Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий физико-географический и экологический очерк 14
Глава 2. История геологического изучения 18
2.1. История геологических исследований территории Москвы 18
2.2. История неотектонических исследований платформенных территорий 23
2.3. Состояние изученности проблемы геодинамически активных зон платформенных территорий 24
Глава 3. Геологическое строение, история развития и тектоническая структура территории в докайнозойское время 31
3.1. Стратиграфия докайнозойских отложений 32
3.2. История развития и тектоническая структура архей-протерозойского кристаллического фундамента 43
3.3. История развития и тектоническая структура
среднерифейско-вендского структурно-формационного комплекса 48
3.4. История развития и тектоническая структура среднедевон-ско-каменноугольного структурно-формационного комплекса 49
3.5. История развития и тектоническая структура юрско-мелового структурно-формационного комплекса 53
3.6. Сравнительный анализ доновейших структурных планов 58
Глава 4. Неотектоника и история развития кайнозойского структурно-формационного комплекса 62
4.1. Стратиграфия кайнозойских отложений 62
4.2. Структурно-геоморфологический анализ подошвы кайнозойских (поверхности мезозойских) отложений
4.3. Неотектонические структурные планы 80
Глава 5. Сравнительный анализ древних и неотектонических структурных планов 87
Глава 6. Геодинамика и геодинамически активные зоны 92
6.1. Геодинамические условия образования неотектонических структур и геодинамически активных зон 93
6.2. Анализ разновозрастных линеаментов 98
6.3. Геодинамически активные зоны Москвы 105
Глава 7. Экзогенные процессы, гидрогеологические окна, поле радона и геодинамически активные зоны 108
7.1. Карстовые, карстово-суффозионные и оползневые процессы и геодинамически активные зоны 110
7.2. Гидрогеологические окна и геодинамически активные зоны... 117
7.3. Аномалии природного радона и геодинамически активные зоны 123
Заключение 126
Список использованной литературы 133
- Краткий физико-географический и экологический очерк
- История неотектонических исследований платформенных территорий
- История развития и тектоническая структура архей-протерозойского кристаллического фундамента
- Структурно-геоморфологический анализ подошвы кайнозойских (поверхности мезозойских) отложений
Введение к работе
Актуальность исследований обусловлена недостаточной детальностью и комплексностью изучения неотектоники и геодинамических условий образования платформенных структур, включая малые урбанизированные территории, в том числе и при проведении геоэкологических изысканий. Существует несколько точек зрения на условия образования этих структур. Преобладает точка зрения, что древние структуры, преимущественно разломы фундамента и чехла платформ, определяют развитие территории на неотектоническом этапе, включая и современный. При этом, как правило, утверждается, что древние разломы оказывают различное воздействие на инженерные сооружения. Такой точке зрения противостоят представления о преимущественно изгибных формах движений и деформаций земной коры платформ, по крайней мере, на новейшем этапе (Макаров, 1996; 1997; Юдахин и др, 2003 и др.). Этих представлений придерживается и автор: в данной работе для территории г. Москвы доказано отсутствие унаследованности древних структур неотектоническими, а также отсутствие здесь новейших разрывов и присутствие изгибных деформаций и геодинамически активных зон.
Актуальной является проблема выявления закономерной обусловленности ряда потенциально опасных экзогенных процессов и гидрогеологических окон неотектоническими структурами, в частности, геодинамически активными зонами.
Самостоятельное значение имеет развитие и совершенствование методики выявления новейших и современных структур платформ, в том числе малых территорий в крупных масштабах.
Степень научной разработанности темы выявления и оценки неотектонических структур платформенных территорий и их унаследованности относительно высока. В последние десятилетия этими проблемами занимались и продолжают успешно заниматься Р.Е. Айсберг, Р.Г. Гарецкий, И.В. Ананьин, В.И. Бабак, В.В. Бронгулеев, А.В. Востряков, О.И. Гущенко, А.П. Дедков, А.К. Карабанов, М.Л. Копп, Н.И. Корчуганова, Н.П. Костенко, А.А. Никонов, В.И. Макаров, Н.В. Макарова, В.М. Макеев, Ю.А. Мещеряков, Б.Н. Можаев, С.А. Несмеянов, Г.И. Раскатов, Л.Н. Розанов, Л.А. Сим, Т.В. Суханова, А.И. Трегуб, В.Г. Трифонов, Ю.К. Щукин, Ф.Н. Юдахин и др. Эти исследователи различными методами доказали существование неотектонических деформаций платформенных территорий на разных глубинных уровнях литосферы с определением их свойств и геодинамических условий образования.
Геологическими, геоэкологическими и тектоническими исследованиями территории Москвы занимались и занимаются такие исследователи, как В.И. Бабак, Е.А. Гаврюшова, И.В. Галицкая, Г.А. Голодковская, С.В. Григорьева, Б.М. Даньшин, В.Г. Заиканов, В.П. Зверев, А.В. Кожевников, В.Н. Кожевникова, И.А. Кожевникова, И.В. Козлякова, Ю.Т. Кузьменко, В.М. Кутепов, Э.А. Лихачева, В.И. Макаров, В.М. Макеев, О.К. Миронов, А.И. Москвитин, В.И. Осипов, Г.П. Постоев, Е.М. Сергеев, И.Н. Федонкина и мн. др. Ими внесен огромный вклад в изучение геологического, инженерно-геологического, неотектонического и структурно-геоморфологического строения Москвы, в решение ее геоэкологических проблем. Тем не менее, дискуссионными оставались вопросы о степени унаследованности новейшими структурами древних, в том числе и разломов фундамента, о
наличии здесь региональных геодинамически активных зон, а также о степени их воздействия на инфраструктуру города. На решение этих вопросов направлена данная работа.
