, а упорядоченно, в виде закономерно чередующихся доменов. Причем эти зоны меридионально вытянуты и диагонально примыкают друг к другу, прослеживаясь через 2-3 смежные речные долины. В этом проявляется аналогия с характером доменов, объединяющих смежные долины и имеющих поперечное к ним простирание, обнаруживаемых при анализе распределения водохранилищ с одинаковой динамикой развития.
Таким образом, анализ построенных схем дает основание предполагать весьма существенное влияние новейшего геодинамического развития всего Восточно-Уральского плато на строение и динамику развития поверхностных структур и протекающих в них процессов. Конфигурация ослабленных зон с изменяющейся во времени степенью водонасыщения определяется тектонической структурой и кинематической схемой неотектонического развития региона и обусловливает пространственные закономерности расположения областей с различной степенью интенсивности экзогенных процессов. Вероятно, реальные механизмы деформирования геологической среды Восточно-Уральского плато весьма сложны и требуют детального крупномасштабного изучения. Но в целом развитие региона можно представить как мозаичное, локальное изменение морфологии поверхности, сопровождающееся миграцией областей максимальных вертикальных и горизонтальных градиентов, и, как следствие, закономерным смещением во времени зон максимальной интенсивности экзогенных геологических процессов. В связи с этим, расположение малых водохранилищ и динамический режим их развития определяются региональным геодинамическим режимом Южного Урала.
|
