• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
266
Раздел: Биология
Один рифт - две модели

Один рифт - две модели

Байкал – одна из величайших впадин Земли – входит в байкальскую систему рифтов. Дискуссия о причинах рифтогенеза, начатая еще в 70-х годах прошлого столетия, не утихает до сих пор. Исследователи разделились на два лагеря: сторонников гипотез «активного» и «пассивного» механизма растяжения Байкальского рифта. Кто из них прав? Автор статьи – старший научный сотрудник Института земной коры РАН – не навязывает свою точку зрения, но приводит новые и важные данные о тектонике, вулканизме, осадконакоплении и глубинном строении Байкальского рифта, которые не поддаются однозначной интерпретации. Истина, как и всегда, где-то рядом…

Два геолога — три мнения
(народная мудрость)

ПРОЛОГ

Отработав один полевой сезон в Танзании, мне довелось узнать забавную вещь о нас — российских геологах. По утверждению африканских коллег, на вопрос, как сформировалась та или иная структура, российский геолог мгновенно отвечает «не знаю», после чего переходит к подробному объяснению. Должен честно признаться, что не знаю ответа на вопрос «как образовался Байкальский рифт?», а раз так, то, следуя логике предыдущего высказывания, самое время перейти к рассмотрению этого вопроса.

ОНИ БЫЛИ ПЕРВЫМИ

Первые геологические описания Байкала были проведены еще в XVIII веке. Так, в 1772 году российский академик, немец по происхождению, Петр Симон Паллас писал: «Байкал кажется свидетелем большой катастрофы; он местами неизмеримо глубок, имеет несколько утесов, подобных столбам, как вымурованным из глубины. Но в горах не находят, кроме нечастых и слабых землетрясений, никаких других разрушений … ни разломов, ни следов вулканов, лав». Разломы и вулканы были обнаружены позднее, в следующем столетии (их детальное изучение позволило отнести Байкал к рифтовым структурам). Однако всерьез рифтовой тематикой заинтересовались только в середине XX века. Значительный вклад в изучение Байкальского рифта внесли сотрудники Института земной коры СО РАН, образовавшие научную школу по изучению континентального рифтогенеза.

В начале 70-х годов XX века широко развернулась дискуссия о причинах рифтогенеза. Этот спор коснулся и Байкальского рифта. Известные исследователи, американец Питер Молнар и француз Пол Таппонье, обратили внимание на связь столкновения Азиатской и Индийской плит с деформациями во внутренней части Азии. Они предположили, что этот механизм мог привести к «пассивному» растяжению в зоне Байкальского рифта. Такая точка зрения получила большую популярность за рубежом. Вера Александровна Рогожина и Владимир Михайлович Кожевников из Института земной коры по сейсмическим данным зафиксировали под Байкальским рифтом аномальное разуплотнение на подлитосферных глубинах, в так называемой верхней мантии Земли. Поэтому, российская сторона отстаивала точку зрения о главенствующей роли глубинных термальных процессов — то есть «активном» рифтогенезе. Эта многолетняя проблема о «пассивном» и «активном» механизме растяжения Байкальского рифта по-прежнему остается актуальной. Хотя в последнее время все больше и больше исследователей приходят к мысли об одновременном действии обоих механизмов. Автором не навязывается какое-либо определенное мнение о механизмах образования Байкальского рифта. Вместо этого приводятся новые и, на мой субъективный взгляд, наи­более важные данные о тектонике, вулканизме, осадконакоплении и глубинном строении. Интерпретация этих данных зачастую остается неоднозначной.

СТРУКТУРА БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА

Байкальская рифтовая система расположена во внутренней части континента и отделяет северную стабильную часть Евразиатской плиты от другого крупного стабильного блока, называемого Амурской микроплитой. Рифтовая система состоит из серии впадин (крупнейшая из них — Байкальская) и разделяющих их поднятий, протягивающихся более чем на 1500 км, также включает в себя поля познекайнозойского вул­канизма, расположенные на некотором удалении от впадин и их горного обрамления.

Байкальская котловина состоит из двух самостоятельных впадин — Южнобайкальской и Северобай-кальской, отделенных друг от друга Академическим подводным хребтом.

