Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования

Обговорено питання походження спелеоініціювальної тріщинуватості печерних мереж Подолії з використанням структурного аналізу лабіринтів, дешифрування лінеаментів рельєфу і уявлення про планетарну (ротаційну) тріщинуватість....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Покалюк, В.В., Аронский, А.А., Шафранская, Н.В., Матошко, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2012
Schriftenreihe:	Геофизический журнал
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98304
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования / В.В. Покалюк, А.А. Аронский, Н.В. Шафранская, А.А. Матошко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 101-112. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98304
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-983042016-04-12T03:02:49Z Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования Покалюк, В.В. Аронский, А.А. Шафранская, Н.В. Матошко, А.А. Обговорено питання походження спелеоініціювальної тріщинуватості печерних мереж Подолії з використанням структурного аналізу лабіринтів, дешифрування лінеаментів рельєфу і уявлення про планетарну (ротаційну) тріщинуватість. Problems of origin of speleoinitiating fracturing of Podolia cave networks are discussed applying structural analysis of labyrinthes, photointerpretation relief lineaments and conception of planetary (rotation-initiated) fracturing. Обсуждаются вопросы происхождения спелеоинициирующей трещиноватости пещерных сетей Подолии, используя структурный анализ лабиринтов, дешифрирование линеаментов рельефа и представления о планетарной (ротационной) трещиноватости. 2012 Article Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования / В.В. Покалюк, А.А. Аронский, Н.В. Шафранская, А.А. Матошко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 101-112. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98304 551.24.03: 551.44(477) ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Обговорено питання походження спелеоініціювальної тріщинуватості печерних мереж Подолії з використанням структурного аналізу лабіринтів, дешифрування лінеаментів рельєфу і уявлення про планетарну (ротаційну) тріщинуватість.
format	Article
author	Покалюк, В.В. Аронский, А.А. Шафранская, Н.В. Матошко, А.А.
spellingShingle	Покалюк, В.В. Аронский, А.А. Шафранская, Н.В. Матошко, А.А. Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования Геофизический журнал
author_facet	Покалюк, В.В. Аронский, А.А. Шафранская, Н.В. Матошко, А.А.
author_sort	Покалюк, В.В.
title	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
title_short	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
title_full	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
title_fullStr	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
title_full_unstemmed	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
title_sort	трещиноватость пещер подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98304
citation_txt	Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования / В.В. Покалюк, А.А. Аронский, Н.В. Шафранская, А.А. Матошко // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 101-112. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Геофизический журнал
work_keys_str_mv	AT pokalûkvv treŝinovatostʹpeŝerpodoliivaspekterotacionnyhitektoničeskihpričinobrazovaniâ AT aronskijaa treŝinovatostʹpeŝerpodoliivaspekterotacionnyhitektoničeskihpričinobrazovaniâ AT šafranskaânv treŝinovatostʹpeŝerpodoliivaspekterotacionnyhitektoničeskihpričinobrazovaniâ AT matoškoaa treŝinovatostʹpeŝerpodoliivaspekterotacionnyhitektoničeskihpričinobrazovaniâ
first_indexed	2025-07-07T06:19:37Z
last_indexed	2025-07-07T06:19:37Z
_version_	1836967981259685888
fulltext	ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 101 Введение. Все исследователи, детально изу- чавшие гипсовый карст Подолии, в той или иной степени освещали вопросы трещиновато- сти гипсов [Гофштейн, 1952; 1967; Дублянский, Смольников, 1969; Кучерук, 1976; Корженев- ский, Рогожников, 1978; Андрейчук, Ломаев, 1979; Коржик, 1984; Печеркин, 1986; Климчук и др., 1995; Андрейчук, 2007]. Большинство исследователей считают, что тектоническая трещиноватость гипсов послужила основой для формирования большей части подземных ла- биринтов. По меткому выражению И. Д. Гоф- штейна, «карст выступает как удивительный препаратор тектонической трещиноватости» [Гофштейн, 1967, с. 502]. Наряду с тектониче- ской трещиноватостью существенную (или даже определяющую) роль в спелеогенезе, по мнению ряда исследователей [Корженевский, Рогожников, 1978; Климчук и др., 1995], играют различного рода литогенетические трещины. И. Д. Гофштейн отмечал, что для крупней- ших гипсовых пещер Подолии характерны два основных направления тектонических трещин, свойственных господствующим направлениям трещиноватости миоценовых пород западной Подолии — северо-западное («карпатское») и перпендикулярное к нему северо-восточное. При этом наблюдается явное превосходство по степени проявления и по распространен- ности трещин северо-восточного направления над трещинами северо-западного [Гофштейн, 1967]. Образование этих систем связывается с УДК 551.24.03: 551.44(477) Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования © В. В. Покалюк1, А. А. Аронский2, Н. В. Шафранская1, А. А. Матошко3, 2012 1Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина 2Нью-Йорк, США 3Ивано-Франковский национальный технический институт нефти и газа, Ивано-Франковск, Украина Поступила 5 сентября 2011 г. Представлено членом редколлегии О. Б. Гинтовым Обговорено питання походження спелеоініціювальної тріщинуватості печерних мереж Подолії з використанням структурного аналізу лабіринтів, дешифрування лінеаментів рельєфу і уявлення про планетарну (ротаційну) тріщинуватість. Problems of origin of speleoinitiating fracturing of Podolia cave networks are discussed applying structural analysis of labyrinthes, photointerpretation relief lineaments and conception of planetary (rotation-initiated) fracturing. периодом интенсивного складкообразования в Карпатах [Гофштейн, 1952]. В. Н. Дублянский и Б. М. Смольников при- водят гистограммы пещерообразующих тре- щин (направлений ходов) для многих пещер Подолии левобережья р. Днестр, из которых следует гораздо более сложное распределение тектонической трещиноватости, чем это пред- ставлялось ранее. Они в целом подтверждают доминирование северо-восточных направле- ний, однако указывают, что в одних случаях отчетливо прослеживаются два пика 10—20 и 290—300° (пещеры Угрынь, Млынки); в других, кроме двух основных пиков, близких по на- правлению к упомянутым, прослеживаются дополнительные пики, соответствующие на- правлениям 60—70, 330—340, 80—90, 0—10° (пещеры Озерная, Ветровая, Юбилейная и др.). «Основные направления ходов полостей, расположенных в северном, центральном и южном районах междуречья Серет-Збруч, различаются одно по отношению к другому на 10—20°» [Дублянский, Смольников, 1969, с. 79]. Это явление объясняется возможным существованием в пределах междуречья трех крупных блоков, несколько различных по про- явлению тектонической трещиноватости. Несколько иная трактовка наблюдаемых соотношений трещин у А. А. Ломаева: «харак- терной для большинства пещер является ори- ентировка ходов по системе двух или двух пар взаимно перпендикулярных трещин, имеющих В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 102 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 простирание субмеридиональное (340, 10°) и субширотное (70—80, 280—290° или 40—60, 310—320°)» [Ломаев, 1979, с. 74]. А. И. Печеркин изучал плотность тектони- ческих трещин на единицу площади закар- стованных массивов. Для гипсовых пещер Зо- лушка и Буковинка им подсчитаны показатели плотности тектонической трещиноватости, такие как: L — общая длина тектонических трещин на 225 м2 поверхности массива и — количество пересечений тектонических тре- щин на 225 м2 поверхности массива. Исходя из значений этих показателей, выделены три категории участков: 1) сильнораздробленные (L=150ff600, =15ff80); 2) среднераздроблен- ные (L=50ff150, K=5ff15); 3) слабораздроблен- ные (L<50, K<5). Подземные формы карста максимально развиты на среднераздроблен- ных участках. Ширина этих зон составляет 40—80 м. На слабораздробленных участках закарстованность незначительная, либо она во- обще отсутствует. Таким образом, по А. И. Пе- черкину, «прерывисто-непрерывный характер тектонической трещиноватости … определяет прерывисто-непрерывный характер карсто- образования» [Печеркин, 1986, с. 57]. Б. А. Корженевский и В. Я. Рогожников описали очень интересную структурную особенность многих пещерных лабиринтов — полигональность. Ее характерными при- знаками являются трехлучевое сочленение ходов и пяти-шестиугольная форма межхо- довых целиков. Яркий пример такой полиго- нальной трещиноватости — Старый район пещеры Оптимистическая (гроты Молекула, Космонавта Комарова, Черепаший, галерея Спелеологов и др.). Происхождение полиго- нальной структуры лабиринтов объясняется этими авторами явлением контракции — рас- трескиванием гипсового массива на полиго- нальную сеть трещин в результате усыхания и обезвоживания в период кратковременного континентального перерыва после отложения гипсов. При этом они не исключают участия в закарстовании рассматриваемого региона и тектонической трещиноватости, которой в этом процессе «принадлежит один из опреде- ляющих моментов» [Корженевский, Рогожни- ков, 1978, с. 151]. В. Н. Андрейчук, В. П. Коржик обратили внимание на такую важную характеристику пещерообразующих трещин, как ранговость. «Ранг нарушения определяется количеством примыкающих к нему трещин (ходов). Если к пещерному ходу, заложенному по нарушению, со стороны лабиринта прилегает семь трещин- ходов, то это нарушение седьмого порядка, если два — то второго и т. д. В Золушке самый высокий порядок — восьмой. Нарушения высо- ких порядков (6—8) образуют пещерный «кар- кас». Они представлены северо-западными и северо-восточными направлениями при рез- ком преобладании северо-восточного. Высоко- порядковые нарушения часто являются «сквоз- ными» по отношению к пещерным районам» [Андрейчук, Коржик, 1984, с. 28]. А. Б. Климчук, В. Я. Рогожников рассмо- трели общую классификацию трещин по от- ношению к спелеогенезу (доспелеогенные, спелеоинициирующие, постспелеогенные), а также их генезис (тектонические, литогенети- ческие, гравитационные и пр.) Была подмечена неоднородность проявления трещин в верти- кальном разрезе [Климчук, Рогожников, 1982]. В последней, наиболее подробной работе по структурным предпосылкам спелеогенеза по- дольских пещер [Климчук и др., 1995] детально охарактеризованы различия в структуре сетей трещин и ходов, развитых в различных ярусах гипсовой толщи. По мнению этих исследовате- лей, спелеоинициирующая трещиноватость гип сов «в наибольшей степени соответствует свойст вам литогенетической трещиноватости, возникшей на стадии позднего диагенеза в свя- зи с продолжающимися и в твердой породе про- цессами отжатия и перераспределения поро- вых растворов, перекристаллизации гипсов и т.