Считалось, что после революции 1949 г. и образования КНР геологическая служба достигла значительных успехов, но никаких сведений об этом не поступало. Однако, в 1975 г. была опубликована «Карта геологических структурных систем Китая» масштаба 1 : 4 000 000, а в 1976 г. — «Геологическая карта Китая» того же масштаба. Эти карты прояснили характер структурного строения страны и позволили прийти к заключению, что основные структуры, развитые на территории КНР, относятся к глыбовому типу или типу «Куаидан» [104]. Таким образом, предполагают, что происхождение мегарельефа, наблюдаемого на территории КНР, объясняется дифференциальными движениями блоков, ограниченных разломами. (Труды института геомеханики, 1976).
Эти блоковые движения весьма тесно связаны с сейсмической активностью. В 1976 г. в процессе исследований, предпринятых после землетрясения в г. Синтай (пров. Хэбей) с целью поиска методов прогноза землетрясений, была выявлена тесная связь между глыбовыми структурами и распространением многочисленных крупных исторических землетрясений, зарегистрированных в бесценных документах, охватывающих период, превышающий 3000 лет (рис. 2.III.1). В 1972 г. космические изображения, полученные со спутника LANDSAT/ERTS, позволили установить в рельефе КНР грандиозные системы активных разломов, что привело к переоценке глыбовых движений [82, 121].
Однако, вряд ли стоит упоминать о том, что глыбовые структуры, наблюдаемые в настоящее время, являются результатом всех тех вертикальных движений земной коры и изменений поля напряжений, которые происходили с докембрия. В этом разделе мы рассматриваем историю тектонического развития структур в провинции Шаньдун в качестве примера глыбовых движений на территории КНР. Мы выбрали этот регион потому, что для него были опубликованы результаты относительно детальной геологической съемки. Кроме того, была установлена связь с недавними землетрясениями в районах Синтай, Хайченг, Бохай и Таншань. Считается также, что эта область как структурно, так и территориально тесно связана с западной зоной Японских островов.
Расположение геологической провинции Шаньдун с позиций тектоники КНР
Геологическая провинция Шаньдун расположена между Великой северной аллювиальной равниной, где р. Хуанхэ (Желтая река) впадает в з. Бохайвань (залив Чихли), и южными равнинами, где реки Хайхэ и Янцзы (Чанцзян) впадают в Желтое море. Она протягивается почти до линии Цзинань — Сюйчжоу, а ее центр приходится на Шаньдунский п-ов и хр. Тайшань (1524 м). С востока на запад она имеет около 700 км, с севера на юг — около 400 км.
Несмотря на то, что в последнее время среди китайских ученых-геологов распространилась новая концепция интра-плитной тектоники, основы представлений о геологических структурах КНР заложены геодинамическими исследованиями Ли Сигуаня. Они были продолжены институтом геомеханики в Пекине и стали краеугольным камнем структурной геологии в КНР. Можно сказать, что «Карта геологических структурных систем КНР» суммирует эти исследования. При ее составлении была предпринята попытка создать общую классификацию всех сложных структурных элементов на основании Их позиции и времени образования. Были установлены наиболее важные категории: 1 — так называемые тектонические зоны восток—запад (широтные) и 2 — неокатазиат-ские тектонические зоны. В первую группу вошли в основном структурные зоны сжатия, возникшие во время варисцийской орогении в позднем палеозое. К ним относятся несколько зон, которые можно проследить на расстояние до 2000 км и которые образуют геологический каркас КНР. Самый северный элемент этой группы — зона Тянь-Шань — Иньшань. В центре простирается зона Кунлунь — Цинлин, а южный компонент представлен зоной Наньлин. Специфическая особенность восточной части КНР — более молодые структуры второй группы, наложенные на эти древние структурные пояса. Они представлены хр. Большой Хинган и другими структурными элементами, которые простираются в направлении северо-северо-восток — юго-юго-запад и имеют форму крупномасштабных структур коробления. Они возникли после движений Яньшан, происходивших в позднем мезозое и вызвавших образование депрессий в аллювиальных равнинах р. Хуанхэ и зал. Бохайвань, а также возвышенных территорий на Шаньдунском и Ляодунском полуостровах.
