Модели современного вращения Евразии. Внутриплитные

УДК 550.24
В.Ю. Тимофеев, Д.Г. Ардюков, А.Ю. Казанский,
Д.В. Метелкин, Е.В. Бойко, В.Ю. Брагин
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск
ОБ УНАСЛЕДОВАННОСТИ ДВИЖЕНИЙ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ (GPS И
ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ДАННЫЕ)
V.Yu. Timofeev, D.G. Ardyukov, A.Yu. Kazanskii,
D.V. Metelkin, E.V. Boyko, V.Yu. Bragin
Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk
SIBERIAN PLATFORM ROTATION AT DIFFERENT GEOLOGICAL EPOCHS (GPS
AND PALAEOMAGNETIC DATA)
We discuss the result of modern GPS measurement and palaeomagnetic study for Age of
Reptiles. Comparison was developed for rotation parameters – Amurian plate relative to Siberian
plate and opposite it. Position of pole was similar but modern velocity was higher.
Модели современного вращения Евразии. Внутриплитные смещения
тектонических плит разумней изучать, имея максимально точную модель
смещения глобальной плиты (в нашем случае Евразии). Из известных
моделей вращения Евразии можно отметить геолого-геофизическую модель
NNR-Nuvel-1a, модель APKIM2000 [12], построенную по GPS данным всех
постоянных станций Евразии на эпоху 2000 года. Для построения модели
нами рассматривались экспериментальные результаты для станций ARTU
(Средний Урал), NVSK (Новосибирск), KSTU (Красноярск) и IRKT (Иркутск)
на 2006 г. Рассматривались значения горизонтальных скоростей за год в
геоцентрической системе координат. Станции расположены в полосе широт
(52÷56 градусы северной широты) от Урала до Байкала (от 58 до 104 градусов
восточной долготы) в тектонически стабильной части Евразийской плиты.
Данные по этим станциям показали систематические отклонения (± 2 мм) от
оценок по модели NNR-Nuvel-1a и модели APKIM2000. Как известно, для
определения скоростей горизонтальных смещений отдельного пункта с
координатами φ и λ используются следующие соотношения:
∂φ/∂t = ω cos (Φ) sin (λ-Λ)
∂λ/∂t = ω[sin (Φ) – cos (λ-Λ)tan (φ) cos (Φ)],
(1)
где Φ, Λ, ω – координаты полюса вращения плиты и еѐ скорость.
Составив систему уравнений и значения скоростей смещений отдельного
пункта с координатами φ и λ можно получить координаты полюса и скорости
вращения тектонической плиты (Φ, Λ, ω). Опираясь на результаты
континентальных станций юга Сибири (ARTU, NVSK, KSTU, IRKT) была
построена модель AR-IR-2006, относительно которой вычислялись
аномальные внутриплитные смещения.
Таблица 1. Параметры вращения Евразии по известным различным моделями
для модели AR-IR-2006. Ошибка на уровне последней цифры после запятой
Модель NNR-Nuvel-1a
Параметры полюса вращения
Широта
Долгота
Скорость
градусы
градусы
градус/млн. лет
50.631°N
247.725°E
0.2337
Модель APKIM-2000
57.9°N
262.9°E
0.2587
Модель AR-IR-2006
51.045°N
255.842°E
0.2423
Определение параметров вращения Амурской плиты. При изучении
кинематики Амурской плиты и определении положения полюса и скорости
вращения будем использовать геоцентрическое решение для 6 станций
Сихотэ-Алиньской сети (восточная часть плиты) [10] и известное решение
для Забайкальской сети (западная часть плиты) [5]. Используем модель ARIR-2006 получаем среднее значение (2003-2006 гг.) для станций СихотэАлиньской сети: +1.38
0.62 мм ( ), +1.01
0.31 мм ( ), на СВ. Для
контроля построим второе геоцентрическое решение через относительное
(через постоянные станции Кореи SUWN и DAEJ). Используем модель ARIR-2006 и получим среднее значение станций сети: 1.75
0.32 мм ( ),
+1.28 0.31 мм ( ), т. е. также на СВ. Для западной части плиты в расчѐты
приняты результаты по 6 станциям (1997-2004 гг.), расположенным к юговостоку от озера Байкал. Расчѐты проводились относительно станции
Иркутск,
расположенной
на
Сибирской
платформе.
Учитывая
дискуссионность восточной границы Амурской плиты, рассматривалось
решение с учетом сети забайкальских станций и только пункта ZMEY (+1.53
0.62 мм ( ), +1.30 0.51 мм ( )) на Дальнем Востоке. В последнем случае в
качестве восточной границы Амурской плиты принят разлом Дун-Ми
системы разломов Тан-Лу. Полученные положения полюса вращения
плиты оказались очень близки. Среднее значение по трѐм определениям:
57.6
0.5 , 117.1
0.5 и 0.083
0.004 в млн. лет. В пределах ошибок
не обнаружено значительных различий при различных положениях
восточной границы Амурской плиты.
