Научная школа Логачева Н.А.

«КАЙНОЗОЙСКИЙ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ РИФТОГЕНЕЗ»

 

Академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор Николай Алексеевич Логачев – признанный специалист в изучении кайнозойского рифтогенеза Восточной Сибири, Монголии, других районов Центральной Азии, Восточной Африки и Исландии.

Новые методики и возможности обработки и анализа геологической и геофизической информации выдвинули в качестве приоритетной задачи создание комплексной модели развития рифтогенеза от его зарождения до современности. Задача создания такой модели решалась в рамках проекта школы Н.А. Логачева (грант РФФИ 00-15-98574), получившей финансирование РФФИ в 2000–2002 гг. Для обоснования модели осуществлялся литолого-фациальный и формационный анализ осадочного и вулканогенного наполнения рифтовых впадин, изучались геохимические и изотопные характеристики магматических пород, генетически или парагенетически связанных с рифтогенезом, выявлялись особенности напряженного состояния литосферы, сочетающего растяжение со сдвигом, сравнивался уровень современной тектонической активности, выражаемой сейсмичностью и юным разломообразованием, проводилась комплексная обработка геофизических и петрологических данных о строении, состоянии и возможном составе глубинных уровней литосферы и астеносферы. Решение поставленной задачи было нацелено на выяснение условий развития рифтогенеза во внутренних частях и на окраинах материков, потенциальной способности мощных осадочных толщ рифтовых впадин к продуцированию и накоплению энергоносителей (нефть, газ, бурый уголь), природы различий рифтовых зон по уровню сейсмотектонической активности и тенденций в развитии опасных экзогеодинамических процессов.

В состав участников школы вошли: 1 академик, 5 докторов и 7 кандидатов наук. Участниками школы выполнялись работы по 13 инициативным грантам РФФИ, 7 интеграционным проектам СО РАН, 1 гранту Миннауки, 4 грантам ФЦП «Интеграция» и 5 грантам международных проектов (PICS, INTAS, NATO, Минпромнауки). В рамках работы школы были защищены 1 докторская и 5 кандидатских диссертаций. Вышли из печати 2 монографии: «Геохронология и геодинамика позднего кайнозоя (Южная Сибирь – Южная и Восточная Азия)» (С.В Рассказов., Н.А. Логачев, И.С. Брандт и др. Новосибирск: Наука, 2000); «Современная геодинамика и гелиогеодинамика» (К.Г. Леви, С.А. Язев, Н.В. Задонина и др., 2002). В ведущих отечественных и зарубежных журналах опубликовано около 40 статей.

Как ведущий специалист по Байкальской рифтовой зоне, руководитель школы академик Н.А. Логачев определил значение Южно-Байкальской впадины как исторического ядра Байкальской рифтовой зоны и обосновал рациональное районирование геологической структуры впадин озера Байкал.