Научная школа по изучению континентального рифтогенеза в Институте земной коры СО РАН (г. Иркутск)

Основателями научной школы стали геологи Николай Александрович Флоренсов и Виктор Прокопьевич Солоненко, а также геофизик Андрей Алексеевич Тресков. Ими были заложены основы систематического изучения Байкальского рифта. В своей автобиографии (апрель, 1984) Н. А. Флоренсов писал: «В моей докторской диссертации оказались смешанными элементы угольной геологии, молодого вулканизма, главное же — элементы позднемезозойской и кайнозойской тектоники Прибайкалья и Забайкалья. Ранее …, я искал здесь отличия от типичных африканских рифтов, но затем оказалось, что между теми и другими имеется явное сходство. К счастью, моя ошибка осталась просто при мне, а сводка, данная в диссертации и затем в монографии, … послужила отправной точкой для широких и многолетних исследований чуть ли не всего нашего института по рифтовой тематике…» .
После ухода Николая Александровича, эстафету перенял его ближайший соратник и ученик, академик Николай Алексеевич Логачев.
Николай Александрович Флоренсов был основателем Института земной коры СО РАН (до 1962 г. — Институт геологии Восточно-Сибирского филиала Академии наук СССР) и его первым директором. В период руководства Николая Алексеевича Логачева (1976—1998 гг.) рифтовая тематика принесла Институту широкую, в том числе и международную, известность. Исследования в этом направлении и поныне ведутся их учениками и коллегами.

ВОЗРАСТ ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ

Количество рыхлых осадков в Байкальской котловине оценивается в 75 тыс. км3, что составляет примерно 70 % осадочных отложений впадин всей рифтовой системы (Логачев, 2003). Южнобайкальская впадина считается наиболее древней. В 1970-х Николай Алексеевич Логачев и Николай Александрович Флоренсов предположили, что ее образование началось в позднем эоцене – раннем олигоцене, примерно 30–35 млн лет назад. С тех пор традиционно это значение фигурирует в большинстве публикаций о Байкальском рифте. В последние годы Николай Алексеевич Логачев отмечал, что на самом деле впадина может быть гораздо древнее.

Определение времени начала впадинообразования затруднено. Для того чтобы получить ответ на этот вопрос, нужно добраться до пород, погребенных под многокилометровой осадочной толщей. В рамках международного проекта «Байкал-бурение» в байкальских осадках было пробурено несколько скважин в зимние периоды 1996—1998 гг. с вмороженных в лед барж. Наиболее длинная возрастная летопись была получена при бурении осадков на Академическом хребте, поскольку этот участок дна Байкала удален от всех береговых источников сноса вещества и поэтому характеризует­ся наименьшей скоростью осадконакопления. Было определено, что возраст осадков в основании выбуренного осадочного керна длиной 585 м составляет примерно 8,3 млн лет (Хориучи и др., 2004). Это минимальный доказанный возраст озера Байкал.

Согласно последним данным скорость осадконакопления в последние 4,5 млн лет на Академическом хребте составляла в среднем около 0,04 мм в год, тогда как раньше она была в среднем около 0,1 мм в год (там же). То есть скорость осадконакопления уменьшилась более чем в два раза! Это неожиданный результат, так как традиционно по данным изучения изменчивости осадочного разреза суходольных впадин Байкальского рифта выделялись стадии «медленного» олигоцен-миоценово­го и «быстрого» плиоцен-четвертич­ного рифтогенеза.

Иными словами, зафиксированная смена скорости осадконакопления является прямо противоположной ожидаемой. Единственным объяснением этого факта, на мой взгляд, может быть существенное воздымание Академического подводного хребта на рубеже 5–4 млн лет назад, что привело к его изоляции от терригенного материала, привносимого, главным образом, реками Селенга, Баргузин и Верхняя Ангара.

СОВРЕМЕННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ БЛОКОВ

Скорость расширения Байкальской котловины оставалась до недавнего времени предметом серьезного спо­ра. Вопрос оказался решенным благодаря использованию спутниковых систем навигации — GPS. По десятилетним наблюдениям с помощью постоянных и временных GPS пунктов удалось узнать, что ско­рость раздвижения стабильных блоков Сибирской платформы и Амур­ской микроплиты составляет 4 мм в год. При этом все деформации локализуются вдоль осевой части Байкальского рифта.

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ

Важную роль в понимании процессов рифтогенеза играют геофизи­ческие методы исследования, поз­воляющие «увидеть» современную глубинную структуру коры и мантии. По данным сейсмической томографии, осуществленной в ходе российско-американского эксперимента в 1992 году, был построен скоростной разрез прохождения P-волн (Мордвинова и др., 2003). Обнаружено, что одна низкоскоростная аномалия находится практически под Байкалом. Однако вто­рая располагается гораздо южнее, под тер­риторией Монголии, там, где какое-либо растяжение коры отсутствует.

Возникает резонный вопрос: что же вызывает понижение скоростей про­хождения сейсмических волн в ман­тии — повышенная температура или особенности состава вещества? Обычно принимается первое объ­яс­нение (Zorin et al., 2003).

ЭВОЛЮЦИЯ ГЛУБИННОГО ТЕРМАЛЬНОГО РЕЖИМА ЛИТОСФЕРЫ

Частичные выплавки из мантии щелочных базальтоидов по пути к поверхности иногда захватывают фрагменты окружающих пород. Находки таких пород, называемых ксенолитами, являются весьма ценными для познания вещественного состава и условий «жизни» земных глубин. В Байкальском рифте наибольший «урожай» мантийных ксенолитов был собран в восточной части Витимского вулканического поля Игорем Викторовичем Ащепковым и его коллегами из Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН.