Большой интерес представляет сравнение мгновенного полюса
вращения Сибирской платформенной области относительно ее южного
складчатого обрамления (в данном случае Амурской плиты) с полюсами
вращения, рассчитанными по палеомагнитным данным для мезозойского
интервала. Сама идея о повороте Сибирского кратона относительно его
складчатого обрамления в течение мезозоя является далеко не новой.
Впервые эта гипотеза была высказана П.С. Вороновым, обратившим
внимание на ориентировку сдвиговых нарушений на Севере Сибири,
отвечающую повороту Сибирской платформы по часовой стрелке [2].
Позднее появились новые геологические и геофизические подтверждения
такого поворота.
Рис. 1. Смещение Амурской плиты относительно плиты Евразия по
различным определениям. Показан один из вариантов границы Амурской
плиты. Положение Сихоте-Алиньской и Забайкальской сетей GPS измерений
показано звѐздочками. Вращение Амурской плиты против часовой стрелки
А.Н. Храмов с соавторами, на основе анализа палеомагнитных данных
по позднему палеозою – раннему мезозою установил наличие
дифференциальных поворотов Сибирской платформы по отношению к
фрагментам ее западного и южного складчатого обрамления (рис. 2) [3, 9].
Аналогичная идея была выдвинута М.Л. Баженовым и А.А. Моссаковским
[1], угол поворота Сибири относительно Европы в после раннетриасовое
время ими оценивается в 10°.
Независимая оценка поворота Сибирского кристаллического массива в
составе Евразийской плиты в мезозое по закономерностям изменения
возраста и места проявления внутриплитного магматизма была сделана
Л.П. Зоненшайном с соавторами [4]. При этом полюс вращения в их
модели находится внутри платформы, а поворот вокруг этого полюса
составил 75° по часовой стрелке (рис. 2).
Рис. 2. Положение полюсов вращения Сибирской платформыотносительно
складчатого обрамления:
а) по Храмову и др. [9]. Показаны повороты Сибирской платформы относительно (слева
направо): Русской платформы, Казахстанских блоков, Тарима, Амурской плиты); б) по
Зоненшайну и др. [4]. Цифрами показаны: проявления магматизма 1 – пермские; 2 –
триасово-среднеюрские; 3 – позднеюрские-раннемеловые; 4 – пермо-триасовые (траппы);
5 – палеомагнитные полюса; 6 – полюс вращения Сибири с 250 до 130 млн. лет назад; 7 –
граница Сибирского континента в Перми
Дополнительные геофизические, петрологические и геологические
подтверждения указанного поворота платформы приведены в работе Г.Л.
Митрофанова и А.П. Таскина [8]. В последнее время получены новые
палеомагнитные данные, подтверждающие реальность поворота Сибирской
платформы относительно ее западного обрамления в послепермское время [6]
и в целом Сибирского домена внутри Евразийской плиты (относительно
Европейской части плиты) в течение почти всего мезозоя (рис. 3) [7].
Координаты полюсов вращения (эйлеровых полюсов) Сибирского домена
Евразийской плиты, рассчитанных различными авторами приведены в табл. 2.
Следует оговориться, что координаты эйлеровых полюсов, полученных по
палеомагнитным данным, даны в относительной, а не абсолютной системе
координат, тогда как для GPS определений эти две системы координат совпадают.
Это позволяет корректно сравнивать положение полюсов вращения в
относительной системе.
Доверительные интервалы определения палеомагнитных полюсов, как
правило, составляют 5-10º, поэтому в пределах ошибки определения, все
полюсы имеют хорошую сходимость между собой, в том числе рассчитанный
по результатам GPS наблюдений. Практически неизменное положение
полюса вращения Сибирской платформы относительно структур ее
складчатого обрамления в относительной системе координат свидетельствует
о постоянстве вращения Сибирского домена в структуре Евразийской плиты.
По-видимому, вращение этого тектонического элемента по часовой стрелке,
фиксируемое с конца палеозоя является глобальным процессом, связанным с
общепланетарным движением плит. Кроме того, наблюдается общее
замедление этого процесса, в результате с конца мелового периода поворот уже
не фиксируется палеомагнитным методом, в силу того, что его величина
выходит за пределы разрешающей способности метода, а мгновенная скорость
вращения по данным GPS, по крайней мере, в 10 раз меньше таковой для
мезозойского времени. Работа выполнена при поддержке грантoв РФФИ № 0705-00077, № 07-05-01026; гранта Президиума РАН № 16, проект № 3;
интеграционных проектов СО РАН №№ 27, 87, 116.