Цель исследований. Основной целью работы является изучение пространственно-временных закономерностей формирования неотектонических структур территории Москвы, включая геодинамически активные зоны, и определение их геоэкологической значимости.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Выделение в рельефе земной поверхности и в рельефе поверхности мезозойских отложений геоморфологических уровней для характеристики разновозрастных новейших структур;
-
Изучение соотношения разновозрастных комплексов неоплейстоценовых отложений для датировки выявленных уровней;
-
Исследование структуры древних (доновейших) горизонтов земной коры с целью определения степени унаследованности их новейшими и современными;
-
Геодинамический анализ происхождения и взаимодействия региональных неотектонических структур друг с другом с целью выявления региональных геодинамически активных зон;
-
Структурный анализ разновозрастных линеаментов с целью уточнения расположения геодинамически активных зон в пределах Москвы;
-
Анализ развития экзогенных процессов, распространения гидрогеологических окон и аномалий природного радона с целью определения степени их обусловленности геодинамически активными зонами.
Объектом исследований является геологическая среда г. Москвы в пределах московской кольцевой автодороги (МКАД).
Методология и методы исследований. Основным методом выделения неотектонических деформаций малых платформенных территорий является структурно-геоморфологический. Он позволяет на основе детального анализа строения рельефа заемной поверхности и погребенного рельефа поверхности дочетвертичных отложений, их взаимосвязи с подстилающими и перекрывающими отложениями определить историю развития каждого из них, а затем выявить даже незначительные проявления новейших тектонических движений. Для определения наличия или отсутствия унаследованности неотектоническими структурами древних проводился сравнительный анализ разновозрастных тектонических структурных планов исследуемой территории. Для выявления и оценки геодинамически активных зон использовался структурно-геодинамический метод, включающий линеаментный анализ.
В работе были использованы следующие методы исследований: 1) структурно-геоморфологический анализ погребенной поверхности мезозойских отложений и рельефа земной поверхности; 2) метод геолого-геоморфологического профилирования с учетом данных бурения, анализа мощностей и генетических типов четвертичных отложений; 3) структурно-тектонический и сравнительный анализы древних маркирующих горизонтов; 4) структурно-геодинамический метод; 5) анализ линеаментов, выделенных по
трем разновозрастным эрозионно-тектоническим поверхностям.
Научная новизна. Большой объем фактического материала, сконцентрированный на относительно малой территории, дал автору возможность не совсем традиционно подойти к решению поставленных задач. Например, для выделения разноплановых неотектонических структур впервые была использована погребенная на глубину от 3 до 66 м поверхность дочетвертичных отложений, которая была построена силами коллектива ИГЭ РАН в масштабе 1:10 000.
В данной работе впервые:
– в рельефе погребенной поверхности дочетвертичных отложений Москвы выделены пять структурно-геоморфологических уровней и определены их возраст и деформации;
– в пределах неотектонического этапа выделены два подэтапа и соответствующие им структурные планы;
– доказано отсутствие унаследованности неотектоническими структурами древних, в том числе Павлово-Посадского разлома фундамента;
– подтверждено наличие и уточнено расположение Москворецкой и Лихоборской геодинамически активных зон, для чего был применен анализ разновозрастных линеаментов;
– выявлена закономерная обусловленность опасных экзогенных процессов и гидрогеологических окон геодинамически активными зонами в условиях платформ.
Защищаемые положения:
1. На территории Москвы в течение неотектонического этапа сформировались два
разновозрастных структурных плана, выраженные пологими изгибными структурами:
1) миоцен – эоплейстоценовый и 2) неоплейстоцен – голоценовый. Эти структурные планы
различаются не только по возрасту, но и по морфологии и знаку вертикальных движений.
2. Анализ истории геологического развития территории Москвы показал, что оба
новейших структурных плана являются новобразованными и не согласуются ни с одним из
более древних, в том числе киммерийским, герцинским и докембрийским структурными
планами.
-
Детальными структурно-геодинамическими исследованиями подтверждено и обосновано ранее выдвинутое предположение о существовании в неотектонической структуре территории Москвы двух геодинамически активных зон Москворецкой и Лихоборской и определена их морфология.
-
Установлена закономерная концентрация опасных карстовых, карстово-суффозионных и оползневых процессов и гидрогеологических окон в геодинамически активных зонах, обусловленная повышенными трещиноватостью и градиентами крутизны склонов в этих зонах.
Достоверность научных положений и результатов исследований определяется высоким качеством и детальностью исходного фактического материала и использованием апробированной многими исследователями, в том числе и автором, методологической базы.
Практическая значимость. Геологическая среда Москвы постоянно и активно осваивается и эксплуатируется. Наличие зон с аномальной напряженностью, повышенной трещиноватостью и проницаемостью (геодинамически активных), а также закономерную
приуроченность к ним опасных экзогенных процессов и областей повышенной скорости фильтрации подземных вод необходимо учитывать при различных видах ее использования.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: Международное рабочее совещание «Роль геодинамики в решении экологических проблем развития нефтегазового комплекса», ВНИМИ, С.-Петербург, 2003 г.; научно-производственная конференция «Инженерные изыскания в XXI веке», ФГУП ПНИИИC, Москва, 2003 г.; XV молодежная научная конференция памяти К.О. Кратца «Геология и геоэкология Европейской России и сопредельных территорий», Санкт-Петербург, 2004 г.; конференция «Глубинное строение, геодинамика, мониторинг, тепловое поле земли, интерпретация геофизических полей. III научные чтения памяти Ю.П. Булашевича», ИГФ УрО РАН, Екатеринбург, 2005 г.; конференция «Новые идеи в науках о Земле», МГГРУ, Москва, 2005 г.; международная конференция «Современное состояние наук о Земле», памяти В.Е.Хаина, МГУ, Москва, 2011 г.; EngeoPro-2011 «Environmental Geosciences and Engineering Survey for Territory Protection and Population Safety», International Conference of IAEG. Moscow, 2011.
