Геотектоническое развитие и формирование речной сети Русской платформы

Этапы геотектонического развития и осадконакопления Русской платформы. Начало формирования поверхности Русской платформы относится к времени ее консолидации вокруг Балтийского и Сарматского щитов — к позднему протерозою (Хаин, 1964; Шатский, 1945). В течение этого наиболее длительного этапа континентального развития Земли был образован предкембрийский пенеплен и началось формирование осадочного чехла (Шатский, 1946). В истории тектонического развития Русской платформы выделяются четыре основных этапа накопления осадочной толщи (Геологическое строение..., 1968):

· 1-й этап: поздний протерозой;

· 2-й этап: поздний докембрий — ранний девон;

· 3-й этап: средний девон — средний триас;

· 4-й этап: средний триас — современная эпоха.

Динамика осадочной толщи и структурная перестройка. В течение первого этапа осадочная толща формировалась в узких локальных прогибах. Ко второму этапу относится начало накопления морских отложений, выполнивших плоские, обширные, субширотно вытянутые впадины. В течение третьего этапа происходило формирование основных структурных элементов — прогибов, синеклиз, антеклиз. На фоне общего погружения платформы выделялись более прогнутые участки с относительно низким положением фундамента и большой мощностью осадочной толщи — синеклизы — и испытывающее менее глубокое и более короткое погружение под уровень моря — антеклизы. Четвертый этап — время развития структурных форм и прогибания южной части платформы в связи с движениями в зоне Скифского койлогена и в альпийской геосинклинальной области. Накопление осадков происходило как в области Скифского койлогена, так и в унаследованных с палеозоя прогибах и синеклизах платформы.

Завершающие этапы геотектонического развития по Шатскому и Белоусову. Строение осадочного покрова отражает этапы перестройки структурного плана платформы. Перерывы морского осадконакопления позволяют наметить крупные этапы континентального развития. На основании обширных денудационных срезов Н. С. Шатский (1946) и В. В. Белоусов (1954) выделили четыре этапа геотектонического развития Русской платформы, как бы завершающие этапы формирования осадков:

· 1-й этап: докембрийский, завершившийся в верхнем протерозое общим поднятием платформы и образованием предкембрийского пенеплена;

· 2-й этап: раннепалеозойский (каледонский), закончившийся в конце нижнего девона образованием доживетской поверхности;

· 3-й этап: верхнепалеозойский (герцинский), завершившийся образованием предюрской континентальной поверхности;

· 4-й этап: мезо-кайнозойский (альпийский), в течение которого сформирована современная поверхность Русской равнины.

Становление гидрографической сети и главных речных магистралей. В течение второго и третьего этапов континентального развития было завершено размещение основных речных магистралей, сложилось общее направление стока. Заложение речных систем, близких по очертаниям бассейнов современной речной сети, началось в конце третьего этапа. В это время после осушения позднепалеозойских морей был сформирован обширный континент, просуществовавший до начала среднеюрской трансгрессии. Конец палеозоя — начало мезозоя — наиболее значительный рубеж в развитии Русской равнины. С этого времени началось осушение Русской платформы, закончившееся в плейстоцене оформлением современных границ Русской равнины. В течение четвертого этапа завершилось оформление речной сети в ее современном виде.

Закономерности перестройки речной сети. Крупные этапы геотектонического развития намечают рубежи перестройки речной сети, но не отражают всей сложности ее развития, протекающего в условиях дробного ритма изменений направления тектонических движений. Миграция зон прогибов и поднятий во времени и пространстве определила чередование суши и моря. На континентах с момента осушения развивалась речная сеть. История геологического развития Русской платформы представляет собой историю морей и континентов, последовательно сменявших друг друга.

Формирование стока и заложение древнейших речных систем. Возникновение стока на Русской платформе относится к началу формирования осадочного чехла кристаллического фундамента, т. е. к первому, докембрийскому этапу геотектонического развития платформы. Начало накопления осадочной толщи было заложено образованием мощной коры выветривания, сохранившейся под красноцветными песчаниками (полесский и сердобский комплексы). К позднему протерозою относится заложение структур платформенного типа. Широкая и довольно глубокая (1300–1500 м) Балтийско-Московская синеклиза, протягивавшаяся от Балтийской мульды почти до Тимана, отделяла Сарматский щит от Балтийского. Юго-восточное простирание основных структур Балтийского щита было сформировано еще в период архейского горообразования и, многократно обновляясь в периоды активизации движений, сохранилось до наших дней.

