О сочленении структур Корякии и Камчатки. Опыт компьютерного анализа цифровых карт

Автор: Алексей Федорчук
1999 г

Одна из последних моих работ в период завершения эмуляции научной деятельности.

Содержание

Введение

Традиционно в пределах Корякско-Камчатской области выделяются Корякско-Западнокамчатская и Олюторско-Восточнокамчатская системы, составом и возрастом аллохтонных комплексов и временем амальгамации. В качестве границы между ними в северной части области рассматривается зона Ватыно-Вывенского надвига, прослеживающаяся от бухты Анастасии на северо-востоке до Камчатского перешейка на юго-западе, Предполагается, что далее к югу зона эта протягивается под покровом кайнозойских образований в район Срединно-Камчатского хребта. При этом терригенные и кремнисто-вулканогенные образования Западной Камчатки сопоставляются с комплексами Пенжинских и Тайгоносских структур, кремнисто-вулканогенные образования восточных склонов Срединного хребта — с близкими по составу и возрасту образованиями висячего крыла Ватынского надвига, а структуры Восточной Камчатки трассируются через о-в Карагинский в пределы п-ова Говена и (или) Олюторского хребта. Такая точка зрения отражена в многочисленных публикациях последних трех десятилетий (Митрофанов, Алексеев, Шапиро и многие другие).

В то же время уже довольно давно на основе глобальных геодинамических реконструкций (Зоненшайн, Савостин, 1982) было высказано предположение, что через Камчатский перешеек в субширотном направлении протягивается крупная структурная линия, предположительно являющаяся границей (или, скорее, палеограницей) между Евразийской и Тихоокеанской плитами. Если принять эту точку зрения, вопрос о единстве Южнокорякских и Камчатских структур, естественно, отпадает. Однако до последнего времени никаких прямых геологических подтверждений ее не было.

Автор настоящей публикации попытался рассмотреть эту проблему путем сопоставления геологических наблюдений и данных компьютерного анализа цифровых карт.

Методика

Методически работа включает два самостоятельных элемента:

Рассмотрение данных полевых и камеральных исследований, проводившихся автором в Южной Корякии и на Камчатке на протяжении 1980-1993 годов (в том числе и на Камчатском перешейке — в районе предполагаемой границы их структур) с позиций объектно-ориентированного подхода; он основывается на выделении элементарных геологических объектов — тектоно-стратиграфических террейнов, характеризующихся своими свойствами (набор породных ассоциаций, их состав и возраст) и функциями (временем и условиями совмещения отдельных элементов); принципы эти описаны здесь
Компьютерный анализ цифровых карт формата GTOPO30 DEM (digital elevation modtlling, на русский обычно переводится как цифровые карты высот); вопросы методики такого анализа применительно к геологическим объектам описаны здесь

Геология

Основными структурными элементами Северо-Востока России являются крупные гетерогенные блоки (домены) с различным строением земной коры — Колымский, Корякский, Камчатский и Курильский (рис. 1).

Рис. 1. Основные тектонические элементы Корякско-Камчатской области

В целях настоящего исследования будут кратко охарактеризованы Корякский и Камчатский домены (табл.).

