Деформационные структуры и поля напряжений юго-западного крыма в контексте эволюции западно-черноморского бассейна

Abstract

Изучить деформации мезоуровня (зеркала скольжения, трещины, складки) в породных комплексах разного возраста, восстановить соответствующие им поля напряжений. Сравнить результаты с предыдущими тектонофизическими данными, сейсмическими разрезами и механизмами очагов землетрясений Крымско-Кавказской сейсмогенной зоны, проанализировав их в контексте тектонической эволюции Западно-Черноморского бассейна. Определить тектонические этапы, уточнив возраст деформаций. Методика. Деформации рассматривались в двух разновозрастных осадочных комплексах. В отложениях нижнего мела, а также на контакте пород нижнего мела и верхней юры исследовались конседиментационные разрывные нарушения и деформации. Вторая группа объектов изучалась на обнажениях относительно молодого верхнемелового–неогенового осадочного комплекса. Для обработки зеркал скольжения применялся кинематический метод и программа Win Tensor [Devlaux, Sperner, 2003], а для построения стереограмм программа Stereo 32 К. Руллера та К. Трепманн. Результаты анализа позволяют выделить, по меньшей мере, два генерализованных этапа в тектонической эволюции Юго-Западного Крыма. Этап растяжения в раннем мелу подтверждается тектоническими зеркалами сбросового типа с сохранившимися древними бороздами скольжения, тектонической брекчией и следами морских прикрепленных организмов. Азимут простирания зеркал 250–320°. Соответствующие им поля напряжений характеризуются С-Ю, СЗ-ЮВ и СВ-ЮЗ ориентацией оси растяжения. Согласно новым стратиграфическим и структурно-геологическим данным, можно сделать вывод, что сбросообразование началось с валанжина–баррема и связано с раскрытием в раннем мелу Западно-Черноморского бассейна [Hippolite et al., 2014, Sheremet et al., 2014]. Переинтерпретация сейсмического профиля ГСЗ 25, пересекающего западную часть Черного моря в субмеридиональном направлении, показала широтный высокоамплитудный сброс вдоль континентального склона, по которому происходило раскрытие Западно-Черноморской впадины в результате рифтогенеза [Yegorova et al., 2010; Баранова и др. 2008]. Этот разлом расположен на западном продолжении серии сбросов нижнемелового возраста, выявленных в Юго-Западном Крыму, и может иметь раннемеловой возраст. Этапы сжатия фиксируются в верхнемеловых-неогеновых породах надвиговыми и сдвиговыми структурами и относятся к палеоцену–раннему миоцену. Соответствующие им поля напряжений характеризуются несколькими направлениями ориентации оси сжатия. В западной части изученной территории преобладает ЮЗ сжатие, а для центральной и восточной частей характерно сжатие в С-Ю и СЗ-ЮВ направлениях. На некоторых обнажениях верхнеюрского–нижнемелового осадочного комплекса зафиксированы сдвиги и взбросы, для которых восстановлена С-Ю и СЗ-ЮВ ориентация оси сжатия. Соответственно, некоторые разрывы, ранее изученные в породах таврической серии, средней юры–нижнего мела, могли активизироваться в период кайнозойского сжатия. Этапы кайнозойского сжатия четко выделяются на сейсмических разрезах ОГТ, фиксирующих надвиги и принадвиговые складки. Полевые данные указывают и на сжатие в породах миоцена, но эти деформации по масштабу меньше, чем в период палеоцена–раннего эоцена и позднего эоцена–олигоцена. Современное сжатие широтного и меридионального направлений определяется на основе анализа 26 механизмов очагов землетрясений. В то же время семь механизмов указывают на растяжение, как и ряд молодых активизированных сбросов. По ориентации восстановленных осей напряжений можно сделать вывод, что деформации сжатия обусловлены давлением со стороны Черноморской микроплиты на Горный Крым, а современные сбросы связаны с углублением Черноморской впадины и денудацией Крымского орогена. Научная новизна. Деформации мезоуровня в верхнемеловых-неогеновых породах описаны впервые. Полученное для них поле сжатия свидетельствует о проявлении кайнозойских деформаций на изученной территории. Тектонические зеркала сбросового типа впервые рассмотрены в контексте раскрытия Западно-Черноморской впадины. Уточнены возрастные границы этапов деформации для породных комплексов Юго-Западного Крыма. Практическое значение. Информация о напряженно-деформированном состоянии Юго-Западного Крыма необходима для прогнозирования негативных экзо- и эндогенных геологических процессов: землетрясений, оползней и других катастрофических явлений. Уточнение геодинамической модели необходимо для дальнейших сейсмопрогностичних, инженерно-геологических исследований и составления различного рода картографических документов. Вивчити деформації мезорівня (дзеркала