Протерозойская речная сеть и палеогидрография. Реки позднего протерозоя, в соответствии с простиранием основных структурных элементов, стекали с Балтийского щита в юго-восточном направлении, направляясь далее вдоль Балтийско-Московского прогиба в запад-юго-западном направлении. Очевидно, направление речной сети подчинялось наиболее прогибающимся субширотным участкам, разделяющим Балтийский и Сарматский щиты. Установлено (Личков, 1936; Саммет, 1961), что главная крупная река протекала вдоль Финско-Невской впадины, подчеркивая тектоническую депрессию, оконтуривающую зону погружения Балтийского щита к Русской платформе. В настоящее время к этой тектонически подвижной зоне приурочены Финский залив, Ладожское и Онежское озера, реки Нева, Свирь, Онега. До наших дней сохранились Луга-Наровское и Ильменско-Ладожские понижения, к которым, по К. К. Маркову (1931) и Б. Л. Личкову (1936), были приурочены меридиональные притоки главной древней реки.

Развитие структуры в каледонский этап и рифейские впадины. В течение второго каледонского этапа происходило формирование крупных прогибов синклинального типа и заложение основных поднятий. Балтийско-Московская синеклиза, в связи с погружением каледонской геосинклинальной зоны Западной Европы, наиболее прогнута была в западной части. С запада трансгрессировали на Русскую равнину моря. В рифейское время преобладало меридиональное направление движений. Пачелмский авлакоген — грабенообразный прогиб центральной части Русской платформы — разделял Сарматский кристаллический массив на две части. Из располагавшегося к западу от него массива в дальнейшем развитии платформы выделились Воронежский, Украинский и Белорусский массивы. Восточная часть позднее частично вошла в строение Волго-Камской антеклизы (см. рис. 1). Рифейские грубообломочные и песчано-глинистые отложения известны в пределах Московской синеклизы, где достигают мощности 140–400 м. Мощная толща их выполняет Пачелмский прогиб. В пределах антеклиз рифейские отложения отсутствуют.

Прикаспийская синеклиза и древние гидрографические связи. Прикаспийская синеклиза, характеризующаяся, вероятно, мощным и сложным разрезом рифейских отложений, уже в рифейское время обладала большей тектонической подвижностью, чем Московская. Это свойство она сохраняла и в последующие периоды, что подтверждается резкой асимметрией в строении Волго-Камской антеклизы, имеющей пологий северный склон к Московской синеклизе и крутой, сильно осложненный вторичными дислокациями южный склон к Прикаспийской синеклизе. Явление унаследованности позволяет предположить более раннее заложение Прикаспийской синеклизы — в докембрийском теле Русской платформы (Шатский, 1955). Строение рифейской толщи, выполняющей Пачелмский прогиб, свидетельствует о переносе обломочного материала из Московской синеклизы в более прогибающуюся Прикаспийскую. Рифейское время можно считать началом стока из центральных частей Русской платформы к ее юго-восточной окраине.

Рис. 1. Геолого-структурный профиль Русской платформы на широте г. Могилев — г. Ульяновск (по Е. А. Кудиновой, 1953): 1 — Литовско-Белорусский массив; 2 — Оршанский прогиб; 3 — Воронежская антеклиза; 4 — Пачелмский авлакоген; 5 — Токмовский свод; 6 — Мелекесско-Радаевская впадина; 7 — Татарский свод; 8 — Восточно-Русский прогиб; 9 — Ульяновско-Саратовский прогиб; 10 — Рязано-Саратовский прогиб.

Палеогеографические особенности дренажа в палеозое. Две крупнейшие широтные структуры в периоды преобладания меридиональных волн движений многократно в течение геологического развития соединялись то морскими проливами, то реками. И неизменно «стягивание» стока происходило в юго-восточном направлении, в сторону Прикаспийской синеклизы. Следовательно, рифейскую реку Пачелмского прогиба можно считать родоначальником Дона или Воронежа. По мнению Ю. А. Амброза (1965), в рифейское время существовала эорека, соответствующая Днестру, течение которой совпадало с Могилев-Подольским сбросом и разломом по линии гг. Ананьев — Одесса. Речные отложения рифейского времени лежат в основании осадочной толщи платформы.