В противоположность этому заметно, что более молодые структуры на западе КНР, такие как Тибет (Сицзан) или Синьцзян, вытянуты в широтном направлении. Поэтому Сун Дианинь (1966) пришел к заключению, что «со времени движений Яньшан на территории КНР существовали два главных направления движений. Первое — сжатие в меридиональном направлении, второе — сжатие в широтном направлении. Так как две серии сжимающих движений были неравномерными, это привело к возникновению скручивающих давлений, обусловивших образование искривленных структур. Общей формой движения для всех этих типов структур было движение в горизонтальном направлении». Даже в настоящее время эта интерпретация не претерпела изменений. Тесная связь между этими структурами и сейсмической активностью отчетливо прослеживается на рис. 2.III.2. В общем, можно сказать, что крупные землетрясения происходят в зоне скрученных структур, соединяющей Пекин, Тайюань, Сиань, Чэнду и Куньмин. Описываемая в этом разделе геологическая провинция Шаньдун лежит между зонами Тянь-Шань — Иньшань и Кунлунь — Цинлин и поэтому она подверглась сильному влиянию структурных движений неокатазиатской системы. Группа по составлению Тектонической карты [104] Геологического института Академии Наук КНР обобщила историю развития геологических структур и рассматривает зону дробления Тан-Лу, которая пересекает центральную часть геологической зоны Шаньдун, как особенно важную для сейсмологии этой территории. Карты объясняют взаимосвязь между землетрясениями на северо-востоке КНР и геологическими структурами с помощью широтных структурных зон.
Неотектоника зоны дробления Тан-Лу
Наиболее замечательная структура в восточной части КНР — пояс дробления Таньчен-Луцзян, который простирается в направлении северо-сверо-восток — юго-юго-запад (это название обычно сокращается до Тан-Лу, как мы и будем называть этот пояс далее). Эта зона лучше всего прослеживается у основания Шаньдунского п-ова в области, которая называется глубинной зоной дробления Йи-Шв. Севернее она уходит в зал. Бохайвань, но снова появляется западнее Ляодунского п-ова. Еще севернее зона Тан-Лу тянется вдоль р. Сунгари (Сунхуац-зян) вплоть до окрестностей г. Цзямусы. К югу она погружается под аллювиальную равнину р. Хайхэ по мере того как Шаньдунские холмы становятся ниже, и считается, что она протягивается до района р. Янцзы (Чанцзян). Эта система разломов, которая в целом протягивается более чем на 2000 км, является наиболее важной структурной зоной в восточной части КНР, принадлежащей к неокатазиатской системе. Современная сейсмоактивность сосредоточивается в центральной части этой здны, особенно в зал. Бохайвань, между Ляодунским и Шань-дунским полуостровами.
Провинция Шаньдун делится зоной Тан-Лу на два огромных блока. Мы называем восточный блок Шаньдунским, а западный — Тайшаньским. В китайской литературе первый называется блоком Цзяо Ляо, а второй — блоком Лузхон, но мы решили использовать более знакомые названия для удобства некитайских читателей. Зона Тан-Лу считается разломом первого порядка, а два блока далее делятся разломами второго порядка как показано на рис. 2.III.2. Эта схема типична для китайских глыбовых структур.
В прошлом была выполнена большая работа по изучению древних пород, обнаруженных в этой провинции, а в последнее время быстро развирались тектонические исследования, касающиеся землетрясений, часто происходящих вокруг з. Бохайвань. Поэтому в данном разделе я хотел бы главным образом рассмотреть сообщения Геологического института Академии наук КНР.
Как уже отмечалось, геологическая провинция Шаньдун делится зоной Тан-Лу на Шаньдунский и Тайшаньский блоки. Западный Тайшаньский блок отделяется от блока, занимающего аллювиальную долину р. Хуанхэ (блок Цзитон-Бохай-вань), структурной зоной субширотного простирания. Она называется зоной дробления Хуимин-Линьин. Хотя в Тайшаньском блоке преобладают разломы с простиранием на северо-запад или запад-северо-запад, восточнее, в Шаньдунском блоке, развиты разломы с простиранием на северо-восток или на восток-северо-восток. В сочетании с системой разломов зоны Тан-Лу северо-северо-восточного простирания они образуют структурный каркас, являясь системой разломов фундамента в регионе.
Мы ранее описывали более молодые движения по разломам южнее г. Таньчэн в соответствии с исследованиями Фан Зонциня и др. [36]. Этот регион протягивается от горной области Шаньдун до тех мест, где зона Тан-Лу постепенно погружается под аллювиальные равнины, отражаясь в различных формах рельефа. Меловые сланцы, песчаники и конгломераты со слоями кайнозойских песчаников и конгломератов залегают в виде тонких прослоев, образуя изолированные останцы (монадноки) с относительными высотами 35—120 м.
Эта ситуация иллюстрируется блок-диаграммой на рис. 2.III.3. С помощью полевых геологических съемок, бурения и геофизических исследований в северной части территории установлено, что эти останцы ограничены четырьмя погребенными разломами фундамента (F1—F4): верхне- и нижнемеловые формации залегают между погребенными грабенами, сложенными докембрийскими гнейсами, которые ограничены разломами F1—F2 и F3—F4. По-видимому, эти меловые формации подвергались также складчатости, которая сопровождалась надвигообразованием. Антиклинальные части складок и надвинутых блоков выступают над аллювиальной равниной, образуя напоминающие острова монадноки.
