А.В. ПЕЙВЕ - ОСНОВОПОЛОЖНИК УЧЕНИЯ О ГЛУБИННЫХ РАЗЛОМАХ
Рассматривается развитие учения А.В. Пейве о глубинных разломах земной коры и хрупкой части литосферы. В статье акцентировано внимание на трех моментах: 1) о современном объеме понятия «глубинные разломы»; 2) об их параметрах как разрывов геологической среды и объемных, часто пограничных, геологических телах; 3) об активизации разломов, в том числе в реальном времени. Учение А.В. Пейве о глубинных разломах успешно вписалось в становление концепции новой глобальной тектоники. Этому способствовали, прежде всего, унаследованные от А.В. Пейве и целеустремленные многолетние работы большой группы сотрудников ГИН РАН и других исследователей, в том числе вне стен ГИНа. В настоящее время понятие о глубинных разломах расширено, изучены геолого-геофизические свойства и параметры глубинных разломов как трехмерных геологических тел, исследованы некоторые закономерности их активизации в реальном времени.
Первые статьи А.В. Пейве о глубинных разломах Земли, опубликованные в 1945, 1956 гг. и позже [28], открыли совершенно новую страницу в изучении этих важнейших структур. Многочисленные последующие публикации различных авторов оттачивали объем понятия «глубинные разломы» и их роль в самых различных разделах геологии и геофизики. Общая направленность развития наук о Земле, усовершенствование их классических методов, все возрастающее дополнительное вовлечение в их круг самостоятельных экспериментальных и математических методов, развитие сейсмологических исследований глубинного строения верхней мантии и некоторые другие способствовали углублению знаний о глубинных разломах, расширению объема понятия и, в целом, понимания актуальности продолжающихся их изучений в настоящее время. За прошедшее более полувека ни одна из отечественных или зарубежных монографических или статейных публикаций не подвергали сомнению факт существования глубинных крупных разломов, их продолжительное, прерывистое развитие и многогранную значимость в контролировании или, как минимум, воздействии на территориально сопряженные структуры, процессы и комплекс экзогенных инженерно-геологических проявлений (рис.1).
Рис. 1. Основные процессы и следствия, контроллируемые глубинными разломами Земли.
Проследить развитие учения А.В. Пейве о глубинных разломах в статье невозможно. Оно существенно разветвлено в расширившемся круге геолого-геофизических наук. В статье акцентировано внимание на трех моментах: 1) о современном объеме понятия «глубинные разломы»; 2) об их параметрах как разрывов геологической среды и объемных, часто пограничных, геологических телах; 3) об активизации разломов, в том числе в реальном времени.
Разломы глубинные, живые, активные
В самом общем определении по А.В. Пейве «…глубинные разломы - это разломы метаморфической сиалической оболочки Земли, разломы «фундамента», образующие в целом «макротрещиноватость» земной коры» [28, с. 131]. Десятью годами ранее, в 1945 г. А.В. Пейве уже опубликовал основные признаки глубинных разломов: (1) большая глубина заложения (десятки и первая сотня километров) и значительное протяжение (сотни и первые тысячи километров); (2) длительность и многофазность индивидуального развития (геологические периоды и даже эры); (3) типоморфность формаций осадочных и магматических горных пород для положительных и отрицательных глубинных структур. Первые два свойства глубинных разломов за прошедшие годы красной нитью прошли во многих последующих публикациях наиболее авторитетных тектонистов России: В.Е. Хаина, А.Л. Яншина, Ю.А. Косыгина, Ю.М. Пущаровского, Ю.Г. Леонова, Е.Е. Милановского, В.В. Белоусова, и мн. других, а также многолетних соавторах А.В. Пейве - А.И. Суворова, А.В. Лукьянова, В.С. Буртмана, В.Г. Трифонова, А.В. Кожурина, С.В. Руженцева, М.Г. Леонова, С.Д. Соколова, А.С. Перфильева, А.Л. Книппера, М.С. Маркова, С.