ковзання, тріщини, розломи) в породних комплексах різного віку, відновити відповідні їм поля напружень. Порівняти результати з попередніми тектонофізичними даними, з відомими сейсмічними розрізами та механізмами вогнищ землетрусів Кримсько-Кавказької сейсмогенної зони, проаналізувавши їх в контексті тектонічної еволюції Західно-Чорноморського басейну. Визначити тектонічні етапи й уточнити вік деформацій. Методика. Деформації вивчались у двох різновікових осадових комплексах. У відкладах нижньої крейди і на контакті порід нижньої крейди та верхньої юри досліджувалися конседиментаційні розривні порушення та деформації. Другу групу об'єктів вивчали на відслоненнях порівняно молодого верхньокрейдового-неогенового осадового комплексу. Для обробки дзеркал ковзання та механізмів вогнищ землетрусів застосовано кінематичний метод і програму Win Tensor [Devlaux, Sperner, 2003], а для побудови стреограм – програму Stereo 32 К. Руллера та К.Трепманн. Результати аналізу дають змогу виділити два етапи в тектонічній еволюції Південно-Західного Криму (ПдЗК). Етап розтягу в ранній крейді підтверджується тектонічними дзеркалами скидового типу зі збереженими давніми борознами ковання, тектонічною брекчією та слідами морських прикріплених організмів.. Азимут простягання дзеркал 250– 320°. Відповідні їм поля напружень характеризуються Пн-Пд, ПнЗ-ПдС і ПнС-ПдЗ орієнтацією діючої осі розтягу. Згідно з новими стратиграфічними даними можна зробити висновок, що скидоутворення почалося, щонайменше, з валанжину-баррему та, найімовірніше, пов'язане з розкриттям в ранній крейді Західно-Чорноморського басейну [Hippolit et al., 2014, Sheremet et al., 2014]. Переінтерпретація сейсмічного профілю ГСЗ 25, що перетинає західну частину Чорного моря в субмеридіональному напрямку, показала широтний високоамплітудний скид уздовж схилу континентального шельфу, по якому відбувалось розкриття Західно-Чорноморської западини в результаті рифтогенезу [Yegorova et al., 2010; Баранова та ін., 2008]. Цей розлом розташований на західному морському продовженні серії скидів нижньокрейдового віку, виявлених в ПдЗК Криму і може мати ранньокрейдовий вік. Етапи стиснення фіксуються у верхньокрейдових-неогенових породах насувними і зсувними структурами і належать до палеоцену–раннього міоцену. Відповідні їм поля напружень характеризуються декількома напрямками орієнтації осей стиску. У найзахіднішій частині вивченої території переважає ПдЗ-ПнС стиск, а для центральної та східної частин характерний стиск у Пн-Пд і ПнЗ-ПдС напрямках. На відслоненнях верхньоюрського–нижньокрейдового осадового комплексу зафіксовані підкиди, для яких відновлена Пн-Пд орієнтація осі стиску. Відповідно, деякі деформації стиску, раніше вивчені в породах таврійської серії, середньої юри–нижньої крейди, могли активізуватися в період айнозойського стиску. Етапи кайнозойського стиску чітко виділяються на сейсмічних розрізах ОГТ, що фіксують насуви і принасувні складки. Польові дані показують стиск також і в породах міоцену, але ці деформації за масштабом менші, ніж в період палеоцен-раннього еоцену та пізнього еоцену–олігоцену. Сучасний стиск широтного і меридіонального напрямків визначається на основі аналізу 26 механізмів вогнищ землетрусів. Водночас 7 механізмів вказують на розтяг, як і ряд молодих активізованих скидів. За орієнтацією відновлених осей напружень можна зробити висновок, що деформації стиску зумовлені тиском з боку Чорноморської мікроплити на Гірський Крим, а сучасні скиди пов'язані з поглибленням Чорноморської западини і денудацією Кримського орогену. Наукова новизна. Деформації мезорівня у верхньокрейдових–неогенових породах описано вперше. Одержане для них поле стиску свідчить про наявність кайнозойських деформацій на всій вивченій території. Тектонічні дзеркала скидового типу вперше розглянуто в контексті розкриття Західно-Чорноморської западини. Уточнені вікові границі етапів деформації для породних комплексів ПЗК. Практична значущість. Інформація про напружено-деформований стан ЗГК необхідна для прогнозування негативних екзо- та ендогенних геологічних процесів: землетрусів, зсувів та інших катастрофічних явищ. Уточнення геодинамічної моделі необхідне для подальших сейсмопрогностичних, інженерно-геологічних досліджень і складання різних картографічних документів. The purpose of this paper is to describe and analyze the deformations of the mesolevel (slickensides, fractures, faults) in the rock complexes of different age, to reconstruct the stress fields which corresponds to them. The results of interpretation will be compared with the previous studies as well as with known seismic sections and with earthquake focal mechanisms of Crimean-Caucasian seismogenic