п.» [Климчук и др., 1995, с. 56]. При этом отме- чено, что: « … вопрос о природе спелеоиници- ирую щей трещиноватости в гипсах региона пока не решается однозначно… По-видимому, правильно будет говорить о сложном процессе формирования трещиноватости в ходе литоге- не за (катагенеза) гипсовой толщи, при одно- временном воздействии литогенетических и тектонических напряжений и определяющем влиянии структурно-текстурных неоднород- ностей на заложение трещин» [Климчук и др., 1995, с. 59]. В настоящей работе авторы попытались осветить некоторые дискуссионные вопросы происхождения спелеоинициирующей тре- щиноватости гипсов, используя метод струк- турного анализа лабиринтов, дешифрирова- ние линеаментов рельефа по космоснимкам и активно развивающиеся в последнее время представления о планетарной трещиноватости. Под планетарными понимают деформации земной коры, формирующиеся под влиянием внешних по отношению к Земле факторов, ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 103 в первую очередь ротационных сил [Шульц, 1971; Планетарная…, 1973; Гинтов, 2001; 2005]. Давно подмечено, что горизонтально зале- гающие породы платформенного чехла рассе- чены густой сетью субвертикальных трещин, сохраняющих свою ориентировку и соотноше- ние между собой на больших площадях. Ори- ентация этих трещин обнаруживает обычно статистически закономерную связь с четырь- мя направлениями относительно современной оси вращения Земли — орто- и диагональны- ми [Шульц, 1971; Планетарная…, 1973; Гинтов, 2001; 2005]. Основные признаки планетарной трещи- новатости применительно к осадочным или вулканогенным породам чехла [Гинтов, 2001]: 1) им свойственна густая сеть субвертикаль- ных непротяженных (не более сотен метров) трещин, в ориентировке которых обнаружива- ется связь с осью вращения Земли; 2) количе- ственно преобладают сколовые трещины, диа- гональные по отношению к меридионально- широтной сетке; 3) трещины сопровождаются малозаметным сдвиговым перемещением их бортов (чаще всего вообще без смещения); 4) зеркала и борозды скольжения обычно отсутствуют; 5) совместно развитые и одно- возрастные системы трещин (парагенезисы) наблюдаются на больших площадях, охваты- вающих регионы различного тектонического строения; 6) в вертикальном разрезе трещины редко пересекают несколько стратиграфиче- ских горизонтов, обычно их распространение ограничено рамками свиты или слоя. Особенностью трещинной сети пещер По- долии является то, что трещины в большинстве случаев вертикальные, часто нитевидные, от- сутствуют заметные смещения, борозды сколь- жения, глинки трения. Распределение трещин по вертикальному разрезу гипсовой толщи ярусное, зависит от структурно-текстурных свойств отдельных слоев и горизонтов. В их ориентировке (о чем будет речь идти ниже) не- редко устанавливается связь с меридионально- широтной и диагональной сетями трещин. Все эти признаки соответствуют свойствам плане- тарной трещиноватости, образованной в про- цессе литификации осадков под воздействием сравнительно малых величин общепланетар- ных ротационных и региональных тектониче- ских напряжений в верхнем слое земной коры. В качестве основного объекта изучения выбрана пещера Млынки — одна из наиболее крупных пещер Украины (общая протяжен- ность лабиринта — 44 км). Она расположе- на в северной части ореола распространения крупнейших пещер Подолии — в 5 км к югу от г. Чертков, между селами Угрынь и Залесье. Пещера заложена в толще гипсов неогено- вого возраста мощностью около 20 м. Гипсы перекрыты позднемиоценовыми морскими песчано-карбонатно-глинистыми отложения- ми, на которых местами лежат четвертичные делювиальные суглинки. Общая мощность надгипсового чехла достигает 30 м. Литологический разрез гипсовой толщи имеет здесь существенные фациальные разли- чия от наиболее крупных спелеогигантов По- долии — пещер Оптимистическая и Озерная, расположенных в 30 км южнее (рис. 1). Разрез характеризуется сокращенной мощностью (до 3 м) верхней крупно-гигантокристаллической пачки гипсов, менее ярким проявлением купо- ловидной слоистости и меньшей размерностью кристаллов в крупнокристаллических слоях средней пачки (до 1 см), отсутствием репер- ного прослоя бентонитовых глин на контак- те средней и верхней пачек. В целом разрез здесь более однороден — сложен преимуще- ственно скрыто-мелкозернистыми тонко- горизонтально-слоистыми гипсами. По этой причине формирование и проявление трещин в меньшей мере зависит от влияния структурно- текстурных и вещественных неоднородностей. Ярусная дифференциация трещинных сетей, столь характерная для пещер центрального и южного районов междуречья Серет-Ничлава, здесь проявлена незначительно и не определя- ет существенных различий между отдельны- ми районами пещеры. Это послужило одним из критериев при выборе пещеры Млынки в качестве базового объекта изучения структур- ных парагенезисов трещин. Кроме того, были исследованы также лабиринты других пещер, расположенных в 20 км к югу (Мушкарова яма, Вертеба, Алексинская). Методика. Прежде всего, необходимо вве- сти некоторые определения. Объектом струк- турного анализа в нашем случае выступают топографические планы