Трехмерные модели неоген-современных складчатых, седиментологических и эрозионных процессов в туапсинском прогибе Черного моря

Глава 3. Складки.

3.1. Складки Туапсинского прогиба

Складчатость Туапсинского прогиба обусловлена формированием системы субпараллельных взбросов-надвигов с поверхностями срыва в низах майкопа (Рис. 2). Наиболее древние складки расположены в тыловой части Туапсинского прогиба в зоне примыкания к южному склону Большого Кавказа. Наиболее молодые складки расположены в западной фронтальной части Туапсинского прогиба в области сочленения последнего с валом Шатского.

Развитие взбросо-надвиговых нарушений началось в позднем майкопе в тыловом и центральном складчатом поясах. В присводовых областях структур указанных складчатых поясов со стороны Кавказского орогена формировались синтектонические осадки, называемые в англоязычной литературе "слоями роста". Для них характерно уменьшение толщин к сводам растущих антиклиналей.

По сейсмическим данным была выявлена и протрассирована по площади поверхность срыва. Она проходит в низах майкопской толщи. Углы падения взбросов составляют 40-50^o, по падению постепенно выполаживаются и соединяются с подошвенным надвигом (детачментом). Ширина плоскости разлома составляет 50 - 70 км. На основании анализа сейсмических данных были проанализированы мощности комплекса, затронутого складкообразованием. В центральной части Туапсинского прогиба она достигает 4 км.

По результатам анализа структурных карт были определены расстояние между соседними надвигами, общая ширина зоны надвигов и амплитуда складок Туапсинского прогиба. Они составляют: расстояние между соседними надвигами 3-10км, общая ширина зоны надвигов 30 - 60 км, амплитуда отдельных складок достигает 1 - 2.5 км.

Рис. 2. Пример сейсмогеологического разреза через Туапсинский прогиб

Известно, что в отложениях майкопа имеется много пластичных глин, срыв проходит, вероятно, по ним. По этому срыву под давлением сжимающегося Кавказа майкопская толща и более молодые отложения скользят в сторону вала Шатского.

Для нескольких типичных профилей через Туапсинский прогиб были проведены балансировка и палеореконструкции разреза. Задачей балансировки было уточнение местоположения и формы тектонических нарушений. В результате балансировки разрез возвращается в недеформированное состояние, и определяется, на сколько корректно были протрассированы нарушения. В результате палеореконструкций происходит восстановление истории деформаций разреза.

На Рис. 3 показан пример сейсмического профиля через центральную часть Туапсинского прогиба и его реконструкция, начиная с момента деформаций. Протяженность профиля около 60 км.

Рис. 3. Сейсмический профиль через центральную часть Туапсинского прогиба и его реконструкция

Первый модельный профиль на Рис. 3 характеризует разрез до начала деформаций. Затем, начиная с позднего майкопа, формируются деформации сжатия со стороны Кавказа. В результате, в низах майкопской серии формируется поверхность детачмента, происходит последовательное образование серии пологих взбросов, формирование взбросо-надвиговых складок.

На профиле выделено 6 взбросо-надвиговых структур. Начало роста структур, расположенных вблизи Кавказа, - поздний майкоп - чокрак, более молодых структур - сармат-меотис. Активный рост наблюдается в интервале понт - апшерон - квартер. Кроме того, для складок, выраженных в рельефе, имела место интенсивная эрозия. Величина сокращения разреза по сравнению с исходным составила около 10%.

Еще одним простым и наглядным способом изучения этапов роста складок, использованных в данной работе, является построение графиков относительного роста складки (Рис. 4). На графике по оси абсцисс откладывается время в миллионах лет, по оси ординат - относительная скорость роста складки в соответствии с произведенными оценками по сейсмическим данным. Общая величина роста равна 1, т.е. 100%. Величина роста в конкретный интервал времени оценивается пропорционально общей мощности.

Рис. 4. Скорость роста складок 1, 2, 3, представленных на Рис. 3.