Публикации. По теме диссертации лично и в соавторстве было опубликовано 5 статей в рецензируемых журналах из перечня, рекомендованного ВАК Минобрнауки РФ, 1 статья в иностранном журнале, 1 статья в иностранном сборнике, 1 статья в журнале и 24 статьи и тезиса в сборниках российских и международных конференций.
Структура и состав работы. Работа состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 140 страницах машинописного текста. Содержит 1 таблицу, 33 рисунка и список литературы, включающий 86 наименований.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН под руководством д.г.-м.н. В.И. Макарова и заведующего лабораторией эндогенной геодинамики и неотектоники им. В.И. Макарова к.г.-м.н. В.М. Макеева.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю к.г.-м.н. В.М. Макееву, доценту кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ к.г.-м.н. Н.В. Макаровой, сотрудникам лаборатории эндогенной геодинамики и неотектоники ИГЭ РАН д.г.-м.н. С.А. Несмеянову, к.г.-м.н. П.С. Микляеву, к.г.-м.н. С.В. Григорьевой, И.В. Коробовой, В.С. Крыловой, В.Г. Синчук, сотрудникам института к.г.н. Е.А. Карфидовой, к.г.-м.н. Г.И. Батраку, коллективам лабораторий ИГЭ РАН под руководством акад. В.И. Осипова, к.г.-м.н. И.В. Козляковой, д.г.-м.н. И.В. Галицкой, к.ф.-м.н. О.К. Миронова, к.г.-м.н. В.Г. Заиканова.
Краткий физико-географический и экологический очерк
Город Москва расположен в центральной части Восточно-Европейской равнины, в бассейне р. Москва, в подзоне хвойно-широколиственных лесов со сравнительно влажным умеренно-континентальным климатом. Вместе с пригородной зоной он образует (в радиусе 60-70 км от границ) так называемую Московскую агломерацию. Пригородная зона состоит из лесопаркового защитного пояса (выделенного в 1935 г.) площадью около 180 тыс. га. и внешнего пояса с городами-спутниками. Непосредственно лесопарковый пояс Москвы составляет 72 тыс. гектаров. Естественная гидрографическая сеть состоит из 350 водоемов и 200 малых рек и ручьев [Москва: геология..., 1997], протяженность открытых русел которых составляет около 249 км (т. н. «старая Москва»). Москва является одним из крупнейших мегаполисов мира, ее площадь до присоединения новых территорий составляла 1091 км2, после присоединения она увеличилась в 2,4 раза до 2531 км2. После расширения административных границ за счет территории Московской области Москва поднялась с 11 на 6 место в рейтинге крупнейших городов мира по площади.
По данным оценки численности населения Москвы по состоянию на 1 января 2013 г. оно составляло 11 979 529 чел. Москва является самым населенным, из городов, полностью расположенных в Европе, и входит в первую десятку самых населенных городов мира. На территории Москвы расположено около 2800 крупных промышленных объектов, 12 ТЭЦ, 4 ГРЭС, 53 районных и квартальных тепловых станций. Основные виды промышленности – это машиностроение, производство станков, судостроение, приборостроение. К развитым областям промышленного производства относится и производство черной и цветной металлургии (цветной прокат, алюминиевые сплавы и проч.). Развита химическая, легкая и полиграфическая промышленность [www.metaprom.ru]. За последние годы особенно интенсивно в Москве происходит строительство как жилых, так и производственных (преимущественно офисных и торговых) объектов. Москва обладает развитой дорожно-транспортной инфраструктурой. Общая длина линий метрополитена на 2013 г. составляет 326,6 км [www.mos.ru]. Общая протяженность улично-дорожной сети, в том числе магистралей, составляет 3859 км. Исторически город возник на «полуострове», образованном реками Москвой и Яузой. Первый человек в этих краях появился около 30 тыс. лет тому назад. С VIII века н.э. здесь образовались славянские поселения. По мере разрастания Москвы и других городов на природу оказывалось все более интенсивное техногенное воздействие. Проблема снабжения быстро растущего населения чистой питьевой водой стала ощущаться уже в начале XVIII века. Особенно обострилась экологическая ситуация с середины XIX века, когда в Москве возникли крупные промышленные предприятия. В это время значительно ухудшилось качество воздуха и воды. Многие водоемы, прежде всего Москва и Яуза, быстро превратились в сточные канавы многочисленных фабрик, заводов, мануфактур, ремесленных заведений. К сожалению, в наше время, проблема экологического неблагополучия Московского мегаполиса стоит во много раз острее, чем сто лет назад. По данным НИиПИ Генплана г. Москвы, 90% жителей столицы живут в неблагоприятных экологических условиях. Среди 94 крупнейших городов мира Москва занимает 60-70 место по экологической обстановке и состоянию здоровья населения и ситуация с годами только ухудшается. Без всяких сомнений наиболее неблагополучна в Москве воздушная среда. Источники загрязнения - это транспорт, топливно-энергетическое хозяйство, производство. Кроме основных компонентов (сернистых, азотистых соединений, углеродных выбросов и пыли), в воздушной среде Москвы обнаружено более 200 специфических элементов, в том числе ртуть, свинец, кадмий, медь и др. Второе место по загрязнению занимают почвы, что в значительной мере обусловлено загрязнением воздуха. На экологию города влияет преобладание западных и северо-западных ветров в районе Москвы. Качество водных ресурсов города лучше на северо-западе города выше по течению Москвы-реки. Важным фактором улучшения экологической обстановки города является сохранение и развитие скверов, парков и деревьев внутри дворов, значительно пострадавших в последние годы от точечной застройки. В Москве ежегодно вывозится около 5 млн. т. отходов. Больше половины их приходится на промышленные, остальное составляют бытовые отходы и осадки очистных сооружений водопровода, канализации и ливневого стока. В черте Москвы находится более 100 свалок промышленных и бытовых отходов, часть бывших свалок застроена жилыми кварталами. Как известно, отличительной особенностью свалочных тел, представляющих собой насыпные грунты с примесью строительных, промышленных и бытовых отходов, являются процессы литификации, сопровождающиеся образованием биогаза и фильтрата атмосферных осадков основных поставщиков токсичных веществ во вмещающие породы, подземные воды и приземную атмосферу.