пещер. Как показано в работе [Климчук и др., 1995, с. 26], пещерные ходы «в целом адекватно характеризуют со- ответствующие свойства спелеоинициирую- щих трещин и их сетей». Принимается, что большинство ходов, отраженных на планах, инициированы трещинами соответствующих направлений. Трещины, не проработанные карстом (не закартированные), таким об- разом выпадают из анализа. Подавляющее большинство спелеоинициирующих трещин, В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 104 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 отраженных в виде линейных ходов на пла- нах пещер, являются субвертикальными. Это свидетельствует о доминировании тангенци- альных (горизонтальных) напряжений при их формировании и позволяет использовать розы-диаграммы распределения ориентиро- вок ходов для анализа парагенезисов трещин и решения обратной кинематической задачи тектонофизики — восстановления поля напря- жений по наблюдаемым разрывам и их соотно- шениям. Изначально малые глубины возникно- вения трещин (не более 150 м) и реологические свойства гипсов на такой глубине определяют уровень хрупких и весьма хрупких деформа- ций, который характеризуется обычно неболь- шими величинами угла скалывания (24—30◦). Инициирующие трещины соответствуют в некотором приближении центровым (осевым) линиям ходов. Для получения центровых линий ходов использовался алгоритм на основе ме- тода полигонов Воронова [Грачев, 2011]. Этим был исключен субъективный фактор при их построении. Центровые линии более-менее точно отражают осредненное простирание спелеоинициирующих трещин в случае ходов небольшой ширины. Участки широких залов и галерей, образованных за счет объединения множества спелеоинициирую щих трещин, ис- ключались из анализа или использовались в случае ярко проявленных доминантных направ- лений. По распределению азимута простирания и длины центровых линий ходов строились розы-диаграммы с помощью встроенного мо- дуля в программе Mapinfo [Шафранская, 2011]. Элементарные выборки составлялись по прин- ципу однородности пещерных рисунков и в дальнейшем объединялись в масштабах отдель- ных районов, групп районов и всей пещеры. Рис. 1. Схема корреляции литологических разрезов гипсовой толщи тирасской свиты районов пещер Млынки, Оптими- стическая, Озерная, Мушкарова яма: 1 — известняки багрянковые песчанистые с прослоями известковистых песчаников, 2 — гипсы скрыто-мелкозернистые, светло-серые c коричневатым оттенком, 3 — переслаивание скрыто-мелкозернистых светло-серых и крупно-гигантокристаллических коричневых гипсов, 4 — маркирующий прослой бентонитовых глин зеленовато-серых, 5 — гипсы крупно-гигантокристаллические коричневые, 6 — известняки пелитоморфные (ратин- ские), 7 — мергели зеленовато-серые с прослоями глин и песчаников, 8 — трещины в гипсовой толще; цифры в кружках — пачки гипсов; а—г — слои (пачки) гипсов в районе пещеры Млынки (а — крупно-гигантокристаллические корич- невые гипсы, длина кристаллов до 10—15 см, б — неяснослоистые средне-крупнокристаллические светло-коричневые гипсы пятнистой текстуры, длина кристаллов до 3 см, в — переслаивание (1—10 см) скрыто-мелкозернистых и средне- крупнокристаллических гипсов, залегание слоев мелковолнистое, длина кристаллов в средне-крупнокристаллических прослоях до 1 см, Г — скрыто-мелкозернистые гипсы медовых тонов, в верхней части тонко-горизонтально-слоистые). ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 105 Результаты. По морфологии пещерных ри- сунков весь лабиринт пещеры четко разделя- ется на два типа — А и В (рис. 2). Лабиринт А — группа районов на юге и юго-западе пещеры, лабиринт В —на севере и северо-востоке. Граница между ними может быть проведена по условной линии с азиму- том ~290°. Лабиринты обоих типов, примыкая к этой условной граничной линии, обрыва- ются, лишь в единичных местах соединяясь перемычками. Граница обусловлена, по всей вероятности, постспелеогенным нарушением с раскрытием и незначительным вертикальным смещением. Подобные зияющие постспелео- генные трещины с азимутом ~300° широко рас- пространены в пещере. Они характеризуются вертикальным падением, ровным сколовым характером поверхности стенок с раскрытием 10—20 см и смещением по вертикали 5—15 см. При этом опущенными являются северные и северо-восточные крылья. Отсюда можно предположить, что гипсовый блок, в преде- лах которого развит лабиринт В, опущен по отношению к соседнему юго-юго-западному блоку. Величина вертикального смещения, по-видимому, не превышает 50 см. Лабиринты различаются друг от друга типом рисунка (изо- тропный—анизотропный, параллелепипедаль- ный, субортогональный), плотностью сетей, ориентировкой доминирующих направлений, различными структурными парагенезисами сопряженных трещин. Лабиринт А характеризуется ярко вы- раженной анизотропией направлений при резком доминировании одного (основного) северо-северо-восточного направления (10— 20°) и подчиненном развитии других, среди которых выделяется, в первую очередь, северо- западное направление (290—300°) (рис. 3). По- скольку эти две системы доминируют коли- чественно и образуют постоянно повторяю- щуюся связанную пару, можно считать их сопряженными. По морфологии проявления этих систем и углу между ними 70—80◦ их можно интерпретировать как сопряженные L и Rʹ сколы. Рис. 2. Топографический план лабиринта пещеры Млынки (Тернопольская обл., Чертковский р-н) по материалам спе- леоклуба «Кристалл» (г. Чертков). Пунктиром