Таблица. Террейны Корякского и Камчатского доменов

Корякский домен			Камчатский домен
Террейн	Свойства	Функции	Террейн	Свойства	Функции
Северо-Корякский	Терригенные и вулканогенные комплексы допозднемелового времени Офиолитовые комплексы позднего палеозоя — раннего мела	Совмещение позднемеловое время
Пенжинский	Терригенный комплекс раннего мела Офиолитовый комплекс юры Яшмово-базальтовй комплекс позднего триаса-средней юры	Совмещение в позднемеловое время	Западно-Камчатский	Терригенный комплекс мела Офиолито-подобный комплекс раннего мела Кремнисто-вулканогенный комплекс позднего мела	Совмещение в палеогеновое (?) время
Укэлаятский	Паравтохтонный терригенный комплекс позднего мела-среднего эоцена Аллохтонные яшмово-базальтовые комплексы среднего мела и позднего сенона Аллохтонный вулканогенно-обломочный комплекс сенона	Совмещение в позднеэоценовое время	Ирунейский	Паравтохтонный комплекс терригенныйпозднего мела Аллохтонный влканогенно-обломочный комплекс сенона	Совмещение в конце мелового времени
Говенский	Терригенный комплекс палеогена Вулканогенно-обломочный комплекс позднего сенона (?)-палеогена	Совмещение в олигоценовое время	Восточно-Камчатский	Хаотический комплекс палеогена Вулканогенно-обломочный комплекс позднего сенона Серпентинитовые меланжи
Олюторский	Яшмово-базальтовые комплексы среднего мела и сенона Вулканогенно-обломочные комплексы позднего сенона	Совмещение — предположительно в начале палеогена	Береговые	Четыре различно построенных террейна: Столбовский (влуканогенно-обломочные комплексы позднего мела-раннего неогена) Камчатского Мыса (офиолиты домелового времени, яшмово-базальтовый комплекс среднего мела, вулканиты сенона, хаотический комплекс палеогена) Кроноцкий (вулканические комплексы позднего мела и палеогена) Шипунский (вулканические комплексы позднего палеогена-раннего неогена)	Причленение в неогеновое время
			Мета-морфические	Два террейна — Ганальский и Срединно-Камчатский, включающие метаморфиты от гранулитовой до зеленосланцевой фации	Совмещение в позднемеловое (?)-эоценовое время

В пределах Корякского домена выделяются (рис. 2)

Пенжинский террейн, охватывающий п-ов Тайгонос и Пенжинский хребет; он сложен допозднемеловыми терригенными образованиями, офиолитами и яшмово-базальтовыми образованиями триаса-раннего мела, амальгамированными к позднему мелу
Северо-Корякский террейн (междуречье Анадыря-Хатырки), образованный терригенными, вулканогенными, офиолитовыми комплексами широкого возрастного диапазона (палеозой-ранний мел), амальгамированными в сенонское время
Укэлаятский террейн, протягивающийся от Камчатского перешейка до побережья Берингова моря; он сложен терригенными образованиями мелового-раннепалеогенового возраста, на которые надвинуты а) расчленные яшмово базальтовые образования среднемелового и позднесенонского возраста, и б) вулканогенно-обломочные образования сенона; время амальгамации — поздний эоцен
Говенский террейн, охватывающий, кроме одноименного полуострова, междуречье Пахачи-Апуки; он сложен, с одной стороны, терригенными, с другой — вулканогенными образованиями палеогена, тектонически совмещенными к началу неогена
Олюторский террейн, занимающий одноименный хребет; в составе его — среднемеловая и сенонская яшмово-базальтовые ассоциации и вулканогенно-обломочные образования позднего сенона, возраст структурного совмещения — рубеж мела-палеогена.

Рис. 2. Террейны Корякского домена

Камчатский блок разделяется на (рис. 3):

Западнокамчатский террейн, сложенный терригенными толщами мела и локально развитыми (м. Омгон) ранне-позднемеловыми офиолитоподобными и кремнисто-вулканогенными образованиями
Ирунейский террейн (от восточных склонов Срединного хребта на юге до низовьев р. Тигиль), в основании которого — терригенные породы позднего мела, перекрытые по надвигу кремнисто-вулканогенными и вулканогенно-обломочными образованиями сенона; время совмещения — конец мела-начало палеогена
Восточнокамчатский террейн, охватывающий Восточные Хребты, п-ов Озерной и о-в Карагинский; в его составе — хаотический терригенный комплекс с фрагментами яшмово-базальтовых ассоциаций среднего мела и палеогена, позднесенонские вулканогенно-обломочные образования и серпентинитовые меланжи (расчлененные офиолитовые комплексы); время тектонического совемещения этих элементов — поздний эоцен
Цепь Береговых террейнов (от п-ова Шипунского на юге до Камчатского Мыса на севере), каждый из которых отличается своим набором разновозрастных породных ассоциаций и временем их амальгамации; причеленение их к структуре Восточной Камчатки датируется временем не ранее миоцена
Цепь метаморфических террейнов вдоль южного ограничения Камчатского блока — Петропавловский, Ганальский и композитный террейн Срединного хребта, время амальгамации которых остается неопределенным (для Ганальского — не ранее эоцена)

Рис. 3. Террейны Камчатского домена

Мнение о продолжении структур Камчатки в пределы южной части Корякского нагорья основывается в первую очередь на сопоставлении Ирунейского террейна с Укэлаятским , во первых, и Восточнокамчатского — с Говенским и Олюторским, во вторых. Поэтому их строение следует рассмотреть подробнее.