Грунтовые воды почти повсеместно сильно загрязнены поступлением с инфильтрационным питанием различных неорганических и органических компонентов, особенно в период снеготаяния, в результате значительных потерь из канализационных сетей, а также неучитываемого сброса жидких отходов на территории ряда промышленных предприятий. Основные компоненты атмосферных выбросов - сернистые, азотистые соединения, углеродные выбросы, пыль, кроме них обнаружено более 200 специфических соединений, в т.ч. ртуть, свинец, кадмий, медь и другие. Кроме химического загрязнения природных компонентов Москвы в наличии имеется также весь спектр «физического загрязнения». Это наведенные электрические, магнитные, вибрационные, гравитационные, микросейсмические поля, а также повышенный в некоторых местах радиационный фон.
Геологическая среда, являющаяся непосредственным предметом данных исследований, это часть природно-техногенной системы г. Москвы, и, соответственно, на нее оказывают влияние экологически неблагоприятные факторы, в целом характерные для Московского региона. Сама геологическая среда, как часть многокомпонентной системы, оказывает непосредственное влияние на жизнедеятельность города. Например, ее неоднородность, различие инженерно-геологических свойств пород в зависимости от состава и генезиса влияет на устойчивость сооружений, а наличие зон повышенной проницаемости и трещиноватости горных пород способствует быстрому проникновению агрессивных сильно загрязненных поверхностных вод в глубокие водоносные горизонты, развитию опасных для инженерных сооружений процессов (карст, суффозия и др.), коррозии подземных коммуникаций и т.д.
История неотектонических исследований платформенных территорий
Как уже упоминалось выше, в основу неотектонических исследований платформенных территорий легли общетеоретические и региональные труды выдающихся ученых, впервые выделивших неотектонический этап в геологической истории Земли и развивших эти представления. Это работы В.А. Обручева [Обручев, 1948 и др.], Э. Аргана [Арган, 1935 и др.], Н.И. Николаева [Николаев, 1962; Карта новейшей..., 1959; Карта новейшей..., 1973 и др.], С.С. Шульца [Карта новейшей..., 1959; Шульц, 1979 и др.], А.Ф. Грачева [Карта новейшей..., 1996 и др.].
Во второй половине XX века большое развитие получили неотектонические исследования областей высокой позднекайнозойской активности — орогенов, островных дуг, активных континентальных окраин, современных рифтов и т.д. Платформенные территории попали в поле зрение неотектонистов сравнительно недавно. Эти работы, как правило, носят региональный характер, хотя есть и обобщающие труды, касающиеся, как теоретических вопросов развития платформенных территорий в новейшее время, так и работы, охватывающие территории Восточно-Европейской или Сибирской платформ в целом. К сожалению, в рамках данной диссертации не представляется возможным подробно осветить весь спектр работ по неотектонике платформ, поэтому хотелось бы остановиться на нескольких относительно недавних, наиболее важных на взгляд автора, монографических трудах.
Одной из таких работ является монография М.Л. Коппа «Мобилистическая неотектоника платформ Юго-Восточной Европы» [2004]. Она посвящена проблеме происхождения внутриплитных новейших дислокаций, которые связываются с воздействием на платформу процессов, происходящих на её активных окраинах. На основе данных полевых исследований Скифской плиты, Окско-Донского региона, Поволжья и Прикаспия делается попытка расшифровать картину согласованных перемещений платформенных блоков и увязать её с давлением, идущим от Периаравийской коллизионной области. Также нельзя не сказать о работе А.К. Карабанова с соавторами «Неотектоника и неогеодинамика запада Восточно-Европейской платформы» [2009]. На основании строения и развития глубинных структур литосферы, фундамента и допозднеолигоценовых тектонических элементов платформенного чехла описаны структурно-формационные подразделения новейших отложений, неотектонические структуры и активные разломы запада Восточно-Европейской платформы. В этой работе установлены особенности неотектонической эволюции земной коры и основные черты современного геодинамического режима запада Восточно-Европейской платформы. Кроме того, рассмотрены вопросы терминологии и методических аспектов неотектонических и неогеодинамических исследований.
Еще одной такой работой является монография А.И. Трегуба «Неотектоника территории Воронежского кристаллического массива» [2002]. В основу этой работы заложено представление о непосредственной связи неотектонических структур, рассматриваемых как отдельные блоки разных рангов, с разломами кристаллического фундамента и осадочного чехла, т. н. «штамповая» тектоника.
Наконец, наиболее важной с точки зрения автора представляется монографическая работа Ф.Н. Юдахина с соавторами «Глубинное строение и современные геодинамические процессы в литосфере Восточно-Европейской платформы» [2003]. В этой работе дана подробная характеристика региональных неотектонических, геоморфологических и глубинных геолого-тектонических условий Восточно-Европейской платформы, основанная на богатом материале экспериментальных исследований для разных масштабных уровней изучения среды.
Состояние изученности проблемы геодинамически активных зон платформенных территорий Термин «геодинамически активная зона» (ГдАЗ), хотя и является относительно новым, уже занял свое достаточно устойчивое место во многих научных исследованиях различных авторов. К сожалению, существуют довольно значительные вариации в его понимании, что составляет существенную проблему. Попытка решить эту проблему была сделана автором с коллегами в статье «Геодинамически активные зоны платформ», опубликованной в журнале «Геоэкология» [Макаров, Дорожко и др., 2007].