отмечена граница между лабиринтами А и В. В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 106 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 Рис. 3. Структурные особенности лабиринтов А и В. Лабиринт А: а — типичный фрагмент лабиринта (район Централь- ный), б—г — розы-диаграммы ориентировок ходов, масштаб линейный (б — район Центральный (объем выборки 3000 линейных отрезков, интервал объединения данных 3°), в — весь лабиринт А (выборка — 9000, интервал — 3°), г — весь лабиринт А (выборка — 9000, интервал — 10°)). Лабиринт В: а — типичный фрагмент лабиринта (район Победа), б—г — розы-диаграммы ориентировок ходов, масштаб линейный (б — район Победа (объем выборки 2400 линейных от- резков, интервал объединения данных 3°), в — весь лабиринт В (выборка — 8000, интервал — 3°), г — весь лабиринт В (выборка — 8000, интервал — 10°)). ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 107 Ходы основного направления (L) длинные, прямые, с коротким (3—12 м) шагом между дву- мя параллельными ходами. Ходы сопряженно- го направления (Rʹ) короткие, с более широким (10—40 м) шагом. В целом данный тип лабирин- та может быть отнесен к разряду параллелепи- педальных сетей, хотя эта параллелепипедаль- ность искажена (усложнена) присутствием других направлений трещин. Кроме указанных двух основных направлений выделяются еще как минимум три системы трещин — это мери- диональная (0°), северо-восточная (28°), широт- ная (270°), которые хорошо проявлены на розе- диаграмме ориентировок ходов лабиринта А (см. рис. 3). Субмеридиональная система тесно связана с основной северо-северо-восточной системой; вместе они образуют длинные про- тяженные ходы, периодически изменяющие свое простирание с северо-северо-восточного на меридиональное. Угол между ними состав- ляет 12—20◦, что позволяет рассматривать их как парагенезис L- и R-сколов. Вместе эти три системы лабиринта А (10—20°, 0°, 290—300°) образуют парагенезис L-, R- и Rʹ-сколов при левостороннем основном сдвигании. К это- му же парагенезису мы относим и систему 28◦, которая может соответствовать -сколам. Вместе указанные четыре системы составляют более 80 % всех трещин лабиринта А. В целом в лабиринте А фиксируются девять систем, в по- рядке убывания: 10—20, 28, 0, 290—300, 270, 45, 315, 330, 60°. Все указанные системы являются неслучайными, что подтверждается большой выборкой и четкостью пиков на диаграмме. Первые четыре системы образуют парагенезис L—Р—R—Rʹ-сколов главного этапа формиро- вания трещин, для которого восстановленная ось главного нормального сжатия (σ1) проходит через северо-западные—юго-восточные ква- дранты с ориентировкой 330—335° . Остальные системы связаны, по всей вероятности, с дру- гими этапами образования трещин. Лабиринт В. Здесь также очевиден контроль спелеогенеза линейными структурами, однако в отличие от лабиринта А сеть характеризуется отсутствием ярко выраженной анизотропии — равномерным развитием трещин разных на- правлений и иным доминирующим структур- ным парагенезисом сопряженных трещин. Эти отличия напрямую не связаны с ярусностью гипсовой толщи. Оба типа лабиринтов (А и В) заложены по системам трещин, рассекающих, как правило, всю гипсовую толщу. Однако не- значительные различия, связанные с ярусно- стью, все же имеются. Лабиринт А тяготеет к нижней и средней частям разреза гипсов (пре- имущественно скрыто-мелкозернистым разно- стям), тогда как лабиринт В — к средней и верх- ней (мелко-средне-крупнокристаллическим разностям). В средней и верхней частях раз- реза гипсов присутствуют, хотя и в зачаточном состоянии, мегасферолитовые структуры [По- калюк и др., 2011]. Лабиринт В характеризует- ся широкими, более короткими и значительно менее выдержанными по простиранию ходами (см. рис. 3). По общей форме он приближается к субортогональному. Парагенезис основных систем иной, чем в лабиринте А. На розе-диаграмме ориентировок ходов лабиринта В выделяются десять систем на- правлений, в порядке убывания: 10—20, 25—28, 340—350, 332, 62, 45, 0, 315, 290—300, 270°. Все они, за исключением системы 340—350°, при- сутствуют и в лабиринте А. Но в отличие от последнего здесь появляется новая доминиру- ющая сопряженная пара — 340—350 и 62°. Она является характерным отличительным при- знаком лабиринта В. На сопряженность этой пары указывает следующее: 1) два указанных направления проявлены совместно именно здесь (в лабиринте А система 340—350◦ отсут- ствует, а система 62° количественно подчинена всем остальным); 2) образуют повторяющуюся пару и, по сути, определяют облик данной сети. Угол между этими системами составляет ~77°, что позволяет интерпретировать их как L- и Rʹ-сколы. Ось главного нормального сжатия (σ1) этой сопряженной пары проходит через юго-западно—северо-восточные квадранты и составляет ~20°. Таким образом, для пеще- ры Млынки в целом имеет место наложение двух основных структурных парагенезисов, образованных в разные этапы формирования трещин. Какой из них более ранний, сказать трудно, но количественно доминирует первый. При всей схожести морфологических про- явлений трещин с планетарной трещиновато- стью, структурная ориентировка обоих ука- занных парагенезисов обусловлена тектони- ческими (эндогенными) причинами. На это указывает несовпадение ориентировки оси главного нормального сжатия с установленной [Гинтов, 2001; 2005] меридионально-широтной ориентацией главных нормальных осей пла- нетарных ротационных полей напряжений в неоген-четвертичное время. На общей розе-диаграмме всех ходов пе- щеры Млынки (рис. 4) присутствуют девять систем трещин (270, 298, 320, 332, 0, 10—20, 28, 45, 62°), что свидетельствует о нескольких В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 108 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 Ри с. 4 . Р оз ы -д иа гр ам м ы н ап ра вл ен ий х од ов п ещ ер . В с ко бк ах — о бъ ем в ы бо рк и; м ас ш та б ли не йн ы й. ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 109 этапах их образования. Один самостоятельный этап имеет не более пяти—шести систем, чаще не более четырех. Степень достоверности тех или иных си- стем трещиноватости, естественно, зависит от объема выборки и интервала объединения данных. Как выяснилось, достаточным интер- валом, выявляющим закономерную много- направленность (полимодальность) трещин для пещерных лабиринтов средних размеров (1—5 км) является 5◦. Для более крупных лаби- ринтов (5—40 км и более) можно использовать интервал 3°. Объединение данных с интер- валом 10◦ приводит к существенной потере информации о многоэтапности и многона- правленности трещин (см. рис. 4). В 20 км к югу от пещеры Млынки располо- жены пещеры Вертеба, Мушкарова яма и Алек- синская. Рисунки трещинно-разрывных сетей этих пещер имеют между собой некоторые различия, выраженные в преобладании тех или иных общих направлений, однако оси глав- ного нормального сжатия суммарных полей везде примерно одинаковы и соответствуют оси главного нормального сжатия основного этапа образования трещин для пещеры Млын- ки. Все они проходят через северо-западные и юго-восточные квадранты и ориентированы северо-северо-запад—юго-юго-восток (330— 340°) (см. рис. 4). Это свидетельствует о доми- нирующем суммарном региональном сжатии север-северо-запад—юго-юго-восток в период образования этих трещинно-разрывных сетей (верхний тортон—нижний сармат). Эти данные могут быть согласованы с ре- зультатами структурно-парагенетического анализа по карпатскому региону. Так, основ- ной парагенезис пещерных сетей (σ1=330ff340◦, L=10ff20◦, Rʹ=290ff310◦, R=0◦) соответствует одному из девяти выделенных [Гинтов, 2005] субвертикальных парагенезисов трещин Укра- инских Карпат. Второй выделенный нами пе- щерный парагенезис, свойственный лабиринту В пещеры Млынки (σ1=~20°, L=340ff350◦ Rʹ=62°), пока не находит аналогии. Однако авторы на- стоящей статьи не исключают ошибку в ин- терпретации сопряженных трещин, посколь- ку отсутствуют непосредственные данные об их соотношениях в связи с невозможностью или крайней затрудненностью этих определе- ний из-за коррозии трещин водой в процессе спелеогенеза. Как возможный иной вариант интерпретации наблюдаемого структурного рисунка лабиринта В могут быть указаны со- пряженные сколы Риделя в положениях 330— 340°, 20—30◦ и соответственно меридиональное положение оси главного нормального сжатия (σ1=0◦). Главные субвертикальные структур- ные парагенезисы Украинских Карпат, ха- рактеризующиеся доминирующим северо- восточным сжатием (σ1=55; 65◦) [Гинтов, 2005], в пещерных сетях нами не зафиксированы. По-видимому, эти парагенезисы коррелиру- ются с постспелеогенной или доспелеогенной трещиноватостью гипсов, выпадающей из на- стоящего исследования. Следует заметить, что при общем тектони- ческом характере структурных рисунков для всех рассмотренных здесь пещер устанавлива- ется отчетливая связь ориентации значитель- ной части трещин с положением современной оси вращения Земли. В них присутствуют хо- рошо выраженные меридиональная, широтная и две диагональные системы трещин. Наиболее ярко это свойственно пещере Вертеба, в мень- шей мере — остальным (см. рис. 4). Это может свидетельствовать о том, что при реализации тектонических полей частично наследовались направления планетарной (ротационной) тре- щиноватости. Близкие представления о на- ложении тектонических напряжений на пла- нетарную сеть трещин высказаны в работе [Андрейчук, 2007] для пещеры Золушка. Связь трещиноватости с мезорельефом. Выявленные особенности трещиноватости гипсовой толщи обнаруживают взаимосвязи с ориентировкой мезолинеаментов рельефа. На космоснимках радарной топографической съемки (Shuttle radar topographic mission — SRTM) обращает внимание, прежде всего, доминирование мезолинеаментов северо- западного простирания (290—310°), обуслов- ленных притоками р. Днестр второго-третьего порядка (первый порядок — реки Серет, Нич- лава, Збруч и др.) и чередованием пологих вы- тянутых низин и возвышенностей (рис. 5). Эти линеаменты образуют плотную равномерно проявленную систему параллельных линий со строго выдержанным азимутом простирания (~300°) на большей части территории Подолии (~150/300 км). Строгая параллельность этой си- стемы линеаментов рельефа свидетельствует об ее обусловленности и предопределенности трещинно-разломной сетью пород чехла, а широкое площадное распространение — о регулярном характере поля инициирующих напряжений. Между распределением трещин в гипсовой толще и линеаментами рельефа на- блюдается соответствие, выраженное в совпа- дении нескольких максимумов (290—310, 335, В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 110 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 45, 30, 0°), в первую очередь максимума 300°. Связь рельефа и трещиноватости пещерных сетей отражается также в общей вытянутости лабиринтов многих пещер Подолии в направ- лении северо-запад—юго-восток (Млынки, Вертеба, Мушкарова яма, Кристальная и др.) и такая же ориентировка цепочек молодых карстовых воронок. В рельефе находят выражение не все систе- мы трещиноватости, проявленные в пещерных сетях. В частности, слабо отражена система 10—20°, хотя трещины этого направления наи- более многочисленны в гипсах. На эту особен- ность обращал внимание еще И.