Г. Самыгина и мн. других, ссылки на работы которых перечислить не просто. Развивая идеи А. В. Пейве, Ю.М. Пущаровский [30, 31], А. И. Суворов [45, 46], А.В. Лукьянов [17-19], В.С. Буртман [2, 3] выяснили основные закономерности в строении, распространении и формировании глубинных разломов. К ним прежде всего относятся факты, связанные со способностью глубинных разломов переходить из одного класса в другой: сбросы могут становиться сдвигами и надвигами и, наоборот, по зонам надвигов и сдвигов могут возникать сбросы. Значительная часть разломов, по наблюдениям А. И. Суворова [45], в течение геологического развития изменяет свою значимость: в одни геологические периоды они могут проявляться как структурные швы, в другие -- как второстепенные нарушения, либо совсем и надолго затухать, а потом снова возрождаться в том или же другом качестве. С этим явлением связано изменение свойств разломов по латерали и по падению. На глубоком анализе геологического материала А. И. Суворов смог показать изменение во времени фактора глубинности разломов -- свойства, до сих пор, к сожалению, не всегда учитываемого при геологических построениях. С этим свойством тесно соприкасаются явления унаследованности и наложенности в развитии глубинных разломов. А. В. Пейве [28] убедительно показал, что классический принцип унаследованности в тектонике, выдвинутый в прошлом столетии советской и развивающийся российской школой тектонистов на основе анализа вертикальных и горизонтальных движений земной коры, бесспорно подтверждается прежде всего у разломов. Это выражается в том, что всякая последующая тектоническая активизация, независимо от природы вызвавших ее тектонических сил, проявляется в подвижках по уже имеющимся в верхней части коры и литосферы разломам. Заложение их нового направления возможно лишь тогда, когда уже имеющаяся сеть не способна в полной мере способствовать разрядке напряжений. Сохраняя постоянство направления, разломы совершенно не наследуют знак подвижек, что вне сомнений доказано в свое время А. И. Суворовым [45] для региона Средней Азии, а также вытекает из геологических материалов по другим регионам мира. Сохраняя унаследованной пространственную ориентировку, крупные глубинные разломы в зависимости от знака смещений могут изменять свой морфологогенетический тип. В более общем плане еще раннее к близкому выводу пришел В.Е. Хаин, отметив, что «функция глубинных разломов по отношению к окружающим структурам может меняться не только в пространстве, но и во времени» [52, с. 20].
Функция глубинных разломов может меняться в зависимости от их типов, главными из которых А.В. Пейве назвал сбросы, надвиги и сдвиги [28, с. 168]. В соответствии с типами разломов им выделены три главных типа складчатости покровных образований, возникших в результате сбросов фундамента, надвигов блоков фундамента и сдвигов блоков фундамента [28, с. 168]. Из этих определений видно, какая значимость придавалась глубинным разломам в формировании складчатых комплексов, как минимум, платформенных покровов. Выделяя три превалирующих типа глубинных разломов, для которых горизонтальная компонента движений несомненна, А.В. Пейве отмечает, что горизонтальные движения обычно сопровождаются одновременными вертикальными перемещениями [28, с. 172]. Две компоненты движений - неотъемлемая черта всех зафиксированных к сегодняшнему дню крупных разломов литосферы. Здесь уместно вернуться во времени назад и вспомнить начало ХХ века, когда У. Хоббс [66] в уточненной редакции предложил понятие «линеаменты» - важные линии рельефа, которые выдают скрытое строение скального основания. В последующие годы к этой проблеме обращались многие исследователи и зарубежные, и российские, но максимальную значимость она приобрела после публикаций А.В. Пейве «Глубинные разломы в геосинклинальных областях» (1945) и «Главнейшие типы глубинных разломов» (1956)» [28, с.19 и 129 и 145].