Необходимость такого определения термина «геодинамически активные зоны» возникла не только в связи с разночтениями этого термина, но и с существованием распространенного мнения о наличии высокой активности современных разрывных нарушений (разломов) в пределах платформ [Касьянова, Кузьмин, 1996; Кузьмин, 1998; Морозов и др., 2001; Сим, 2002; 2003 и др.]. Здесь нужно сказать несколько слов о термине «активный разлом». Его подробный анализ был сделан в вышеупомянутой статье автора с коллегами [Макаров, Дорожко и др., 2007]. В частности, там говорится, что существует несколько толкований самого термина «активность». По мнению Н.А. Логачева с соавторами [1990], под этим термином понимается мера суммарного комплексного воздействия на литосферу или земную кору многокомпонентной системы частных эндогенных процессов, приводящих к последовательному преобразованию ее структуры. Она фиксируется отклонением от некоторого уровня интенсивности проявления основных тектонических процессов и их параметров: скоростей и амплитуд движений, теплового потока, магматизма, сейсмичности и некоторых других, косвенно отражающих мощность литосферных энергетических источников.
Наряду с этим существует другое понимание активности. В специальном обзоре и рекомендациях, а также в подборке материалов, посвященных активной тектонике [Active Tectonics, 1986], авторитетные специалисты США, констатируя отсутствие единого определения активной тектоники, определяют ее как текущие в настоящее время и ожидаемые в будущем тектонические движения, которые могут иметь существенную социальную значимость. Большую часть процессов, связанных с активной тектоникой в этом понимании, можно адекватно описать для практических целей, используя геологическую летопись последних 500 000 лет, т.е. плейстоцен-голоценовый отрезок геологической истории. Степень, уровень или мера активности, причины и формы ее проявления не являются здесь определяющими. Такое понимание определения "активный" разделяют многие специалисты и в нашей стране. Разногласия на этом направлении касаются продолжительности временного интервала, который принимается в качестве активного, «живого» и фактически противопоставляется предшествующим временам, перешедшим в категорию геологического прошлого и характеризующим древний субстрат.
В качестве примера практического применения термина «активный разлом» можно привести официальный документ, выпущенный Госатомнадзором РФ в 2001 г. [РБ-019-01, 2001] Это Руководство по безопасности «Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно- и радиационно опасных объектов на основании геодинамических данных». Здесь дано следующее определение термина «активный разлом»: «Активный разлом - тектонический разлом, в зоне которого за четвертичный период геологического развития произошло относительное перемещение примыкающих блоков земной коры на 0,5 м и более или наблюдаются их относительные смещения со скоростями современных движений 5 мм/год и более». Здесь же приведена классификация тектонических структур и движений по их времени и протяженности.
Зачастую на практике скорости движений по «активным разломам» определяются в лучшем случае по данным повторных геодезических измерений, бывает, что они на порядок и более превышают не только скорости, вытекающие из геологических данных, но и скорости смещений вдоль известных активнейших разломов современных горно-складчатых и рифтовых областей (см., например, сводку В.Г. Трифонова с соавторами [2002], содержащую каталог активных разломов). Современные разломы на платформах выделяются часто только на основе данных по современным вертикальным движениям земной коры (СВДЗК), которые определены геодезическими методами и имеют короткопериодный, высокочастотный колебательный характер. В литературе не приведено фактических описаний сколько-нибудь отчетливых проявлений трендовой составляющей этих движений в платформенных условиях, которая была бы реализована в виде действительных геологических разломов с достаточно заметными относительными смещениями их крыльев, проявленными, например, в четвертичных отложениях.
Отсутствие достаточно определенных тектонических разломов в чехле и уступов в рельефе на примере Русской плиты или, по крайней мере, крайне редкие указания на их проявление позволяют считать, что разломообразование (не трещино-, а именно разломообразование) в осадочном чехле платформы практически не происходит и является скорее исключительным явлением. Что же касается разломов в погребенном кристаллическом основании платформы (в том числе, активизации древних, доплитных разломов), то наблюдения на щитах, где это основание вскрыто на поверхности, подтверждают наличие в нем молодых разрывов. Но они характеризуются обычно незначительной амплитудой (десятки сантиметров – первые метры). Трансформация и рассеяние таких разрывов основания в осадочном чехле толщиной в сотни метров и первые километры делает практически невозможным их проявление в его приповерхностных слоях. Даже крупнейшие докембрийские разломы кристаллического основания, связанные с авлакогенной стадией развития будущих платформ, установленные геофизическими методами и редко глубоким бурением, в чехле не проявлены как разломы или проявлены в нем в качестве очень пологих флексур конседиментационного типа, т.е. весьма малоградиентных как в пространстве, так и во времени изгибных дислокаций чехла. Вклад четвертичных и тем более голоценовых движений в их развитие оказывается совсем незначительным [Макаров, 1997; Юдахин и др., 2003].
История развития и тектоническая структура архей-протерозойского кристаллического фундамента
Центральная часть платформы расположена в области взаимодействия трех крупнейших структурных элементов: Прибалтийско-Беломорского метасегмента, Украинско-Воронежского и Волго-Уральского сегментов, разделенных мобильными поясами. Прибалтийско-Беломорский метасегмент – это гигантская полукольцевая структура, имеющая 1000-1200 км в поперечнике и состоящая из остаточных массивов-ядер архейской стабилизации, обрамленных позднеархейскими-раннепротерозойскими разнопорядковыми мобильными поясами. Украинско-Воронежский сегмент охватывает северную часть Украинского щита и полностью
Воронежский кристаллический массив. Особенность строения этого сегмента – блоковая структура c межблоковыми швами субмеридионального направления. Каждому блоку свойственен свой тип коры с присущими только ему степенью ее дифференцированности, мощностью и составом. Для Волго-Уральского сегмента также характерно мозаичное строение, обусловленное сложно-построенными изометричными куполовидными структурами. Мобильные пояса в плане состоят из серий прямолинейных и дугообразных линейных зон, рассеченных разломами. Их внутренняя структура представляется в виде моноклиналей и чешуйчатых надвигов, что подтверждается данными глубинной сейсморазведки [Демченко, 98] (рис. 3.1). Территория Москвы расположена в зоне пересечения позднеархейско-раннепротерозойского Полесско-Кировского мобильного пояса авлакогенов (северная часть) и Пачелмского пояса авлакогенов (Подмосковный авлакоген – южная часть Москвы) позднепротерозойского возраста. Образование Подмосковного авлакогена связано с начальной стадией формирования осадочного чехла Восточно-Европейской платформы, которая продолжалась около 1000 млн. лет. Палеорифты заполнены средне- и верхнерифейскими грубосортированными красноцветными терригенными отложениями, иногда вмещающими вулканиты. Результаты переинтерпретации сейсмических материалов 60-х – 70-х годов позволили предположить, что глубина залегания кристаллического фундамента Среднерусской (а возможно и Пачелмской) системы авлакогенов изменяется от 4.0 до 7.5 км, а не от 2.5 до 4 км, как предполагалось ранее. Кроме того, предполагается, что нет четкой границы между кристаллическим фундаментом и верхним протерозоем.