Несмотря на прерывистость, эти взбросы можно проследить на расстояние 200 км, что подтверждается многочисленными обнажениями. Смещения по ним показаны на рис. 2.III.4. Рис. 2.III.5 — зарисовка типичного обнажения на разломе Сяошаньзуан-Хезуан, проходящем западнее горы Малиншан. Верхнемеловые песчаники, перекрываемые нижнечетвертичными конгломератами, надвинуты с востока на средне- и верхнечетвертичные конгломератовые слои вдоль линии разлома. Падение плоскости разлома на этой территории около 50°, но с колебаниями между 50—75°. Следует отметить, что хотя зона новообразованных глинки трения и брекчии имеет ширину около 0,5 м, приразломные зоны дробления в верхнемеловых песуаниках достигают ширины 20 м или более. Из этого следует, что движения по разломам происходили не только в позднечетвертичное время, они повторялись и в более ранние периоды.
О широко распространенной в Шаньдунской геологической провинции дочетвертичной пенепленизации можно также судить по отсутствию неогеновых формаций. Приподнятый пенеплен, обнаруженный на вершинах гор, называемый пенепленом Лузхон, образовался в палеогеновое время. Он испытал подъем с неогена и подвергся интенсивным глыбовым движениям, а в настоящее время его обнаруживают на высоте 400—700 м над уровнем моря (см. рис. 2.III.2). Ступенью ниже, на высоте 300—400 м над уровнем моря залегает равнина, перекрытая верхнеплиоценовыми конгломератами и базальтами Тань-шан. Она образует холмы высотой 180—200 м у северного побережья Шаньдунского полуострова. Это равнина Таньшан. Третья равнина Линьчен образует речные терфасы в горах высотой 150—200 м и на равнинах высотой 100—200 м. Детали строения этих равнин невозможно понять только из описания, но по сравнению с топографическими равнинами Японии равнину Лузхон можно рассматривать как соответствующую пенеплену -Чугоку на юге Японии, равнину Таньшан — пенеплену Киби, а равнину Линьчен — поверхности террас.
Деформация и смещение этих равнин указывают на то, что хотя в целом провинция Шаньдун в палеоген-неогеновое время испытывала постепенное поднятие, первичный пенеплен сохранился в результате равновесия между денудацией и поднятием. Однако, в четвертичном периоде Шаньдунский блок начал испытывать опрокидывающие движения, сопровождавшие искривление, что привело к образованию современного рельефа. Напротив, Тайшаньский блок во время поднятия был расколот на более мелкие блоки разломами беверо-восточного простирания. К юго-западу от линии, соединяющей Донпин — Куфу — Зучен, произошло относительное опускание, в результате чего образовался четвертичный осадочный бассейн (см. рис. 2.III.2).
История тектонического развития допалеогенового периода
Как описано выше, на четвертичные движения в зоне Тан-Лу значительное влияние оказывали древние существовавшие до них структуры. Рассмотрим историю допалеогенового тектонического развития, воспользовавшись геологической картой фундамента (рис. 2.III.6).
В архее или раннем протерозое, когда формировались породы фундамента, вдоль разлома F1 по западному ограничению зоны Тан-Лу уже проявились следующие расхождения. Так, фундамент Тайшаньского блока сложен гнейсоподобными породами с прослоями, отложившимися в архейской эвгеосин-клинали, которые называются Тайшаньской группой. Эти структуры простираются в северо-западном направлении.
Фундамент Шаньдунского блока сложен метаморфическими породами, принадлежащими к группе Цзяодон, которые соответствуют верхам тайшаньской группы, с несогласно залегающими на них породами группы фензи. Основное структурное направление этого блока — северо-восточное. Однако точно не известно, являются ли эти различия в структуре фундамента непосредственно связанными с образованием зоны Тан-Лу или нет.
Примерно с середины протерозоя эта территория вступила в относительно стабильную фазу. В среднем и позднем протерозое, называемом синийской системой (рифей), Шаньдунский регион соединился с регионом Шаньси, и они образовали возвышенную территорию, резко противоположную осадочному бассейну синийского возраста на севере КНР. Территория, прилегающая к глубинной зоне разломов Йи-Шв, в то же время превратилась в рифтовую долину или меридиональный канал, связанный с морем, в котором затем отлагалась формация Тумен мощностью до 100—200 м. В палеозое Шаньдунский блок по-прежнему находился в состоянии устойчивого воздымания и эрозии, тогда как Тайшаньский блок в мезозое подвергался повторяющимся региональным трансгрессиям и регрессиям моря [76].