В начале 60-х годов прошлого столетия на новом витке фактов очередной импульс развития получила концепция мобилизма. Именно существование глубинных разломов явилось одним из поводов, как справедливо отмечают В.Е. Хаин с коллегами [53], для критики мобилизма. Выше уже было отмечено, что А.В. Пейве выделял большую группу разломов с горизонтальными векторами движений и не являлся противником новых идей, впоследствии сформировавшихся в строгую научную концепцию тектоники литосферных плит. Более того, в статье «Глубинные разломы и мобилизм» (1990) [28, с. 298] Пейве не только отрицательно относится к привлечению глубинных разломов к критике мобилизма, но, наоборот, приводит дополнительные данные о глубинных разломах как структурах, подтверждающих концепции мобилизма. Им приводятся добавочные данные, свидетельствующие о том, что наиболее четко выраженные, кулисообразно расположенные субгоризонтальные разделы в основании земной коры являюся поверхностями тектоническими, физическая природа которых во многих случаях разломная. Мобилизм и тектоническая расслоенность литосферы, статья, написанная с В.Г.Трифоновым [28, с. 306], явилась своеобразном гимном сложному тектоническому состоянию верхней оболочки земли, в которой «…блоки литосферы вовлекаются в интенсивное течение, причем не только горизонтальное, но и с той или иной вертикальной компонентой» [28, с. 313]. А.В.Пейве еще в 60-х годах прошлого столетия был сторонником разломно-блоковой структуры земной коры, отмечая, что «до глубины 30-50 км кора оказывается наиболее подвижной и раздробленной и представляет собой, по существу, гигантскую, планетарного масштаба, тектоническую брекчию» [28, с.167]. Разломно-блоковая структура литосферы сегодня рассматривается как базис для обсуждения не только сейсмического процесса [38; и мн.др.], но и сейсмического течения горных масс [37]. К движению горных масс А.В. Пейве обращался неоднократно. Отмечая роль разломов в строении и развитии земной коры, он писал: «Разломы направляют течение многих геологических процессов и, прежде всего, тектонические движения блоков земной коры» [28, с. 168]. И далее, в другой работе [28, с. 313], затрагивая уже литосферу, ее автор пишет: «В результате происходит тектоническое перемещение корового и мантийного материала на большую глубину, сопровождаемое химическими преобразованиями, частичным плавлением и гравитационной дифференциацией перемещающихся масс». Речь идет о двух формах реализации движений больших объемов горных масс: (1) «пластическое тектоническое течение, свойственное глубинным зонам земной коры и мантии….» и (2) разрывно-глыбовое тектоническое течение…» [28, с. 284]. Отсюда, сущность тектонических движений, по мнению А.В. Пейве [28, с.285] сводится к процессам пластического и разрывно-глыбового течения горных масс. Как совершенно справедливо отмечает Ю.М. Пущаровский [29] одной из современных проблем дальнейшего развития теоретической тектоники являются широкомасштабные исследования тектонического течения коровых и мантийных масс. Углубление и детализация подобных изысканий расширят наши представления о глубинной дифференциации вещества, о сложной глубинной реологии литосферы и мантии Земли.
В силу известного увеличения вязкости литосферы снизу вверх унаследованность в направлении глубинных разломов во многом зависит от частоты тектонических подвижек: чем больше время релаксации и чаще тектонические импульсы, тем большую степень унаследованности сохраняет хрупкая часть литосферы при растрескивании. Фактор унаследованности играет превалирующую роль в том, что преобладающее большинство разломов земной коры, образующих сетку планетарных структур, имеет выдержанное простирание, во многих регионах сохраняющееся с начала фанерозоя.