В районе Москвы, по данным И.В. Померанцевой, граница К1 проходит на глубине до 9 км, К2 на глубине 17-22 км, а поверхность Мохоровичича (М) - на глубине 38-40 км. Скорость пластовых волн изменяется в нижней части земной коры (ЗК) от 6,2 до 6,7 км/с в зоне поверхности М достигает 8,15 км/с (рис. 3.2). В Подмосковном авлакогене наблюдается сокращение мощности верхней части ЗК, небольшое воздымание кровли мантии и увеличение мощности нижнего слоя коры между границами К2 и М [Кузьменко, 94а]. Геологическое и тектоническое строение фундамента исследуемой территории изучено главным образом различными геофизическими методами и схематично отображено на мелкомасштабных картах В.Н. Зандера [1968ф], Ю.Т. Кузьменко [1994а,б], Е.М. Крестина [1986ф]. В Центре ГЕОН по результатам исследований методом разведочной сейсмологии были получены данные о строении кристаллической толщи ЗК от поверхности протерозойского кристаллического фундамента (глубина 1, 45-2,7 км и более) до поверхности М (глубина 36-39 км) в масштабе 1:100 000, а также составлена карта поверхности фундамента Хорошевского района в масштабе 1:10 000 [Померанцева, 2002 и др.]. Кроме того, некоторые отрывочные сведения были получены по материалам бурения трех скважин, достигших фундамента: 12 (Р-7, ТЭЦ-21), 23 (Боенская) и за пределами Москвы скважина 44 (Апрелевская). Рельеф поверхности кристаллического фундамента отражает сумму тектонических движений рифтового и платформенного этапов развития территории и результатов эрозионно-денудационных процессов, видоизменивших его до начала перекрытия образованиями осадочного чехла (рис. 3.3). Морфоструктура кристаллического фундамента сложная, она расчленена на блоки, что обусловлено развитием разломов преимущественно северо-восточного и субширотного простираний. Вероятно, это связано с резкой активизацией тектонических движений в процессе формирования рифейского Подмосковного авлакогена. Это – субширотная структура протяженностью около 450 км при ширине до 40 км. В пределах авлакогена одним из наиболее погруженных структурных элементов является Теплостанский грабен, глубина залегания кристаллического фундамента в зоне которого достигает 2,8 км. С юга и севера грабен ограничен Раменским и Павловопосадским разломами соответственно, на востоке и западе - Люберецким и Звенигородским горстообразными выступами с глубинами залегания фундамента 1,6-2,0 км. На севере к грабену примыкает Красногорский горст, являющийся частью Истринско-Кольчугинского выступа, наиболее приподнятая часть которого с глубиной залегания фундамента 1,4 км располагается в районе Строгино. К югу от грабена располагается Тумско-Шатурский выступ. Площадь Теплостанского грабена в целом достигает 600 км2 [Кузьменко, 1994а,б]. Осадочный чехол начинается отложениями среднего рифея, локализованными в пределах Теплостанского грабена Подмосковного авлакогена. Среднерифейско-вендский структурно-формационный комплекс в целом представлен эпиконтинентальными отложениями общей мощностью приблизительно 2300 м. Их накопление связывается с интенсивными байкальскими тектоническими движениями, которые привели к образованию Подмосковного субширотного авлакогена, частью которого является Теплостанский грабен (см. рис. 3.2 и 3.3). В границах последнего произошло накопление средне-верхнерифейских терригенных отложений мощностью до 2000 м. В позднем венде произошло накопление терригенных отложений мощностью не более 300 м. Верхневендские отложения формировались в обширных, плоских прогибах, выходящих далеко за пределы границ авлакогенов. Сопряженно с ними развивались пологие валообразные поднятия, которые устанавливаются и в пределах мегаполиса. На основании бурения и сейсморазведки, выполненных с целью поиска нефтегазоносных структур в породах рифея и венда, по сокращению мощности и изменениям наклона слоёв выделяются Москворецкий и Видновский валы. Они локализованы соответственно в пределах Павлово-Посадского и Раменского сбросов.