В начале мезозоя Шаньдунская провинция испытывала региональную эрозию, но к юре возникли небольшие сбросовые впадины, образовавшие бассейн осадконакопления. По-видимому, зарождение зоны Тан-Лу относится к этому времени. Позднее эта геологическая провинция, особенно Шаньдунский блок, вступила в период интенсивной вулканической активности, продолжавшийся с поздней эры до мелового периода. Эта активность явилась выражением Яншаньской складчатости. Об этом свидетельствуют сохранившиеся кислые породы, широко распространенные на огромной территории, охватывающей восточную часть КНР, юго-восток Японии и хр. Сихотэ-Алинь. Разница в степени этой активности между Тайшаньским и Шаньдунским блоками вполне очевидна. С появлением дифференциальных движений между блоками зоны Тан-Лу приобрела четкие границы, и меловые толщи отлагались в ее грабеноподобном структурном бассейне.
Домезозойские формации сложились в результате интенсивной вулканической активности во время Яншаньской складчатости и, безусловно, играли роль пород фундамента для после-меловых формаций. Позже породы фундамента, вероятно, двигались как блок, и возникающие напряжения главным образом концентрировались в зоне сочленения. После мелового периода эта область вступила в фазу сжимающего структурного движения, и меловые формации, отложившиеся в рифтовой зоне Тан-Лу, подверглись складкообразованию. Кроме того, образовались другие разнообразные структуры сжатия, такие как зоны сланцеватости, милонитизации, или пояса дробления. Вслед за этим, регион в целом испытал поднятие и вступил в длительный период денудации. Полагают, что движения четвертичного времени наложились на эти более древние структуры.
Особенности глыбовых движений провинции Шаньдун
Рассматривая историю тектонического развития геологической провинции Шаньдун, описанную выше, можно установить следующие основные особенности.
1. Несмотря на то, что наблюдаемая в настоящее время зона Тан-Лу служит границей между различными геологическими структурами, которые возникли в докембрийское время и существуют с тех пор, мы не имеем определенных данных, свидетельствующих о зарождении зоны Тан-Лу, вплоть до юры.
2. Юрский период характеризовался Яншаньской складчатостью. Породы фундамента стабилизировались в результате интенсивной вулканической активности и проявились глыбовые движения, сопровождаемые разломообразованием. Зона Тан-Лу возникла как рифтовая зона, в которой отлагались толщи мелового возраста.
3. После мелового периода поле тектонических напряжений изменилось — растяжение сменилось сжатием. Зона Тан-Лу к этому времени представляла собой широкий грабен, а ограничивающие ее разломы, возможно, проникли глубоко в земную кору, на глубину, соответствующую той, которую в КНР называют «глубинной зоной разломов». Подвергаясь региональному сжимающему напряжению, которое вклинивается между главными блоками, напряжение концентрировалось, что приводило к складкообразованию в меловых формациях, залегающих между блоками. В меловых формациях фактически в то же время образовались разрывы, простирающиеся почти параллельно главным разломам F1—F4, и оперяющие сбросы, пересекающие их под острыми углами. Все это трудно объяснить на основании простого динамического процесса, но, может быть, мы можем представить этот процесс как сжатие, сопровождаемое в некоторой степени изгибанием.
4. В кайнозое структурные движения стали намного слабее, но поле структурного напряжения, возникшее в позднем мезозое, продолжало существовать, контролируя образование кайнозойских бассейнов осадконакопления. За исключением аллювиальных равнин р. Хуанхэ весь регион испытал поднятие, но превратился в пенеплен в результате длительной эрозии. Однако, с начала четвертичного периода проявилась вторая серия сильных горизонтальных сжимающих движений. Меловые толщи зоны Тан-Лу оказались зажатыми между блоками фундамента и испытали полное воздействие напряжения. Во второй половине четвертичного периода появились многочисленные надвиги, по которым меловые породы были надвинуты на четвертичные осадки, а древние зоны дробления исчезли, так как по ним развивались новые плоскости разломов. Это означает, что динамическая обстановка позднего мела продолжала существовать вплоть до четвертичного периода.
5. Проявление крупных землетрясений в этом регионе тесно связано с этой системой разломов. Анализ механизмов землетрясений показал, что оси максимального главного напряжения сжатия горизонтальны и пересекают зону Тан-Лу в направлении с северо-востока на юго-запад. Это вполне соответствует полю тектонического напряжения.
Суммируя вышеизложенное, можно сказать, что каркас глыбовых структур в провинции Шаньдун сложился при складчатости Яньшан и развивался под действием изменений интенсивности горизонтального сжатия, действовавшего почти под прямыми углами к зоне Тан-Лу, начиная с мезозоя до настоящего времени.