Существенные результаты получены при исследовании рифтового магматизма Азии и Восточной Африки (отв. исполнитель д.г.-м.н. С.В. Рассказов). По пространственно-временному развитию вулканизма и рифтогенеза в Восточной Африке определен характер зарождения и распространения кайнозойской подлитосферной плюмоподобной термальной аномалии. Глубинный разогрев начинался в эоцене в районе Турканской седловины, разделяющей Эфиопское и Восточно-Африканское плато. Мощное плюмовое термальное воздействие на литосферу первого плато выразилось в массовых вулканических извержениях, распространившихся в его центральной части вдоль Эфиопского рифта ~30 млн лет назад. На втором плато термальная эрозия литосферы была рассредоточена под периферией – в Кенийском рифте, начиная с 23 млн лет назад, а в Западном рифте – с 19 млн лет назад. Подобное асинхронное двустороннее распространение термальной аномалии отражалось и в пространственно-временном развитии магматизма и рифтогенеза Байкальской рифтовой системы. При изучении осадочных и вулканогенно-осадочных комплексов на флангах Байкальской рифтовой системы в ее развитии выделены 1) этап обширного воздымания территории и ее эрозионного расчленения и 2) этап формирования высоких горных хребтов. В юго-западной части рифтовой системы первый этап проявился раньше, чем в северо-восточной части (соответственно, 22–15 и 15–14 млн лет назад). Второй этап начался в интервале 9–6 млн лет назад. В развитии позднекайнозойского вулканизма Байкальской рифтовой системы установлено четыре эпизода тектонотермальной активизации литосферы: 22–18, 16–13, 10–6 и <4 млн лет назад. Эпизод 22–18 млн лет назад сопровождал образование Южно-Байкальской озерной котловины, а эпизод 10–6 млн лет назад – Хубсугульской озерной котловины. В интервалах 16–13 и <4 млн лет назад тектонотермальная активизация оказалась рассредоточенной вдоль всей рифтовой системы и не приводила к образованию новых глубоких озерных бассейнов. Датирование вулканических последовательностей, изучение пространственно-временных вариаций микроэлементов и изотопов Pb, Sr и Nd в позднекайнозойских лавах юга Сибири (Восточный Саян) и Дальнего Востока (Южный Сихотэ-Алинь) и сравнительные реконструкции показали синхронность тектонических и магматических процессов Байкальской и Япономорской подвижных систем. При совместном анализе пространственно-временного распределения вулканизма и низкоскоростных мантийных аномалий установлена главная особенность позднекайнозойской геодинамики Азии: связь магматизма Центрально-Азиатской орогенной системы с мантийными процессами в интервале глубин 50–200 км Саяно-Монгольского низкоскоростного домена и связь магматизма Восточной окраины Азии с процессами в более глубинном (интервал 200–350 км) Забайкальском низкоскоростном домене. Изотопно-геохимическими исследованиями позднекайнозойских щелочных базальтов Центральной и Восточной Азии выявлена гетерогенность мантийных источников по изотопному составу свинца. В пределах рифейского Тувино-Монгольского массива в лавах измерены высокие значения ?8/4Pb в интервале 60–130, характеризующие аномальный состав DUPAL южного полушария Земли. Такая характеристика свойственна литосфере осколков Гондваны, мигрировавших из южного полушария в северное на разных этапах геологического развития Земли. Значения ?8/4Pb ниже DUPAL в позднекайнозойских вулканических породах, излившихся в пределах Джидинской и Восточно-Тувинской зон каледонид, отражают процессы новообразования литосферы северного полушария.

Геологические исследования (отв. исполнитель д.г.-м.н. В.В. Ружич) были ориентированы на выяснение природы феномена развития в пределах Байкальской рифтовой зоны, наряду со сбросами, разломов взбросо-надвигового типа, порожденных тангенциальным сжатием земной коры в направлении СВ–ЮЗ. По результатам многолетнего изучения режимов неотектонических и современных (инструментальных) движений в зонах разломов рифтовой зоны сделан вывод, что парагенезис сбросов и взбросов обусловлен регулярным проявлением в рифтогенный этап чередования периодов сжатия в направлении СВ–ЮЗ и растяжения в направлении СЗ–ЮВ, инициируемых квазирегулярными колебательно-волновыми деформациями массивов горных пород. Природа последних разнообразна и обусловлена воздействием комплекса факторов – твердоприливными суточными и полусуточными деформациями, а также параметрами ротационного режима Земли, гравитационным и электромагнитным взаимодействием системы Солнце–Луна–Земля, которые выделяются, например, в наблюдаемой квазипериодичности сейсмической активности. Для постоянно действующей выставки научных достижений СО РАН был представлен цветной рекламный проспект на русском и английском языках и видеофильм об измерительном комплексе «Сдвиг». Последний разработан и сконструирован для высокоточных измерений режима современных смещений в зонах разломов. Его применение позволяет получать уникальную информацию о современной активности разломов и изучать механизмы инициации этих движений.