Складка 1 (Рис. 4) начала расти, в соответствии с анализом слоев роста, в майкопское время. Поэтому для этой складки были рассмотрены интервалы майкопа, караган-чокрака, сармата, меотиса, понта, апшерона, квартера. Для складок 2 и 3 интервалы отличаются от складки 1, т.к. они начали расти позже. Для них интервалы следующие: меотис, понт, апшерон, квартер.

Складки 1 и 2, которые характеризуются высокой скоростью роста в квартере, выражены в рельефе дна, складка 3, которая в этот период практически не росла, в рельефе дна не выражена. Т.е., во-первых, время роста соседних складок различно, в рельефе выражены только складки, интенсивно растущие в настоящее время.

Для района работ типичны разломы. Их главный вид - взбросы и пологие взбросы (надвиги). Основные разломы сопряжены со складками, формировались совместно и их генезис связан между собой.

На основании проведенного анализа сейсмических данных были выделены следующие основные типы складок: складки пропагации разлома (то есть складки, связанные с ростом разлома) и складки срыва (детачмент-складки). Часть складок развивается по механизму pop-up (выталкивания) с формированием бескорневых складок.

Главное отличие складок срыва от складок пропагации разлома в том, что складки срыва формируются вначале, а разломы их могут дополнительно осложнять. При образовании складок пропагации разлома формирование складки обусловлено наличием разлома. В реальности в разрезе Туапсинского прогиба зачастую встречаются комбинированные типы складок.

Складки пропагации разлома возникают тогда, когда срыв, идущий по слою по простиранию, переходит во взброс или надвиг, секущий слоистость (так называемый рамп, то есть наклонный и секущий слоистость разлом). Пример такой складки представлен на Рис. 5. На Рис. 5,Б) показана модель данной складки, на Рис. 5,В) представлены главные разломы, совмещенные со структурной поверхностью по кровле майкопа?.

Из рисунков модели складки и ее трехмерного представления видно, что она имеет сложное строение. В пределах складки выделено три главных разлома, кулисообразно подстилающих друг друга с небольшим перекрытием.

Одним из хороших способов представления разломов является построение профилей разломов. На нем по оси абсцисс откладывается протяженность разлома в километрах, по оси ординат - величина смещения по разлому. Типичный разлом имеет форму полу-эллипса на таком графике. В начале его амплитуда равна нулю, затем она начинает увеличиваться, достигая своего максимума, после чего постепенно уменьшается. На профиле разломов хорошо видно взаимодействие разломов между собой. На Рис. 6 представлены профили главных разломов рассматриваемой складки пропагации разлома. Протяженности разломов 12 - 17 км, величина перекрытия 5 - 7 км.

Рис. 5. Пример складки пропагации разлома. А) - фрагмент временного сейсмического профиля. Б) - схематическая модель складки. В) - 3Д изображение структурного плана в кровле майкопа? и поверхностей главных разломов.

Рис. 6. Профили главных разломов рассматриваемой складки пропагации разлома.

Складка начала расти в позднем меотисе. Скорость ее роста вначале относительно высокая. Такая скорость роста сохранялась вплоть до окончания понта. Затем скорость снизилась, увеличение скорости произошло в апшероне. Четвертичный период характеризуется значительным понижением скорости роста рассматриваемой складки пропагации разлома.

Складки срыва (детачмент-складки) возникают тогда, когда в нижней части много пластичных пород, а выше - более прочных. Если такую толщу сжимать со срывом в основании нижней пластичной толщи, то пластичная часть будет сплющиваться, а верхняя мяться в складки без разломов. Главное отличие складок срыва от складок пропагации разлома в том, что складки срыва формируются вначале, а разломы их могут дополнительно осложнять. Однозначно разделить складки срыва от складок пропагации разлома по сейсмическим данным не представляется возможным.

Пример складки пропагации разлома, переходящей в складку pop-up представлен на Рис. 7. На этом рисунке представлено 4 сейсмических профиля (А - Г), проходящих через различные части складки, поверхности главных разломов в трехмерном виде (Д), трехмерное изображение структурной карты по кровле майкопа? и поверхностей главных разломов (Е), модель складки (Ж).