Начнем с первой пары, занимающей более западное положение

Ирунейский террейн включает два комплекса:

паравтохтонный хозгонский, сложенный терригенными породами позднего сенона, в котором в крайне ограниченных объемах присутсвуют внутриплитные базальты, занимающие неясное положение
аллохтонный ирунейский, разделяющийся на две части; нижняя часть (собственно ирунейская) представлена кремнисто-вулканогенной ассоциацией, содержащей островодужные толеиты, имеет раннесенонский возраст; верхняя часть (кирганикская) сложена вулканогенно-обломочной ассоциацией, магматическая компонента которой принадлежит к известково-щелочной и шошонитовой сериям, а также их интрузивными комагматами — щелочными мафит-ультрамафитовыми телами, датируется поздним сеноном

Время тектонического совмещения этих комплексов определяется барабскими конгломератами и датируется концом мела-началом палеогена.

Укэлаятский террейн образован тремя самостоятельными комплексами:

нижнее, паравтохтонное, положение, занимает терригенный комплекс, верхняя возрастная граница определяется как средний-поздний эоцен (Федорчук, Извеков, 1992)
структурно выше залегает расчлененная (иногда тектонически выклинивающаяся) яшмово-базальтовая ассоциация, включающая два разнородных компонента — а) среднемеловые ферротолеиты (N-тип MORB) и б) позднесенонские базальты, варьирующие от T-типа MORB до дифференцированных базальт-трахитовых серий OIV
верхнее положение занимает вулканогенно-обломочная ассоциация сенона (коньяк-кампан), вулканическая часть которой представлена островодужными толеитами и их интрузивными комагматами

Время совмещения комплексов Укэлаятского террейна датируется в узком пределе — поздним эоценом (поскольку наиболее молодые породы терригенного комплекса датируются эоценом, а несогласно пререкрывающие их вулканиты кинкильской свиты имеют K-Ar возраст около 40 млн лет)

Таким образом, не смотря на внешнее сходство, Ирунейский и Укэлаятский террейны существенно различны по своим свойствам (набор породных ассоциаций и их возраст) и функциям (времени тектонического совмещения). Поэтому нет оснований рассматривать их как части единой тектонической структуры.

Сопоставление Восточнокамчатского террейна с Говенским и Олюторским

В первом случае различия еще более значительны. Восточнокамчатский террейн (охватывающий хребты Валагинский, Тумрок, Кумроч, п-ов Озерной и о-в Карагинский) представляет собой, безусловно, системную целостность, характеризующуюся развитием (с востока на запад)

прерывистого хаотически построенного терригенного комплекса (Ветловский комплекс), включающего а) горизонты меланжа с блоками пород яшмово-базальтовой ассоциации среднего (?) мела (базальты принадлежат N-типу MORB) и б) скопления пластин яшмово-базальтовой ассоциации палеогена (базальты — типичные представители BABB-типа MORB)
вулканогенного комплекса, датируемого поздним кампаном-данием, вулканическая составляющая которого варьирует от островодужных толеитов через изветсково-щелочную серию до шошонитов, иногда ультраосновного типа
цепоченой полосы серпентинитовых меланжей, среди которых отмечаются иногда среднемеловые яшмы, но магматические включения имеют почти исключительно островодужный толеитовый характер

Время тектонического совмещения этих комплексов достаточно надежно определяется как поздний эоцен-ранний олигоцен.

Ничего этого нет в пределах Говенского террейна. Он включает в себя два комплекса — терригенный и вулканогенный, соотношения между которыми — тектонические. Терригенный комплекс датируется палеогеном. Вулканогенный комплекс включает в себя дифференцированные известково-щелочные и шошонитовые серии, возраст которых — также палеоген (иногда — включая верхи мела). Время совмещения комплексов (вероятно, олигоцен) близко к времени причленения Говенского террейна к Укэлаятскому.