Оказалось, что мантийные ксенолиты из миоценовых лав Витимского поля указывают на большой диапазон давлений, а произошли они из больших глубин, из молодых четвертичных лав — меньшим диапазоном. Это указывает на большую толщину литосферы в миоцене под Витимским полем, в сравнении с четвертичным временем. По расчетам, утонение литосферы за 13 млн лет составило примерно 15 км. При этом граница между уровнями образования минералов-индикаторов, гранатов и шпинелей углубилась примерно на 8 км, что согласно экспериментальным данным указывает на повышение температуры.

Отметим еще одну интересную особенность. Несмотря на значительное утонение литосферы под Ви­тимским полем, сколь либо существенного растяжения коры не происходило. Согласно данным бурения, заполненные осадками впадины под лавами не пре­вышают в ширину первые десятки километров, а в глубину — первые сот­ни метров (Рассказов и др., 2000).

ВУЛКАНИЗМ

При определении возраста вулканических пород Байкальского рифта была установлена сложная миграция вулканизма в Восточном Саяне и на Удоканском хребте. В обоих районах вулканизм со временем смещался по замысловатым траекториям с преобладающим западным трендом, т. е. практически в противоположную сторону от общего движения Евразиатской литосферной плиты. Это, вероятно, указывает на тектонический контроль подъема магм в области сочленения структур сжатия и растяжения, при этом общее смещение вулка­низма в западном направлении согласуется с существованием в астеносфере относительно неподвижного горячего источника магм.

Для того чтобы в мантии появился частичный расплав необходимо либо поднять ее температуру, либо снизить давление, или же насытить мантию летучими компонентами. При пассивном рифтогенезе со скоростью 5 мм в год, а также при такой толщине литосферы и коры, как в Байкальском рифте, давление в мантии никогда не снизится настолько, чтобы мантийные породы начали плавиться при отсутствии летучих компонентов. Однако если в мантии имеются легкоплавкие участки с водосодержащими минералами или карбонатами, то такие участки даже при незначительных перепадах температуры и давления будут переходить в расплав.

Характерно, что распределение вулканических полей не тяготеет ни к рифтовым впадинам, ни к гравитационным минимумам — областям потенциального повышения тепла. Особо показателен пример с вулканическим плато Дариганга в Монголии. По-видимому, это указывает на то, что плавление мантии Байкальского рифта и сопредельных территорий контролируется, в первую очередь, ее составом.

Для выяснения состава плавящейся мантии изучаются изотопные отношения элементов. Отношения изотопов неодима и стронция 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr, измеренные в лавах юго-западной части Байкальского рифта, в сопоставлении с составами лав хребта Хангай показали, что область плавления мантии можно разделить на три части (произвольно обозначенных как компоненты A, B и C). Компонент А относится к области подлитосферной мантии (астеносфере), а два других компонента характеризуют неоднородную литосферную мантию. Причем, компонент В может относится к более глубоким частям гранат-содержащей мантии, а компонент С — к шпинель-содержащей мантии или области кора-мантийного перехода.

КОРЕЛЯЦИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ

Только лишь коровые напряжения от зоны Индо-Азиатской коллизии или местные источники теп­ла в ман­тии не могли привести к образованию Байкальского рифта. В последние годы также стала обсуждаться идея о важной роли взаимодействия литосферных плит на восточной окраине Евразии.

Обращает на себя внимание, что эпизоды сжатия и растяжения в зонах столкновения Индо-Азиатских и Тихоокеано-Азиатских плит смещены относительно друг друга по времени. Если сжатие воздействовало на южную окраину Централь­ной Азии, то в это время на ее вос­точ­ной окраине существовал режим растяжения. И, наоборот, во время существенного сжатия, возни­кавшего на восточной окраине, южная окраина испытывала эпизод релаксации.

Такая динамика сжатия и растяжения могла «раскачивать» внутренние части Центральной Азии, приводить к смещению блоков, что при их геометрии формировало зоны сжатия и растяжения на границах этих блоков. При таком механизме сле­дует ожидать, что импульсы основных тектониче­ских событий в Центральной Азии (например, импульсы вращения Амурской микроплиты) будут совпадать по времени со сменой тектонического режима на границах литосферных плит. К сожалению, датирование таких импульсов по-прежнему остается сложной задачей.