Денодационные и эрозионные процессы в силуре и раннем девоне. Ко второму геотектоническому этапу относится и начало накопления морских толщ, когда море наступало на Русскую платформу с запада и не достигало восточной части субширотного прогиба. В течение силура и раннего девона поверхность Московской синеклизы была областью денудации. Морские условия сохранились лишь в западной (Балтийской) части субширотного прогиба. В западном направлении происходил сток из центральных частей платформы. Главная крупная река продолжала течь вдоль тектонической депрессии, оконтуривающей зону погружения Балтийского щита. С эрозионной деятельностью этой реки в течение континентального этапа нижнего и среднего девона связано формирование силурийского (ордовикского) глинта, вдоль южных берегов Ладожского озера и Финского залива. В центральной части Русской платформы был заложен водораздел широтного простирания.

Эволюция гидросети в девонский период. В третий этап развития Русской платформы на фоне общего погружения происходит частичная инверсия основных прогибов и заложение стока в трех направлениях. В раннем палеозое сток с Балтийского щита продолжался в юго-восточном направлении, в сторону Балтийско-Московской синеклизы, способствуя накоплению здесь мощных осадочных толщ. Интенсивное прогибание синеклизы сопровождалось накоплением здесь морских осадков. Погружение Уральской геосинклинали в раннем девоне постепенно распространилось на центральную часть Русской платформы. В среднем девоне море пришло сюда впервые с востока, со стороны Урала, и в живетское время (конец среднего девона) заполнило Московскую синеклизу до окраины Балтийского щита. Наиболее интенсивно прогибалась осевая зона синеклизы.

Прогибание сопровождалось развитием разломов и сбросов по ее западной и северной окраинам и в Вятском прогибе. Московская синеклиза как по площади, так и по масштабу погружения становится в девоне основной структурой Русской платформы. В погружение были втянуты ее крылья и окружающие антеклизы. Впервые море проникло в пределы Волго-Камской антеклизы: девонские породы лежат здесь непосредственно на кристаллических породах фундамента. Движения носили дифференцированный характер. Как положительная структура существовал Жигулевско-Пугачевский свод. Центральная его часть, так называемый Балаковский свод, была областью денудации в течение всего девона. В Жигулях отложения живетского яруса лежат на кристаллических породах. В позднедевонскую эпоху Вятская зона дислокаций, Окско-Цнинский вал, отмеченные большими мощностями среднедевонских отложений, а также Жигулевский массив были выведены на дневную поверхность. Реки, дренировавшие позднедевонскую сушу, направлялись как в Московскую синеклизу, так и в Прикаспийскую.

Рис. 2. Палеоструктурная схема поверхности доэйфельских отложений в Поволжье (по А. М. Мельникову, 1963): 1 — изопахиты живетских и пашийских отложений; 2 — Вятский прогиб; 3 — открытый фундамент.

Характер стока и формирование Вятско-Мелекесской и Днепровско-Донецкой систем. Указанием на существование стока юго-восточного направления в раннем палеозое является глубинное строение Вятского прогиба и Мелекесской впадины. Девонский Казанско-Кировский прогиб, обусловленный разломами Вятской системы, судя по уклону поверхности кристаллического ложа (см. рис. 2), был открыт на север (Мельников, 1963). Однако на широте г. Казани намечается древний водораздел. Изолинии отмечают снижение поверхности кристаллического фундамента от Казанской седловины в сторону Мелекесской впадины, открывающейся к юго-востоку. Очевидно, сток вдоль прогиба имел два направления: к северу, в сторону интенсивно прогибающейся восточной части Московской синеклизы, и к югу, к северному борту Прикаспийской синеклизы. Сюда же направлялись реки, протекавшие вдоль Днепровско-Донецкой впадины, о чем свидетельствует огромная мощность отложений девона в Донбассе. Полоса континентальных отложений, сформировавшаяся в прогибе в течение девона, смыкается с зоной Прикаспийской синеклизы. Днепровско-Донецкая река принимала притоки как с севера, из области Литовско-Белорусской и Воронежской антеклиз, так и с юга, с Украинского кристаллического щита (Личков, 1936; Ронов, 1949). Наличие стока вдоль Днепровско-Донецкого прогиба и Мелекесской впадины позволяет предположить существование аналогичной реки в зоне Рязано-Саратовского прогиба, возникшего в начале позднего девона в виде широкой (более 600 км) полосы на месте Пачелмского авлакогена (Бакиров, 1951). Южный конец прогиба сливался с Прикаспийской синеклизой.