Рис. 3. Сравнение положения палео-магнитных полюсов Сибири (траектория
кажущегося движения полюса – ТКДП Сибири по [7]) и Европы (ТКДП Европы
по [11]. Цифры у точек указывают возраст соответствующего палеомагнитного
полюса в млн. лет, секторами показан необходимый угол поворота сибирских
палеомагнитных полюсов до совпадения с соответствующими интервалами
ТКДП Европы. Квадратами показано положение Сибирских палеомагнитных
полюсов после поворота на указанный угол
Таблица 2. Координаты полюсов вращения Сибирского домена Евразийской
плиты
Автор
Зоненшайн и др. [4]
Храмов и др. [9]
Казанский [6]
Метелкин и др. [7]
Тимофеев и др. [10]
Широта
(° с. ш.)
Долгота
(° в. д.)
54
104
65
110
65
117
60
115
57.6
117.1
Референтный блок
Южное
обрамление
Западное и южное
обрамление
Западное
обрамление
Европейский домен
Амурская плита
Время поворота
млн. лет
250 – 130
~250 – 0
~250 – 0
165 – 75
0
Метод
определения
Миграция
магматизма
Палеомагнитн
ый
Палеомагнитн
ый
Палеомагнитн
ый
GPS
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баженов М.Л. Горизонтальные перемещения Сибирской платформы в триасе, по
палеомагнитным и геологическим данным / М.Л. Баженов, А.А. Моссаковский. / Геотектоника,
1986, №1. – С. 59–69.
2. Воронов П.С. Тангенциальные региональные сдвиговые деформации земной коры на
севере Среднй Сибири / П.С. Воронов. / Инф. бюл. Ин-та геологии Арктики, вып. 17, Л., 1959. – С.
13–20.
3. Воронов П.С. Поворот Сибирской платформы и ее сдвиговая тектоника / П.С. Воронов,
А.Н. Храмов. / Сдвиговые тектонические перемещения и их роль в образовании месторождений
полезных ископаемых. Л., 1988. – С. 91–95.
4. Зоненшайн Л.П. Тектоника литосферных плит территории СССР / Л.П. Зоненшайн, М.И.
Кузьмин, Л.М. Натапов. / М.: Недра. 1990. Кн. 2. – 340 c.
5. Лухнев А.В. Современные тектонические деформации центральной Азии по данным
измерений методом GPS геодезии за 1994-2004 гг./ А.В. Лухнев, В.А Саньков, А.И. Мирошниченко,
Э.Кале, С.В. Ашурков / «Совр. геодинамика и опасные природные процессы в Центр. Азии», в. 2,
Ответ. ред. К.Г.Леви и С.И.Шерман, Институт земной коры СО РАН, Иркутск, 2005. – С. 26–38.
6. Казанский А.Ю. Эволюция структур западного обрамления Сибирской платформы по
палеомагнитным данным / Автореф. дис. на соиск. уч. степ. д.г.-м.н, Новосибирск 2002. – 40 с.
7. Метелкин Д.В. Мезозойский интервал траектории кажущегося движения полюса
Сибирского домена Евразийской плиты / Д.В. Метелкин, В.А. Верниковский, А.Ю. Казанский, В.А.
Каширцев, В.Ю. Брагин, Л.В. Кунгурцев. / Докл. РАН, т. 418, № 4, 2008. – С.500–505.
8. Митрофанов Г.Л. Структурные соотношения Сибирской платформы со складчатым
окружением / Г.Л. Митрофанов, А.П. Таскин. / Геотектоника, 1994, № 1. – С. 3–15.
9. Роль сдвиговой тектоники в структуре литосфер Земли и планет земной группы /
С.Петербург, Наука, 1997. – 591с.
10. Тимофеев В.Ю. Результаты анализа данных GPS измерений (2003-2006) по СихотеАлиньской сети Дальнего Востока / В.Ю. Тимофеев, П.Ю. Горнов, Д.Г. Ардюков, Ю.Ф. Малышев, Е.В.
Бойко. / Тихоокеанская геология. 2008, 4.
11. Besse J. Apparent and true polar wander and geometry of the geomagnetic field over the last
200 Myr / J. Besse, V. Courtillot / J.Geoph.Res., 2002, v. 107, № B11, p. 1–31.
12. Boucher C. (2001) The ITRF 2000. / C. Boucher, Z. Altamimi, P. Sillard, M. FeisselVernier / IERS Technical Note, 2001, № 31, 270 p.
В.Ю. Тимофеев, Д.Г. Ардюков, А.Ю. Казанский,
Д.В. Метелкин, Е.В. Бойко, В.Ю. Брагин, 2008