Формирование Иссык-Кульской впадины

Иссык-Кульская впадина расположена на Северном Тянь-Шане; протянулась на 242км в широтном направлении, считая от подножия хребтов; в меридианальном – на 72 км. Впадина заполнена озером Иссык-Куль – 180 на 60 км с максимальной глубиной – 702м, что превышает глубину некоторых морей: например, Балтийского, чья наибольшая глубина – 470м; Баренцева – 600м; Карского – 620м; Желтого – 106м; Гудзонова залива (море Хадсона) – 258м; Персидского залива – 102м.

Впадину с юга окаймляет хребет Терскей Алатоо с максимальной высотой 5280м; с севера – хребет Кунгей Алатоо высотой до 4770м. Перепад от вершины Каракол – 5280м до глубочайшей точки впадины составляет 4380м (уровень озера находится на высоте 1600м над ур. океана).

Глубина впадины среди достаточно значительных по высоте гор обусловлена древней геологической историей формирования Тянь-Шаня. 

Предистория

Около 700-600 млн лет назад крупный остров Иссык-Куль, отделялся морем Терскей от Алай-Таримского острова, из которого в будущем сформируется Южный и Внутренний Тянь-Шань.

В Терскейском море находилась вулканическая островная дуга, которая разделяла море на Нарынскую и Кенсайскую котловины. В начале ордовика около 480 млн лет назад Кенсайская котловина закрылась с присоединением островной дуги к острову Иссык-Куль. После этого началось погружение (субдукция) океанической коры Нарынской котловины под Иссык-Кульский остров.

Островная дуга образовала древний хребет Палео-Терскей, а в месте сочленения и погружения коры Кенсайской котловины под южную окраину Иссык-Куля образовался глубоководный желоб. В свою очередь погружение Нарынской плиты Терскейского моря обновило формирование палеозойского вулканического хребта Палео-Терскей и к концу периода море закрылось.

Обломки субвулканических пород Палео-Терскея составляют основную массу в плиоценовых отложениях современного Терскей Алатоо

Так в общих чертах произошло рождение палеозойского Тянь-Шаня, где на месте моря Терскей образовался хребет и горная Нарынская впадина, заполненная давно исчезнувшим Нарынским озером, в то время как Иссык-Кульская плита представляла собой предгорную равнину с озером на месте глубоководного желоба у северного подножия хребта Палео-Терскей.

В мезозое и в палеогеновом периоде кайнозойской эры на протяжении 270 млн лет палеозойский Тянь-Шань большей частью разрушался почти до полного выравнивания. В конце эпохи олигоцена 25 млн лет назад на Тянь-Шане возобновилось горообразование в связи с конвективным потоком под литосферой (земная кора и верхний слой мантии), пришедшим с юга и который привел Индостанскую плиту к дрейфу и столкновению с Евразийской плитой.

В олигоцене Палео-Терскей получил пока еще небольшой импульс к росту, а Иссык-Кульская плита продолжала оставаться в спокойном платформенном состоянии. В ту эпоху предгорная впадина на юге плиты под северным подножием хребта давно была засыпана обломочным материалом с почти полностью разрушенных гор, но в следующую миоценовую эпоху в промежутке 23-10 млн лет тектонические процессы, вызванные разогревом земной коры от Индостанского потока разогретого глубинного вещества, активизировали горообразовательные процессы на Иссык-Куле, что явилось причиной формирования современной впадины.

Формирование впадины в миоцене, плиоцене и плейстоцене

В миоценовую эпоху образовалось вытянутая в субширотном направлении впадина на юге-востоке и юге Иссык-Кульской равнины, что произошло по всей вероятности в связи с наследием тектонического строения участка литосферы, сформированного в ордовикском периоде 480 млн лет назад. В то же время на северо-западе равнины образовалось озеро меньших размеров у юго-западного подножия холмов Кунгей – будущего хребта Кунгей-Алатоо.

