Folding at inversion of paleorift sedimentary basin(on the example of Dnieper-Donets aulakogen)

Abstract

Досліджено механізми становлення різноманітних складчастих форм інверсії осадового басейну на прикладі та з урахуванням особливостей будови Дніпровсько-Донецької палеорифтової системи. З цією метою систематизовано дані про структури і літофаціальне наповнення ДДЗ-Донбасу, застосовано числове моделювання деформацій континентальної літосфери і чохла басейну в умовах колізійного стиснення. Показано, що прояв основних форм складчастості – переривчастої, перехідної, повної – супроводжується характерними літофаціальними особливостями чохла; відповідно до цього сформульовано базове припущення про залежність процесу складкоутворення від літофаціального і літогенетичного факторів, що визначили властивості міцності осадової товщі, яка вступає у стадію деформаційної інверсії (принцип літофаціальної механіки). Загалом моделюванням підтверджено вирішальне значення умов горизонтального стиснення в становленні складчастих структур; відзначено роль осадового басейну як самодостатнього атрактора деформацій в масштабі літосфери. Встановлено, що перехідний складчастий парагенезис Донбасу – гребнеподібна Головна антикліналь і прилеглі положисті структури – може бути наслідком неоднорідностей міцності особливого роду: осьової ослабленої зони в чохлі й високоміцного (компетентного) шару з осьовим мінімумом потужності; сам механізм формування парагенезису Головної антикліналі визначається як комплексний, що включає вертикальну в’язкопластичну течію уздовж осі басейну і вигин на видаленні. Показано, що переривчасті складки (підняття) ДДЗ можна трактувати як результат стискання чохла з довільним сполученням ослаблених і зміцнених порід; натомість повна складчастість Східного Донбасу і кряжа Карпінського зв’язується з вигином компетентного шару постійної потужності. Наукова новизна. Вперше отримано модельне підтвердження механізмів формування складчастих структур первиного (основного) етапу інверсії ДДЗ і Донбасу (зокрема Головної антикліналі), які тривалий час являли собою проблему в регіональних тектонічних дослідженнях і реконструкціях. Складкоутворення безпосередньо пов’язане з особливостями осадового наповнення западин у межах сформульованого принципу літофаціальної механіки. Результати моделювання і висновки з необхідною обережністю можна запропонувати як основу для пояснення походження основних типів складчастості в межах як внутрішньоконтинентальних осадових басейнів, так і крайових складчастих поясів. Практичне значення. Виконано числове моделювання, розроблені принципи аналізу можуть бути використані в реконструкціях, кількісному дослідженні розвитку складчастих структур (підняттів) інверсованих басейнів, зокрема під час вивчення і прогнозування зв’язаних з ними покладів корисних копалин.

The article focuses on the formation mechanisms of fold’s diversity of sedimentary basin inversion. They are investigated on the example of structures of the Dnieper-Donets paleorift system. To achieve this aim we systematized structural and lithofacial data of the Dnieper-Donets basin and Donbas; used numerical modelling to establish the regularities of deformations within lithosphere and sedimentary cover in collisional compression setting. It is shown that the formation of main folding styles as discontinuous (intermittent), transitional and continuous (full) is accompanied by characteristic features of the cover. In this respect, we formulated the basic dependence principle of folding from lithofacial and lithogenic factors, which defined different mechanical properties of sedimentary cover complexes (the lithomechanics principle). Modelling results confirm prime significance of horizontal compressional conditions of basin’s folds development. Moreover, the sedimentary basin plays the role of independent deformation attractor in the lithosphere. The main conclusion is that the transitional fold paragenesis of Donbas with crest-like Main anticline may be the result of particular strength’s distribution, i.e. axial weak zone and competent layer of variable thickness with central minimum. Main anticline formation mechanism is complex. It includes vertical, axial-parallel viscous-plastical flow with distant bending. It is shown that intermittent folds (uplifts) of the Dnieper-Donets basin may be a result of sedimentary cover compression with a random combination of weakened and strengthened zones. On the contrary, full folding of East Donbas and the Karpinsky ridge corresponds to a bending mechanism of competent layer compression of constant thickness. For the first time we obtained the evidence for the folding inversion mechanisms within Dnieper-Donets aulagogen (including Main anticline), which was problematic for many years. Folding is directly related to peculiarities of sedimentary basin infilling within formulated principle of lithofacial mechanics. With necessary caution, the study offers the results of modelling and conclusions for explanations of fold development within intracontinental basins and marginal folded belts. Practical significance. Numerical modelling and elaborated principles of analysis may be used in reconstructions, numerical investigations of fold structures (uplift) within inverted basins, as well as in prognosis of ore, oil-and-gas deposits.