Рис. 7. Пример складки типа pop-up. А) - Г) - сейсмические профили, проходящие через различные части складки, местоположение профилей указано на Ж). Д) - трехмерное изображение поверхностей главных разломов. Е) - трехмерное изображение структурной поверхности по кровле майкопа? и поверхностей главных разломов. Ж) - модель складки.

Данная складка имеет сложное строение, по простиранию делится на две антиклинали, разделенные неглубокой синклиналью. Эта особенность хорошо видна на рис.7, Е). Важным является изменение направления главного разлома: сначала он проходит у одного крыла антиклинали, затем у другого, после чего переходит в складку типа pop-up, при этом разломы становятся бескорневыми и затрагивают только верхнюю часть майкопского комплекса.

Профили, представленные на Рис. 7, расположены с запада на восток, расстояние между первым и последним профилем около 17 км, смена направления разлома происходит на расстоянии всего лишь около 5 км. Амплитуды разломов значительны и достигают 2500 м.

Слабый рост складки, исходя из анализа слоев роста, начался с сармата. Существовало 2 интенсивных интервала роста данной складки - понт и апшерон - квартер. В результате второй стадии активного роста, вероятно, была сформирована складка pop-up. Именно поэтому складка выражена в рельефе современного дна с относительным превышением до 400 - 600м.

Складки, которые характеризуются высокой скоростью роста в квартере, хорошо выражены в современном рельефе, те, которые в квартере практически не росли, в рельефе выражены слабо, либо совсем не выражены. Складки в различной степени эродированы, наиболее значительной эрозии подвержены складки, хорошо выраженные в современном рельефе, в первую очередь складки тыловой части прогиба.

В результате проведенной работы была предложена следующая модель формирования складок Туапсинского прогиба (Рис. 8): на первом рисунке изображен разрез на момент позднего майкопа, до начала деформаций. В позднем майкопе начинаются деформации со стороны Кавказа, в низах майкопской серии образуется детачмент, он начинает продвигаться с последовательным образованием пологих взбросов в тыловой части Туапсинского прогиба. В миоцене продолжается продвижение детачмента с образованием складок в центральной и фронтальной частях прогиба, продолжается рост складок в тыловой части Туапсинского прогиба. На завершающем этапе наблюдается с одной стороны замедление роста части складок, с другой стороны возобновление роста более ранних складок по механизму выталкивания (pop-up).

Рис. 8 Модель формирования складок Туапсинского прогиба.

Образование поверхности скольжения в глинах обычно связано с возникновением избыточного давления. Часто наличие АВПД приводит к образованию многочисленных грязевых вулканов и выходам флюида на поверхность. Такие процессы известны в большинстве глубоководных складчатых поясов. Примеры существуют и хорошо изучены в Туапсинском прогибе (рис. 9).

рис. 9. Сейсмический профиль 2Д через Туапсинский прогиб. Пример грязевого вулканизма

На рис. 10 показан результат палеореконструкций геологического разреза, проходящего через Большой Кавказ и Туапсинский прогиб (Никишин и др.). Первый этап отражает разрез для середины эоцена, до начала складчатости. В районе Большого Кавказа на тот момент существовал глубоководный рифтовый бассейн. Следующий разрез отражает начало миоцена (конец майкопа), последний разрез - современный.

рис. 10. Реконструкция геологической истории района западной части Большого Кавказа и сопряженных краевых прогибов (Никишин и др.) Местоположение профилей показано на карте под разрезом.

На границе олигоцена и эоцена произошло региональное компрессионное событие, после которого началось быстрое некомпенсированное флексурное погружение краевых прогибов бассейнов Туапсинского, Сорокина и Гурийского.

Складчатые деформации в Туапсинском прогибе начались в олигоцене - миоцене и продолжаются до настоящего момента. Складчатость обусловлена формированием системы субпараллельных взбросов и надвигов с общей поверхностью срыва в низах майкопа. Эта складчатость носит консидементационный характер. Фронт складчатости двигался от Кавказа в сторону вала Шатского.