Рост разломов по простиранию происходит неравномерно в обе стороны от его дистальных границ. Задержка роста у одного из концов может быть чаще всего вызвана встречей с поперечной дислокацией. Для разломов любого генетического типа в постоянном поле напряжений характерен рост во времени [54]. Отсюда казалось бы правильным, что чем длиннее разлом, тем он древнее. Однако, из-за сложности конкретной геологической ситуации это положение часто имеет большое число исключений. В настоящее время установлено, что очень крупные разломы сформированы серией более мелких, и они-то в своей массе заложены в различные, более ранние периоды своей активизации [32-34,42]. Окончательно сформированный, например, в мезозое глубинный разлом в отдельных своих местах может состоять из локальных разломов палеозойского или даже более раннего заложения. Понятие возраста и активизации разломов, особенно относящихся к классу глубинных, в настоящее время уточнено [21,22,47,49,50,72].
Результаты сложных геологических преобразований вещества в зонах глубинных разломов практически навечно остаются в структуре коры. Разломы в результате длительного развития и многократных активизаций приобретают структурно-вещественный смысл и из дизъюнктивных границ раздела превращаются в пограничные геологические тела [42 и мн. др.]. Эта мысль, возможно с меньшим количеством примеров, была четко изложена в работе Ю. А. Косыгина: «Разломы можно рассматривать не только как зоны дислокационного метаморфизма, но и как зоны геохимических изменений, зоны рудных концентраций, зоны размещения магматических тел. Описание разлома-тела всегда зависит от задач исследования и поэтому не может быть исчерпывающим» [12, с. 153]. Известные данные по геологическому строению глубинных разломов не противоречат и, более того, находят физическое объяснение при рассмотрении этих структур как зон квазипластического и пластического течения вещества [28, с. 284-285, 36], особенно в координатах геологического времени и глубин проникновения. Формирование глубинных и генеральных разломов с точки зрения механики разрушения представляет собой квазипластическое течение вещества горных пород, состоящее из серии медленных и быстрых подвижек в верхних горизонтах коры и пластического течения вещества -- в более глубоких.
Длительное прерывистое развитие глубинных разломов во времени, сопровождающееся изменениями их контролирующих функций, но не принципиальной структурной зональностью, способствовало разработке двух моделей крупных (глубинных) разломов - стационарной и нестационарной [57, 58].
Стационарная модель отражает стабильную в объеме пространства сформировавшуюся, зональную по латерали и глубине объемную внутреннюю структуру разлома (рис. 2). По ее вертикальному реологическому разрезу выделяются пять зон: 1 и 2 - хрупкого и квазихрупкого разрушения, 3, 4 и 5 - квазипластического, пластического и вязкого течений. Границы между зонами неотчетливые с постепенными переходами от одной к другой. Глубины границ зависят от геодинамических режимов и напряженного состояния литосферы и генетически связанных с ними морфологогенетических типов разломов. По латерали от структурной осевой линии разлома выделяется область его динамического влияния [59]. Ее ширина определяется рядом параметров, но главным образом толщиной слоя, вовлеченного в деформирование, и длиною разрывов. В деталях от оси разлома по латерали могут быть выделены зоны: 1 - интенсивного деформирования и дробления пород, 2 - повышенной трещиноватости, вызванной движениями по сместителю, и 3 - незначительных вариаций напряженного состояния, величины модификации которого не находят отражения в вещественном и структурном преобразовании вещества в околоразломном пространстве [57, 58, 71]. Такая стационарная модель крупных разломов литосферы дает приемлемое объяснение локализации в границах областей их динамического влияния ряда геолого-геофизических процессов и структур. Стационарную модель определяют ряд взаимосвязанных параметров: длина и глубина разломов, длина и амплитуда смещения, среднее расстояние между разрывами одного ранга и др. Детализация стационарной модели достигается путем ее «совмещения» с нестационарной (см ниже), в базу которой положен фактор времени и связанные с ним события, контролируемые всей разломной зоной или ее сегментами. Модель предлагается для изучения и оценки пространственно-временных закономерностей миграции событий, происходящих или возможных в границах областей динамического влияния разломов (см. рис. 2). При этом стационарная модель остается ведущим фактором, контролирующим пространственное распространение геологических событий в границах областей динамического влияния глубинных разломов литосферы. Для таких «состояний» разломов установлены закономерные соотношения параметров.