zone , analyzing them in the context of tectonic evolution of Western-Blak Sea Basin. To define the tectonic stages, specifying the age of deformation. Methodology. The deformations were studied in two sedimentary complexes of different ages. Cosedimentary fractures and faults were studied in the Lower Cretaceous deposits and deformations in the contact between Upper Jurassic and Lower Cretaceous rocks. The other studied group of deformational objects were investigated in outcrops of Upper Cretaceous – Neogene rock complex. In the processing and interpretation of the slickensides the kinematic method and the program Win Tensor [Devlaux, Sperner, 2003] was used, and the program Stereo 32 by K. Ruller and K.Trepmann was used to build the stereograms. Results of the analysis allow us to define at least two generalized stages in the tectonic evolution of South Western Crimea (SWC). About the extational stages the slickensides of normal type are evidenced by the normal faults which contain the relict slickensides, tectonic breccias and traces of attached marine organisms. The strike azimuth of the slickensides is 250–320°. The corresponding stress fields are characterized by N-S, NE-SW and NW-SE orientation of the extensional axis. According to new stratigraphy dating and structural analysis it is possible to conclude that the period of normal faulting started at least in valanginian-barremian, which is connected to the opening of Western Black Sea Basin during Early Cretaceous [Hippolit et al., 2014, Sheremet et al. 2014]. Reinterpretation of the seismic profile DSS 25 which crosses western part of the Black-Sea in the submeridional direction, shows the latitudinal normal fault of high amplitude along the margin of the continental shelf slope, which could be used during the rifting stage of the opening of the Western Black Sea Basin [Yegorova et al.,2010; Baranova et al., 2008]. This fault is located on the western marine prolongation of the series of normal faults of Early Cretaceous, which were defined in SWC, and it could be of the same age. The compressional stage is fixed in the Upper Cretaceous – Neogene rocks with strike-slip and thrusted structures, which are related with the compression during Paleocene-Early Miocene. The stress-field which corresponds to those structures is characterized by several orientation of the axis of compression. In the western part of the study area the SW-NE compression is prevails, but for the Central and Eastern part there are N-S and SE-NW compression. In the some outcrops of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous sedimentary complex the strike-slip and reverse faults are observed. The recovered stress field shows N-S and NW-SE orientation of the axis of compression. Respectively, some compressional deformation studied previously in the Tavrik Unit, Middle Jurassic and Lower Cretaceous could be reactivated in the period of Cenozoic compression. Cenozoic compression stages are clearly distinguished in the CDP seismic sections, fixing thrusts and folds at the thrust faults. Our data shows also the compression during Miocene, but those deformations are not commensurate with those during Paleocene-Early Eocene and Late Eocene-Oligocene. The resent compression of latitudinal and meridional trending was defined on the base of 26 earthquake focal mechanisms. At the same time, seven mechanisns pointed out to extension (the same results we obtained from the analysis of young normal faults). According to the results of recovering of the stress axis it is possible to conclude that the compression deformation appeared because of the pressure of Black Sea plate to the Crimea but recent normal faults are connected to the continue of the dippening of Black Sea Basin and with the denudation of Crimea Mountains. Originality. Deformation of mesolevel in the Upper Cretaceous-Neogene rocks are described for the first time. Obtained for them the compression field evidences of the manifestation of Cenozoic deformation in the study area. The normal type tectonic slickensides for the first time considered in the context of the opening of the Western Black Sea basin. Age frames for stages of deformation of rock complexes of SWC are specified. Practical significance. The information about stress-strain condition of WSC is very important for the prediction of the negative exo- and endogenous geological processes: the seismic activity, landslides and other dangerous events. Clarifying of the geodynamic model is necessary for further seismic predictability, engineering geological investigations and preparation of various types of cartographic documents.