Каменноугольный период и структурная перестройка стока. Таким образом, к девону относится окончательное формирование стока Русской платформы юго-восточного направления. Главный водораздел имел субширотное протяжение, протягиваясь от Казанского участка Волго-Камской антеклизы, через Воронежскую и Литовско-Белорусскую антеклизы. Меридиональные волны движений, наметившиеся в позднем девоне, в карбоне привели к значительной перестройке структурного плана, вызвавшего перераспределение стока в центральных частях Русской платформы. С девона началось развитие меридиональной зоны опускания, протянувшейся от Камы до Большого Кавказа и обусловившей позже продольную асимметрию Кавказа. Усилившиеся в связи с герцинскими поднятиями Урала движения привели в карбоне к образованию Восточно-Русского прогиба. К концу девона — началу карбона относится обособление Волго-Камской антеклизы в самостоятельную антиклинальную структуру. В периоды отрицательных движений земной коры наиболее погруженной частью антеклизы была зона Восточно-Русского прогиба. Она вовлекалась в погружение вслед за восточной частью Московской синеклизы. Вдоль Восточно-Русского прогиба в палеозое и мезозое возникали меридионально вытянутые морские проливы, соединявшие моря Московской и Прикаспийской синеклиз. На месте этих заливов в континентальные периоды возникали реки северного и южного направления. Водоразделы при этом формировались между Токмовским и Татарским сводами в районе Казанского перешейка.

Развитие Московской синеклизы и палео-Волжской системы. В течение раннего и среднего карбона интенсивность прогибания Московской синеклизы увеличивалась с запада на восток. Последнее выражается в увеличении мощности осадков среднего и верхнего карбона в восточном направлении (Пистрак, 1950) и в изменении их фациального состава. Карбонатные породы, развитые на востоке Русской платформы, в направлении на запад и юго-запад все более обогащаются терригенными материалами, приносимыми с запада и юго-запада. В связи с перемещением центра погружения в восточную часть Московской синеклизы и поднятием Балтийского щита произошло обособление двух синеклиз: Московской и Балтийской. Возможно, что этому способствовали самостоятельные движения в области Крестцовско-Валдайской впадины. С этого времени моря, наступающие с востока, не проникали западнее Валдайской возвышенности. На месте Крестцовско-Валдайской впадины возник водораздел, послуживший основой современного Каспийско-Черноморско-Балтийского водораздела. В осевой зоне Московской синеклизы располагался, по-видимому, основной водный поток, направлявшийся на восток, в зону наибольшего прогиба синеклизы, и впадавший в море Уральской геосинклинали (см. рис. 3). К этому потоку стекали реки с бортов синеклизы. Так был заложен бассейн будущей Верхней Волги, очертания которого довольно точно совпадают с очертанием бортов западной части Московской синеклизы (Геренчук, 1960; Зеккель, 1947; Спиридонов, 1957).

Рис. 3. Схема погребенных долин Русской платформы: Погребенные долины: 1 — среднеплиоценовые; 2 — раннеплиоценовые; 3 — среднемиоценовые; 4 — предюрские; 5 — ранневизейские. Береговые линии морей: 6 — ранневизейского; 7 — раннеплиоценового; 8 — среднеплиоценового; 9 — акчагыльского. Современные водоразделы: 10 — Главный; 11 — между бассейнами морей. 12 — Водосборные площади морей: Баренцева (1), Белого (2), Балтийского (3), Каспийского (4), Черного (5), Азовского (6).

Палео-Камская система и терригенный снос в раннем карбоне. К карбону относится резкое усиление питания терригенным материалом зоны Прикаспийской синеклизы. В пределах Восточно-Русского прогиба отмечена полоса терригенных образований, выполняющих эрозионно-тектоническую Камско-Кинельскую впадину. Н. И. Марковский (1955, 1963, 1970) считает, что терригенная толща фиксирует положение долин двух ранневизейских рек, сливающихся ниже устья Камы. Каждая из долин совпадает с понижениями кристаллического фундамента в пределах Сарайлинской депрессии и Казанской седловины. Восточному карбоновому руслу соответствует современная Кама. Значит, она имеет не миоценовый, как считается, возраст, а заложена еще в палеозое. Можно отметить удивительную консервативность направления течения нижней Камы. Ниже слияния камской и волжской ветвей ранневизейская долина, отклоняясь к востоку в низовье р. Кинель, открывается в сторону Прикаспийской синеклизы, заканчиваясь дельтовым раструбом в области Второго Баку. Аналогичная дельта, принадлежащая, вероятно, реке, дренировавшей Рязано-Саратовский прогиб, выявлена в районе Саратова, на северо-западном борту Прикаспийской синеклизы (Марковский, 1965). Вероятно, в раннем карбоне эта река обеспечила перенос дистена из Подмосковного бассейна в район Сызрани (Батурин, 1944).