Д. Гофштейн [1967]. Ответ здесь лежит в избирательном препарировании отдельных направлений трещинно-разрывных сетей чехла поверхност- ными водами, что определяется сочетанием эндогенных (тектонических) и экзогенных факторов. С одной стороны, лучше препариру- ются зоны наибольшей раздробленности или плотности трещин, большей их раскрытости (с большей компонентой растяжения), с другой — направления доминирующего поверхностного стока. Общий слабый уклон Подольского плато на юго-восток определяет преимущественный сток поверхностных вод в этом направлении. Как свидетельствуют данные по пещере Млын- ки, чередование зон повышенной и понижен- ной плотности трещин в гипсах также вытяну- то в направлении северо-запад—юго-восток, что определяет повышенную проницаемость этих зон для поверхностных вод, развитие кар- стовых процессов, образование пониженных Рис. 5. Пещеры Подолии в структуре линеаментов различных масштабных уровней: а — пещеры междуречья рек Серет и Ничлава в сети мезолинеаментов — притоков р. Днестр второго-третьего порядка, вытянутых пологих низин и холмов, б — региональная структура крупных линеаментов глубинных разломов, активно проявившихся в альпийское время в зоне сочленения Карпатской складчатой системы и Восточно-Европейской платформы, в — область распространения мезолинеаментов рельефа северо-западной системы (~300◦) совпадает с областью распространения баденских отло- жений платформенного чехла Подолии. ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ПЕЩЕР ПОДОЛИИ В АСПЕКТЕ РОТАЦИОННЫХ И ТЕКТОНИЧЕСКИХ... Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 111 долин, водораздельных холмов и пр. С этим же направлением связаны постспелеогенные разрывы в гипсах, характеризующиеся зна- чительным раскрытием (10—30 см) стенок, которые могут служить каналами для зало- жения линейных врезов притоков р. Днестр второго порядка. Совпадение указанных фак- торов определило формирование сильно ани- зотропного, с доминированием ориентиро- вок северо-запад—юго-восток, мезорельефа. Таким образом, рельеф Подолии, имеется в виду внутренний рельеф междуречных плато, — результат экзогенной препарировки мезо- трещиноватости неоген-четвертичных пород чехла в процессе неотектонических поднятий территории, а не реликтовая поверхность ал- лювиальной равнины, как это предполагалось в работе [Геренчук, 1950]. Основным доказатель- ством этому служит строгая параллельность и равномерность системы линеаментов рельефа с простиранием ~300° на огромной территории. Эта экзогенная препарировка началась сразу после ухода сарматского моря с территории Подолии, продолжается она и в настоящее вре- мя, о чем свидетельствуют цепочки молодых карстовых воронок, вытянутых в направлении северо-запад—юго-восток (~300°). В работе [Климчук, 1999] указывается, что пещеры артезианского происхождения, наи- более выразительным примером которых, по мнению этого исследователя, являются гип- совые пещеры Подолии, не проявляют функ- циональной связи с современным рельефом. Однако, как свидетельствуют материалы, из- ложенные выше, наземный рельеф Подолии на мезоуровне имеет отчетливую связь с трещин- ными сетями пещер. Возможно, такая связь плохо улавливается на уровне локальных мезо- форм рельефа — холмов, склонов, понижений, в пределах которых развита конкретная пеще- ра (до 2—5 км2), однако на более региональ- ном уровне она очевидна. Это свидетельствует о том, что трещинные сети предопределили формирование не только самих пещер, но и сыграли очень важную роль в моделирова- нии поверхностных форм рельефа Подолии. Очевидно, что глубинный карст связан с ре- льефом опосредованно через общую систему рельефообразующей и карстоинициирующей трещиноватости . При сопоставлении трещинных сетей в гип- сах с региональными разломными cтруктурами необходимо обращать внимание прежде все- го на те, которые были активны в неоген- четвертичное время, а это структуры, четко проявленные в современном рельефе. К таким структурам первого порядка в первую очередь относятся Кременецкий глубинный шов (64°), Толтровый глубинный шов (331°), серия фраг- ментов краевого шва Восточно-Европейской платформы (~330°), серия региональных ли- неаментов Карпат (312°), фрагмент глубин- ного разлома от г. Могилев-Подольский вниз по р. Днестр (308°) (см. рис. 5). Именно они определяли общий структурный план регио- на в неоген-четвертичное время и влияли на формирование трещинно-разрывной сети в гипсах. Выводы. 1. По характеру структурных ри- сунков пещерные сети обнаруживают связь как с планетарными, так и с тектоническими региональными полями напряжений. Спелео- инициирующая трещиноватость пещерных сетей Подолии относится к разряду регио- нальных тектонических регулярных сетей на- чального (породного) масштабного уровня, на образование которых существенное влияние оказали планетарные ротационные напряже- ния в верхнем осадочном слое земной коры. Она образована на этапе литификации гипсов (и в последующее время) под воздействием планетарных ротационных сил с одновремен- ным или запаздывающим наложением слабых региональных полей тектонических напря- жений. Последние, в свою очередь, связаны с карпатским орогенезом. Внутренние эндоки- нематические процессы внутри самой породы в процессе литификации (обезвоживания и пр.) играли роль первичного энергетического источника или катализатора трещинообразо- вания, конкретная же ориентировка их опре- делялась планетарными ротационными и в большей мере региональными тектоническими напряжениями. 