Исследование современных движений методом GPS-геодезии на Байкальском и Монгольском геодинамических полигонах (отв. исполнитель д.г.-м.н. К.Г. Леви) проводились в рамках трехстороннего российско-французско-монгольского проекта. По результатам измерений за 1994–1999 гг. рассчитано поле скоростей горизонтальных движений для территории Южного Прибайкалья, Восточного Саяна и Северной Монголии. На территории полигона устойчивое движение Забайкальского и Восточно-Монгольского блоков в юго-восточном направлении с растяжением в Байкальском рифте сменяется в Северной Монголии широтным скольжением коровых масс в восточном направлении с сопоставимыми скоростями. Внутри зоны деформаций скорости горизонтальных движений варьируются в связи с накоплением и разрядкой упругих напряжений. Впервые проведены реконструкции полей тектонических напряжений неотектонического этапа в зонах крупных разломов Тувинского нагорья – Саяно-Тувинского, Оттугтайгино-Азасского, Южно-Таннуольского и Эрзино-Агардакского. Тектонофизический анализ трещиноватости и локальных смещений в зонах разломов с учетом данных расчетов тензоров современного стресса на основе механизмов очагов землетрясений позволил установить тенденцию изменения во времени типа поля тектонических напряжений от режима преимущественного сжатия к режиму транспрессии с увеличением сдвиговой компоненты движений по разломам. Получены минимальные оценки горизонтального сокращения коры в направлении юг–север за конец позднего плейстоцена и голоцен, которые составили 10–30 м для Саяно-Тувинского сдвиго-надвига, 4–8 м для Эрзино-Агардакского сдвига и 1,5–2,0 м для Оттугтайгино-Азасского взбросо-сдвига. Для количественной оценки современных коровых деформаций организован Тувинский геодинамический GPS-полигон, насчитывающий пять полевых пунктов, охватывающих основные активные структуры Саяно-Тувинской подвижной системы – от Убсунурской впадины на юге до Минусинской – на севере.

Тектонофизические исследования условий формирования Байкальской рифтовой зоны (отв. исполнитель д.г.-м.н. С.И. Шерман) проводились на физических моделях с соблюдением условий подобия. По результатам моделирования сделан вывод о том, что рифтовая зона является результатом совместного действия пассивного и активного механизмов растяжения при ведущей роли то одного, то другого механизма. Рифтогенез начинался при пассивном механизме растяжения, который инициировал активизацию процессов в астеносфере и развитие активного механизма растяжения. На базе современных представлений физической мезомеханики проведено физическое моделирование процесса формирования деструктивной зоны сдвига в упруговязкопластичной модели литосферы. Деструкция в сдвиговой зоне представляет собой закономерно организованную структурно-динамическую систему, стадийно-унаследованная эволюция которой хорошо объясняется с позиций синергетики и структурных уровней деформации. Составлена новая карта напряженного состояния верхней части литосферы Земли. На ней по соотношению главных нормальных напряжений выделены шесть типов напряженного состояния литосферы (области сжатия, растяжения, сдвига, растяжения со сдвигом, сжатия со сдвигом и нейтрального напряженного состояния).

Геофизические исследования в Прибайкалье и Западном Забайкалье (отв. исполнитель д.г.-м.н. Ю.А. Зорин) были направлены на изучение структуры земной коры сейсмическим методом функции приемника. Выделены протяженные слои пониженной скорости S-волн, которые были интерпретированы как сейсмически анизотропные зоны милонитов, связанные с древними (протерозойскими и раннепалеозойскими) крупными надвигами. Амплитуды главных надвигов оценены первыми сотнями километров. Сейсмические данные о существовании крупноамплитудных надвигов согласованы с гравиметрическими и геологическими материалами. В Байкальской рифтовой зоне при кайнозойском растяжении некоторые из древних надвигов трансформировались в листрические разломы.