Среднерифейский и верхнерифейско-древлянский структурные комплексы расчленены поперечными разломами на блоки, которые занимают различное гипсометрическое положение. Породы, слагающие их, наклонены на север – в направлении Павлово-Посадского разлома. Падение слоев 20 м/км [Осипов и др, 1997]. Салаирский и следующий за ним каледонский тектоно-магматические циклы проявились общим поднятием территории, которое продолжалось в течение кембрия, ордовика, силура и раннего девона. Это привело к частичному разрушению дислоцированных отложений докембрийских пород, а в отдельных случаях (на валообразных поднятиях) к их полному исчезновению.История развития и тектоническая структура среднедевонско-каменноугольного структурно-формационного комплекса На рубеже протерозоя и палеозоя общее прогибание земной коры сменилось длительными и медленными восходящими движениями, охватившими обширную область платформы. Начиная с кембрийской эпохи в течение около 170 млн. лет территория Москвы располагалась в области суши. В ее пределах преобладали процессы эрозии и денудации, в результате которых была уничтожена некоторая часть протерозойских отложений. В конце раннего девона в результате региональной перестройки поля тектонических движений и начала герцинской тектонической эпохи, центральные районы Восточно-Европейсткой платформы вовлекаются в длительное прогибание. Происходит смена континентального режима на морской, который продолжается в течение более чем 100 млн. лет (девон, карбон). Девонская система в рассматриваемом районе распространена повсеместно, залегая на различных горизонтах размытого венда. Она представлена нижним, средним и верхним отделами. Общая мощность девона здесь около 920 м. В средне- и позднедевонскую эпохи формирование осадочного чехла происходило на фоне многократных трансгрессий и регрессий, выразившихся в частой смене мелководно-морского осадконакопления (песчано-глинистые и карбонатно-глинистые фации) [Гос. геол. карта..., 2001ф]. Происходила седиментация преимущественно карбонатных осадков открытого моря или, наоборот, доломитово-сульфатных отложений лагунных засоленных бассейнов.
Отложения карбона также развиты на всей территории и частично выходят здесь на поверхность. Максимальная мощность этих отложений составляет 440 м. Интенсивное поднятие и осушение территории в конце турне и начале визе привело к размыву турнейских отложений. В бобриковское и раннетульское время началось слабое опускание территории. Среднетульская морская трансгрессия положила начало существованию мелкого моря нормальной солености с периодическими колебаниями его уровня вплоть до конца серпуховского времени [Махлина и др, 1993]. Серпуховские известняки с обедненным комплексом фауны отражают обстановку регрессирующего моря. С конца серпуховского до начала московского ярусов территория представляла собой сушу. В начале московского века началась крупная трансгрессия моря с востока. Для средне- и верхнекаменноугольного времени характерны частые изменения уровня моря и условий осадконакопления, в результате чего образовались толщи, сложенные чередованием карбонатных и терригенных, преимущественно глинистых пестроцветных образований.
Как уже упоминалось выше, Москва расположена на юго-западном крыле Московской синеклизы, образование которой связано с герцинскими тектоническими движениями. Это крыло характеризуется очень пологим ступенчатым моноклинальным наклоном слоев на северо-восток с градиентом в несколько метров на километр. Эти отложения с угловым и стратиграфическим несогласием перекрывают все более древние отложения и структуры.
Девонско-каменноугольный структурно-формационный комплекс по тектоническим условиям и условиям осадконакопления подразделяется на четыре подкомплекса [Гос. геол. карта..., 2001ф]: ряжско-тиманский, саргаево-турнейский, визейско-серпуховской и московско-гжельский. Ряжско-тиманский образован терригенными и терригенно-карбонатными породами мощностью 35-450 м. Саргаевско-турнейский подкомплекс представлен карбонатными и карбонатно-терригенными породами мощностью 450-550 м. Визейско-серпуховской подкомплекс слагается карбонатно-терригенными и карбонатными породами мощностью до 150 м. Московско-гжельский подкомплекс сложен переслаивающимися карбонатными и терригенно-карбонатными отложениями мощностью до 250 м. В разрезе палеозоя Московской синеклизы в качестве опорного горизонта традиционно рассматривается кровля нижнего верейского глинистого горизонта среднего карбона. В процессе работы над диссертацией нами была построена уточненная структурная карта кровли верейского горизонта г. Москвы по данным 62 скважин (рис. 3.4).
Кровля верейского горизонта расположена в интервале абсолютных высот от 75 на северо-востоке до 40 на юге. На уточненной карте достаточно отчетливо выделяются герцинские тектонические структуры II и III порядков, выделенные предыдущими исследователями [Гос. геол. карта..., 2001ф]. К структурам II порядка относятся Подольский выступ (ПД) с характерными высотами от 5 до 40 м и Северная впадина (СВ) с высотами от -75 до -25 м. Их разделяет Коломенская флексура субширотного простирания, осложняющая моноклинальное падение слоев крыла Московской синеклизы на северо-восток. Ее наклон составляет 20-25 м/км.
Структурно-геоморфологический анализ подошвы кайнозойских (поверхности мезозойских) отложений
Под геодинамически активными зонами (ГдАЗ) автором понимаются преимущественно линейные объемы земной коры разного масштаба, в которых в силу различных причин существуют условия для концентрации и разрядки тектонических напряжений и повышенных градиентов движений и деформированности горных пород [Макаров, Дорожко и др., 2007].
Это могут быть зоны, развивающиеся в условиях динамического сопряжения структурных форм или неоднородных геолого-геофизических сред между собой, которые сопровождаются аномалиями тектонических напряжений и деформируемости. Они характеризуются повышенными подвижностью и сейсмичностью, трещиноватостью и проницаемостью, геофизическими аномалиями, активизацией и спецификой развития связанных с ними экзогенных процессов, а также инженерно-геологических и экологических свойств геологической среды [Макаров, 1996; Макаров, 2001; Макаров, Макарова, 2003; Макарова и др., 2012; Макеев и др., 2012 и др.]. В зависимости от природы, масштаба и ранга они имеют различные глубины заложения, протяженность, ширину и время развития. Крупнейшие ГдАЗ возникают на границах смежных геодинамических систем глобального и панрегионального порядка, например, на границах взаимодействующих литосферных плит [Макаров, 1997].