Для Байкальского рифта периоды воздымания могут быть оценены по данным изучения положения датированных лав в рельефе (Рассказов и др., 1998). Всего было выявлено четыре таких эпизода: 21—19, 16—15, 5—4 и около 0,8 млн лет назад. Интересно, что смена скорости осадконакопления на подводном Академическом хребте, произошедшая 5–4 млн лет назад, совпала с одним из таких эпизодов воздымания. Как отмечалось раньше, это событие может маркировать начало стадии «быстрого» рифтогенеза. В это время во фронте Индо-Азиатской коллизии существовал режим растяжения, а сжатие на восточной окраине Центральной Азии началось чуть раньше этого эпизода. Таким образом, стадия «быстрого» рифтогенеза не может быть генетически связана с удаленными тектоническими событиями во фронте Индо-Азиатской коллизии. Она связана либо с тек­тоническими событиями на восточной границе Азии, либо с термальным и/или химическим воздействием на литосферу за счет местных мантийных источников тепла. 

ЭПИЛОГ

Так какой же все-таки Байкальский рифт — «активный» или »пассивный»?

Коровые деформации и растяжение, в основном, контролируют­ся удаленными тектоническими событиями, происходящими на гра­ницах литосферных плит. Ра­зогрев же, плавление и утонение литосферы осуществляются за счет глубинных источников тепла, или благодаря существованию в мантии легкоплав­ких областей. Это означает, что Байкальский рифт несет в себе черты как «активного», так и «пассивного» рифтогенеза.

Пытаясь рассмотреть развитие Байкальского рифта исключительно с позиций изучения коровых деформаций или эволюции вулканизма, или глубинной геофизики, мы оказываемся в положении слепых мудрецов, изучающих слона на ощупь в известной притче. Только интегра­ция различных направлений исследований позволит нам дать ответ, какой из механизмов рифтогенеза преобладал, менялось ли их соотношение во времени, связаны ли процессы растяжения коры и маг­мообразования или это два независимых процесса. Необходимость объединения своих усилий сегодня осознается практически всеми исследователями, а это означает, что когда-нибудь, начиная статью о Байкальском рифте, можно будет сказать «мы знаем, как и почему он образовался».

Литература 
Мордвинова В. В., Винник Л. П., Косарев Г. Л., Орешин С. И., Треусов А. В. Телесейсмическая томография в Центральной Азии по волнам P и PKP // Напряженно-деформированное состояние и сейсмичность литосферы. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003.
Логачев Н. А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика, 2003. — Т. 44. — № 5.
Рассказов С. В., Логачев Н. А., Брандт И. С., Брандт С. Б., Иванов А. В. Геохронология и геодинамика позднего кайнозоя: (Южная Сибирь — Южная и Восточная Азия). — Новосибирск: Изд-во «Наука», 2000.
Расcказов С. В., Саранина Е. В., Демонтерова Е. И., Маслов­ская М. Н., Иванов А. В. Мантийные компоненты позднекайнозойских вулканических пород Восточного Саяна по изотопам Pb, Sr и Nd // Геология и геофизика, 2002. — Т. 43. — № 12.
Саньков В. А., Лухнев А. В., Мирошниченко А. И., Леви К. Г., Ашурков С. В., Башкуев Ю. Б., Дембелов М. Г., Кале Э., Девершер Ж., Верноль М., Бехтур Б., Амаржаргал Ш. Современ­ные движения земной коры Монголо-Сибирского региона по дан­ным GPS-геодезии // Доклады Академии Наук, 2003. — Т. 392. — № 6.
Хориучи К., Гольдберг Е. Л., Мацузаки Х., Кобаяши К., Шибата Я. Проверка магнитостратиграфических шкал миоценовых осадков озера Байкал // Геология и геофизика, 2004. — Т. 45. — № 3.
Ярмолюк В. В., Иванов В. Г., Коваленко В. И., Покровский Б. Г. Магматизм и геодинамика Южно-Байкальской вулканической области (горячей точки мантии) по результатам геохронологических, геохимических и изотопных (Sr, Nd, O) исследований // Петрология, 2003/ — Т. 11. — № 1.
Barry T. L., Saunders A. D., Kempton P. D., Windley B. F., Pringle M. S., Dorjnamjaa D., Saandar S. Petrogenesis of Cenozoic basalts from Mongolia: evidence for the role of asthenospheric versus metasomatised lithospheric mantle sources // Journal of Petrology, 2003. — V. 44.
Litasov K. D., Taniguchi H., Mantle evolution beneath Baikal rift. — Center for Northeast Asian Studies, Tohoku University, Japan, CNEAS Monograph Series, 2002. — V. 5.
Zorin Yu. A., Turutanov E. Kh., Mordvinova V. V., Kozhevnikov V. M., Yanovskaya T. B., Treusov A. V. The Baikal rift zone: the effect of mantle plumes on older structure // Tectonophysics, 2003. — V. 371.

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments
#
aivanov@crust.irk.ru
д.г.-м.н.
старший научный сотрудник

Институт земной коры СО РАН