Гидрографическая система визейского века. В ранневизейское время от водораздела, имевшего северо-восточное направление и протягивавшегося от Тимана через Валдайскую возвышенность к Донбассу, реки стекали в единый морской бассейн Уральской геосинклинали, Прикаспийской синеклизы и Предкавказского (скифского) геосинклинального бассейна. Это были соответствующая Верхней Волге река Московской синеклизы, камско-кинельская и рязано-саратовская реки (Марковский, 1965). Дельты двух последних рек располагались в Прикаспийском участке ранневизейского моря. Прикаспийская синеклиза в раннем карбоне была приемником стока со значительной части Русской платформы.

Рис. 4. Мергелисто-глинистые пестроцветные отложения татарского яруса, перекрывающие известняки казанского яруса.

Пермский период и окончательное заложение континентального стока. Начавшиеся в конце каменногоугольного периода поднятия продолжались и в течение раннепермской эпохи. Эти движения привели к сокращению морского бассейна, занимавшего в начале раннепермской эпохи лишь центральную часть Московской синеклизы. В связи с завершением герцинского горообразования происходили интенсивные тектонические движения в Уральской геосинклинали. Поднятие западного склона Урала усилило денудационные процессы и снос на запад терригенного материала. К концу ранней перми континентальные условия распространились на всю центральную часть Московской синеклизы. В уфимском веке территория была покрыта мелководными лагунами с изменчивой соленостью (Бакиров, 1948; Страхов, 1948). Песчано-глинистые отложения лагун и дельт крупных рек, стекавших с западных и южных частей Московской синеклизы и с Урала, широко распространены к северо-востоку от линии гг. Рыбинск — Иваново — Чебоксары.

Погружение казанского века охватило всю центральную часть Русской платформы. Море затопило северную, северо-восточную и юго-восточную части Московской синеклизы. Ось ее в восточной части мигрировала к северу. Западная и южная части синеклизы превратились в область устойчивых, с преобладанием положительных, движений и континентальных условий. В течение татарского века море распалось на отдельные лагуны, которые постепенно опреснялись и заполнялись песчано-глинистыми осадками, приносимыми реками с возвышенностей Урала, Балтийского щита и Воронежской антеклизы (см. рис. 4). К татарскому веку относится начало формирования огромного континента Русской платформы, просуществовавшего до начала среднеюрской (батской) трансгрессии.

Итоговые закономерности этапа. Таким образом, в течение третьего этапа формирования структурной поверхности Русской платформы были заложены западный и южный участки Главного водораздела. Сток от него направлялся к юго-западу, северо-востоку и юго-востоку. К концу этапа распределение стока восточной половины Русской платформы было близко к современному, с той лишь разницей, что существовали два приемника речных вод: восточная часть Московской синеклизы и Прикаспийская синеклиза. Гидрографическая сеть первой напоминала бассейн современной Верхней Волги, несколько урезанный на юго-западе. Бассейн Прикаспийской синеклизы занимал территорию более обширную, чем сейчас. Сюда направлялись реки, соответствующие Нижней Каме и Средней Волге, реки, дренирующие Рязано-Саратовский прогиб и Днепровско-Донецкую впадину. Наиболее мощным приемником продуктов сноса с Русской равнины была Прикаспийская синеклиза, превратившаяся в поздней перми в субмеридиональный прогиб, многократно погружавшийся ниже уровня моря (Эвентов, 1962; Ронов, 1949). Очевидно, Прикаспийская синеклиза оставалась зоной прогибания и в период герцинских горообразовательных процессов, протекавших в зонах современных Урала и Предкавказской (Скифской) плиты, являясь зоной смыкания меридиональных и широтных сооружений.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Г. В. Обедиентова

Источник: Формирование речных систем Русской равнины

Публикации будут полезны широкому кругу геологов, изучающих четвертичную геологию, геоморфологов, гидрогеологов, а также всем специалистам, интересующимся историей рек и геолого-геоморфологическим развитием Русской равнины.