2. Влияние литологического фактора на ори- ентировку трещин, например искажение пря- молинейности и субвертикальности трещин в гипсах крупнокристаллической структуры, проявляется лишь на уровне сантиметров— первых метров; более крупный план — ме- тры—первые десятки метров — подчиняется региональным полям ротационных и тектони- ческих напряжений. 3. Спелеоинициирующая трещиноватость гипсов сформирована в несколько этапов, кото- рые фиксируются различными структурными парагенезисами сопряженных сколовых тре- щин. Выделяются два основных структурных парагенезиса трещин и, следовательно, два основных этапа их образования. По всей ве- В. В. ПОКАЛЮК, А. А. АРОНСКИЙ, Н. В. ШАФРАНСКАЯ, А. А. МАТОШКО 112 Геофизический журнал № 6, Т. 34, 2012 роятности, имеют место и другие этапы, воз- можно с инверсией напряжений, однако, при условии хрупких деформаций и наличии ранее сформированной густой сетки трещин все по- следующие этапы деформаций реализуются, используя, как правило, уже готовую сеть. От- делить их друг от друга при этом весьма сложно. Общее суммарное за все время спелео генеза поле напряжений соответствует главному этапу формирования трещин, который характери- зуется положением оси главного нормального сжатия северо-северо-запад—юго-юго-восток (330—340°) при левосдвиговых северо-северо- запад—юго-юго-восток и правосдвиговых северо-запад—юго-восток деформациях. 4. Трещинные сети в гипсах предопредели- ли формирование не только самих пещер, но сыграли очень важную роль в моделировании поверхностных форм рельефа Подолии. Авторы считают приятным долгом по- бла го да рить О. Б. Гинтова, Б. А. Занкевича, А. В. Матош ко за конструктивные замечания при об суж дении статьи, а также В. А. Снигура, И. П. Фия ла, С. Т. Мусияченко, Д. П. Остапюк за помощь в проведении экспедиционных ра- бот в пещере Млынки. Список литературы Андрейчук В. Н. Пещера Золушка. — Сосновец— Симферополь: Изд. Силезск. ун-та и Укр. ин-та спелеологии и карстологии, 2007. — 406 с. Андрейчук В. Н., Коржик В. П. Пещерная система Зо- лушка // Пещеры. Типы и методы исследования. — Пермь: Изд. Пермск. ун-та, 1984. — Вып. 19. — С. 25—29. Геренчук К. И. Геоморфология Подолии // Наук. зап. Чернівецьк. ун-ту. Серія геол.-геогр. наук. — 1950. — 8, Вип. 2. — С. 89—111. Гинтов О. Б. Полевая тектонофизика и ее приме- нение при изучении деформаций земной коры Украины. — Киев: Феникс, 2005. — 572 с. Гинтов О. Б. Планетарные деформации земной коры, ротация Земли и движение литосферных плит // Геофиз. журн. — 2001. — 23, № 4. — С. 69—82. Гофштейн И. Д. Тектоническая трещиноватость осадочных пород в среднем течении Днестра // Изв. АН СССР. Сер. геол. — 1952. — № 6. — С. 108—117. Гофштейн И. Д. Тектоническая трещиноваточсть и гипсовый карст Подолии // Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. — 1967. — 99, вып. 6. — C. 501—504. Грачев А. П. Топографо-геодезические работы в горизонтальных пещерах. Практические реко- мендации для спелеотопографа. — 2011. —http:// nature.land.kiev.ua/Library/topographic_work_in_ caves.pdf Дублянский В. Н., Смольников Б. М. Карстолого- геофизические исследования карстовых поло- стей Приднестровской Подолии и Покутья. — Киев: Наук. думка, 1969. — 151 с. Климчук О. Б. Гідрогеологічні умови розвитку і ге- незис карстових порожнин в неогенових суль- фатних відкладах Волино-Подільського артезі- анського басейну: Автореф. дис. ... канд. геол. наук. — Київ, 1999. — 25 с. Климчук А. В., Андрейчук А. Н., Турчинов И. И. Струк- турные предпосылки спелеогенеза в гипсах За- падной Украины. — Киев: Укр. спелеол. ассоциа- ция, 1995. — 104 с. Климчук А. Б., Рогожников В. Я. Сопряженный анализ истории формирования пещерной системы (на примере пещеры Атлантида). — Киев: Изд. ИГН АН УССР, 1982. — 56 с. Корженевский Б. А., Рогожников В. Я. О значении контракционной трещиноватости в формиро- вании карстовых лабиринтовых систем в гипсах Подолии // Вопросы генезиса, динамики, фор- мирования подземных вод и воднофизические свойства пород УССР. — Киев: Наук. думка, 1978. — С. 147—152. Кучерук А. Д. Карст Подолья. — Киев: Наук. думка, 1976. — 197 с. Ломаев А. А. Геология карста Волыно-Подолии. — Киев: Наук. думка, 1979. — 130 с. Печеркин А. И. Связь крупных пещерных систем сульфатного карста с распределением тектони- ческой трещиноватости // Пещеры: Методика изучения: Межвуз. сб. науч. тр. — Пермь: Изд. Пермск. ун-та, 1986. — С. 48—57. Планетарная трещиноватость / Под ред. С. С. Шуль- ца. — Ленинград: Изд-во Ленингр. ун-та, 1973. — 176 с. Покалюк В. В., Дорошенко А. Н., Терещенко С. И. Мегасферолиты в гипсах Приднестровья (проис- хождение и влияние на спелеогенез) // Минерал. журн. — 2011. — 33, № 2. — С. 15—24. Шафранская Н. В. Алгоритм построения круговых структурных диаграмм, реализованный в ГИС- среде // Геоинформатика. — 2011. — № 1. — С. 1—4. Шульц С. С. Планетарные трещины // Геотектоника. —1971. — № 3. — С. 18—34.

Трещиноватость пещер Подолии в аспекте ротационных и тектонических причин образования

Institution

Ähnliche Einträge