Степень активности новейших ГдАЗ обычно характеризуется прежде всего градиентами и амплитудами тектонических движений и выраженностью в современном рельефе. В приповерхностной зоне земной коры с ними связаны закономерно распределенные элементы эрозионно-денудационного рельефа, ослабленные или, наоборот, избыточно напряженные, но тоже неустойчивые массивы горных пород, участки их повышенной проницаемости и обводненности. Эти зоны могут в значительной мере контролировать локализацию и развитие карстовых и суффозионных процессов, нарушение проницаемости водоупорных горизонтов и местоположение гидрогеологических «окон», через которые осуществляется связь поверхностных и глубинных водоносных горизонтов и загрязнение последних. Они также контролируют пространственное перераспределение техногенного загрязнения земной поверхности. С ними связаны проявления сейсмичности, горные удары и другие негативные геодинамические явления. Физическая (энергетическая) и геохимическая аномальность геодинамически активных зон позволяет рассматривать их в качестве потенциально геопатогенных [Жигалин, Макаров, 1998 и др.]. Для выделения этих зон необходимо выяснить, каким образом, где и почему создаются такие условия для образования ГдАЗ. При этом необходимо учитывать строение всех смежных областей, а также то, что каждый участок земной коры находится под воздействием различных источников сил. В.И. Макаровым [1996] и многими другими исследователями выделяются следующие источники сил и напряжений: латеральное динамическое взаимодействие смежных литосферных плит, блоков или геодинамических систем разных рангов; процессы преобразования и течения вещества, которые происходят дифференцированно на разных уровнях литосферы (в том числе и в верхнекоровой части) и трансформируются прямо или опосредованно на ее поверхность; силы гравитации; силы неравномерно вращающейся Земли (ротационные). Условия для образования геодинамически активных зон возникают, как правило, на границах территорий с разными источниками деформаций и образования неотектонических структур. Геодинамические условия образования неотектонических структур и геодинамически активных зон Говоря о геодинамических условиях, обеспечивших формирование неотектонического структурного плана территории Москвы, необходимо сказать о глубинных геодинамических системах, выделенных по геолого-геофизическим данным, включающим характеристики геофизических полей, особенности строения земной коры и верхней мантии, сейсмичности, тектоники, современных движений и т.д. Впервые эти системы были предложены и описаны В.И. Макаровым [1996], в большинстве последующих его работ теория геодинамических систем получила свое дальнейшее развитие. На территории Северной Евразии выделены следующие глубинные геодинамические системы: Скандинавская, Альпийская (с двумя подсистемами -Карпатской и Кавказско-Копетдагской), Уральская, Центрально-Азиатская и Каспийская (рис. 6.1). Эти системы являются коромантийными активными объемами, определяющими с геологического прошлого до настоящего времени масштаб, интенсивность и специфику проявления тектонических процессов. Глубинные источники энергии этих систем расположены в пределах активных в разное время орогенов. Здесь же расположены очаги сильнейших излучателей упругих волн. Восточно-Европейская платформа (ВЕП), в центральной части которой находится исследуемая территория, является условно-пассивной, на нее распространяется воздействие смежных активных областей (геодинамических систем). Неотектоническая структура северной половины Русской плиты ВЕП связана с развитием Фенно-Скандинавского поднятия (Балтийского щита и Норвежского орогена). Современные поднятия последних образовались как в результате гляциоизостатических движений, так и в результате процессов спрединга в Северной Атлантике. Фронт динамического влияния Скандинавской системы распространяется до Тимана, Среднего Урала, а в центре до Смоленско-Дмитровско-Ветлужского вала, который и образует региональный раздел в новейшей структуре ВЕП. Неотектонические структуры южной половины платформы образовались под воздействием другой геодинамической системы горноскладчатого сооружения Альпийского пояса, в частности, его Карпатского и Кавказского сегментов. Для этой части платформы характерно развитие меридиональных структур, которые гаснут в районе Смоленско-Дмитровско-Ветлужского вала. Последний является переходной зоной сопряжения двух геодинамических систем. Несмотря на то, что этот вал находится на наибольшем удалении от геодинамических систем, именно здесь происходит их взаимодействие, поэтому здесь может появляться своеобразное напряженное состояние и его структурное выражение, вследствие чего эта зона сама является геодинамически активной зоной первого ранга. Исследуемая территория частично расположена в центральной части Смоленско-Дмитровско-Ветлужской зоны, на ее южной границе, а частично находится под воздействием Альпийской геодинамической системы. Это подтверждает структурно-геоморфологический план Московско-Нижегородского района Русской плиты, составленный В.И. Макаровым [1996] и опубликованный также в монографиях [Москва..., 1997; Юдахин и др., 2003] (рис. 6.2). На структурно-геоморфологическом плане геодинамически активная зона I ранга (Смоленско-Дмитровско-Ветлужский вал) представлена ее сегментом -Московско-Дмитровским или Клинско-Дмитровским поднятием. Клязьминская относительно опущенная зона является его южной границей и имеет значительную протяженность. Северная часть исследуемой территории расположена в ее пределах. Южная и юго-восточная части относятся к Наро-Фоминскому поднятию и Мещерскому прогибу соответственно. Разделяет эти различные по морфологии и условиям образования структуры Москворецкая линеаментная зона. Наро-Фоминское поднятие, а также Южно-Серпуховской прогиб, имеют хорошо выраженное субширотное простирание. Они образовались, вероятно, под воздействием с юга крупной Воронежской антеклизы, новейший структурный план которой отличается от древнего. По данным А.И. Трегуба [2002], для большей части новейшей структуры Воронежской антеклизы характерно субмеридиональное сжатие и субширотное растяжение, что говорит о влиянии на нее и сопряженные ей структуры Карпато-Кавказского сегмента Альпийской геодинамической системы. Таким образом, можно предполагать, что структуры южной и юго-западной части исследуемой территории образовались в результате субмеридионального воздействия со стороны Воронежской антеклизы и Карпато-Кавказской геодинамической системы.
Западная часть территории Москвы принадлежит Мещерскому прогибу, части крупной платформенной структуры — Окско-Донского прогиба. Эта структура активно развивается на протяжении всего кайнозоя. В последнее время все больше поддержки находит точка зрения о присутствии здесь автономного источника деформаций, которым являются восходящие движения подкорового вещества, приводящие к устойчивому прогибу и растяжению верхней части земной коры. Таким образом, в пределах Москвы расположена территория, имеющая третий, независимый источник деформаций и испытывающая устойчивое опускание.