Олюторский террейн пространственно разделяется на две части — западную и восточную. В основании первой залегает яшмово-базальтовая ассоциация сенона, базальты которой варьируют от N-типа (иногда — предельно деплетированного, OPx-содержащего) до E-типа MORB. Она тектонически перекрывается вулканогенно-обломочной ассоциацией позднего кампана-дания, магматическая составляющая которой имеет преимущественно островодужный толеитовый характер. Восточная часть в своем основании сложена меланжем, матрица которого — меловые терригенные породы, а включения — яшмово-базальтовая ассоциация позднего сенона (состав базальтов — от N-типа MORB до резко выраженных OIB). На меланже тектонически залегает позднекампанско-датская вулканогенно-обломочная ассоциация с многочисленными сложно построенными дифференцированными интрузивами; магматический компонент — островодужный, от изветсково-щелочного до шошонитового.

Вмемя амальгамации Олюторского террейна определяется в широких пределах — от конца мела до 30 млн лет (возраст посттектонических даек), однако скорее — ближе к началу этого диапазона.

Таким образом, Восточнокамчатский террейн существенно отличается от сопоставляемых с ним террейнов юга Корякии. Если рассматривать его как системную целостность, с Говенским террейном он просто не имеет ничего общего ни в свойствах (состав и возраст слагающих комплексов), ни в функциях (время совмещения). Не много общего и с Олюторским террейном, за исключение преобладания позднесенонских вулканогенно-обломочных образований; однако на системном уровне различия между Восточнокамчатским и Олюторским террейном значительны.

Приведенные геологические данные свидетельствуют, что нет оснований трассировать структуры Камчатки в пределы южной части Корякского нагорья. Это убеждает в реальности существования Камчатского и Корякского доменов и, следовательно, наличия тектонической границы между ними. Положение этой границы пространственно локализуется в районе Камчатского перешейка и северной оконечности о-ва Карагинский, куда с севера протягиваются достоверно Корякские структуры (Укэлаятский и Говенский террейны), а к югу устанавливаются структуры Камчатский (Ирунейский и Восточнокамчатский террейны).

Цифровая картография

В качестве цифровой картографической основы использовались данные GTOPO30 — 30-секундные цифровые карты USGS, обработанные по методике, описанной здесь. В результате была построена серия карт shadow map, предназначенных для геологического анализа по методике, сходной с дешифрированием космоснимков. Преимущество таких карт перед последними в том, что они исходно цифровые, тогда как космоснимки представляют собой аналоговые изображения, оцифровка которых приводит к неизбежным искажениям. К тому же цифровые карты свободны от влияния метеорологических, сезонных, суточных вариаций.

Детальному рассмотрению подвергся участок Камчатского перешейка, поскольку это район, где заканчиваются обнажения достоверно Корякские структуры (рис. 4). Анализ цифровых карт (shadow map, countur map и 3D-view) при различных параметрах (высота источника освещенности над горизонтом с шагом 10 градусов, направление света с шагом 90 градусов, просмотр детального участка с экстраполяцией точек матрицы карты в 2 и 4 раза) показал наличие отчетливой линейной структуры, простирающейся с запад-юго-запада на восток-северо-восток о района Паланы к лагуне Анапка (кадр 2). Он оперяется серий линий северо-западного простирания, между которыми зажат сложно построенный блок метаморфических пород (кадр 3). Эта линейная структура обрезает с юга развитые на севере комплексы Укэлаятского (паравтохтонный терригенный и аллохтонные яшмво-базальтовый и вулканогенный) и Говенского террейнов (кадр 4). К югу от этой структуры развиты исключительно вулканогенный образования Центрально-Камчатского вулканического пояса (неоген-четвертичный возраст).

Рис. 4. Строение района Тклеваямского шва

Метаморфический комплекс включает в себя (структурно снизу вверх по разрезу)

метаофиолиты в составе метаморфизованных в амфиболитовой фации габброидов, параллельных даек, пиллоу-лав базальтов (N-тип MORB) и метаяшмоидов
кварцит-метадиабазовую ассоциацию (диабазы принадлежат к BABB-типу MORB)
метатуффиты зеленосланцевой фации.

Поскольку метаморфический комплекс представляет собой уникальное для района образование, правомерным представляется предположение о его парагенетической связи с выделенной по данным цифровой картографии линейной зоной.

Таким образом, эту линейную зону можно рассматривать в качестве шва между Корякским и Камчатским доменами — Тклеваямского шва. Геометрия шва позволяет предполагать право-сдвиговый характер смещения, а наличие выходов метаморфических (в том числе высокометаморфизованных) пород — достаточную глубину заложения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (проект N98-05-64538).