Кунгей Алатоо с западного берега Иссык-Куля

Равнина постепенно углублялась с образованием к концу эпохи 6 млн лет назад единого озера Палео-Иссык-Куль, имевшее сток на запад в Чуйскую впадину с одноименным озером и, возможно сток или пролив на востоке в районе Кегенского прохода в Илийское озеро, заполнявшего Илийскую долину.

В середине плиоцена около 4 млн лет назад прогибание Иссык-Кульской впадины усилилось с одновременным ускорением роста хребтов Кунгей и Терскей Алатоо, опоясывающих озеро с юга и севера. В то время Иссык-Куль превышал по площади современное озеро – ширина водоема была больше на 15-17 км, но глубина еще была значительно меньше. Кроме того в связи поднятием окружающих гор впадина сомкнулась и Иссык-Куль стал бессточным солоноватым озером.

Конец плиоцена характеризуется образованием средне-обломочных серых конгломератов, отлагавшихся в предгорьях и на дне озера, что свидетельствует об усилении горообразования и увеличении амплитуды высот между хребтами и дном впадины. Увеличивались не только абсолютные высоты гор, происходило и расширение площади хребтов на юг и север, в результате чего озеро сужалось и отступало в центральную часть депрессии под напором подъема краевых частей Кунгей и Терскей Алатоо. 

Тюпский (на дальнем плане) и Джергаланский заливы с Терскей Алатоо. Площадь хребтов увеличивается за счет сужения впадины. Сближение хребта с впадиной идет со скоростью 3мм в год

Плиоценовые конгломераты и брекчии в долине Джууку в Терскей Алатоо

С начала плейстоцена около 2,6 млн лет назад произошел очередной тектонический импульс горообразования в Северном Тянь-Шане – на плиоценовый мелко- и средне-обломочный осадочный материал стали отлагаться крупно-обломочные валунно-галечники. Плиоценовые и ранне-плейстоценовые отложения, залегая большей частью согласно, пока сохраняли слабо-наклонное положение, свидетельствующее о еще не сильных вертикальных подвижках земной коры региона до середины плейстоцена. Крупные валуны первых 800 000 лет эпохи сносились из срединной осевой части хребта Терскей и в меньшей степени Кунгей Алатоо, где на поверхность начали интенсивно выходить граниты глубинных частей коры, образованные еще в палеозойскую эру.

К середине эпохи 1 800 000 лет назад начался наиболее мощный тектонический этап в истории Иссык-Кульской впадины – подъем интрузивных масс пород (преимущественно гранитов), охвативший почти всю площадь Северного Тянь-Шаня. В это же время иссык-кульская депрессия с ускорением прогибалась, опережая темпы осадконакопления на дне впадины. При этом продолжал сохраняться общий план депрессии – самая глубокая часть озера по прежнему находилась в южной части в 12 км от южного берега. Этот усиленный тектонический этап продолжается и до настоящего времени в режиме чередующихся активных импульсов и периодов затишья.

Впадина выполнена мезозойскими и, главным образом, кайнозойскими отложениями, суммарная мощность которых, по данным сейсмопрофилирования, в центральной части достигает 4,5 км. В основании осадочного чехла расположена кора выветривания, сформированная по породам метаморфического и магматического палеозойского фундамента. На коре выветривания залегают нижнеюрские угленосные терригенные отложения и глинисто-гравийные образования палеоцена–эоцена (до 400 м), в значительной степени сформированные за счет перемыва коры выветривания. Далее вверх по разрезу согласно или с размывом располагается красноцветная толща (до 500 м) олигоцена и нижнего миоцена, которая надстраивается переслаиванием розово-коричневых песчаников, конгломератов и брекчий плиоцена (до 700 м), составляющих основной объем осадочного выполнения впадины. Выше согласно или с небольшим несогласием отлагались нижне-плейстоценовые валунно-галечники, еще выше с обширным размывом отложений миоцена, плиоцена и нижнего плейстоцена и с резким несогласием залегают средне- и верхне-плейстоценовые крупно-обломочные валунники (до 300 м)

Расширение иссык-кульских хребтов перпендикулярно широтной оси Терскей и Кунгей Алтоо происходило как за счет поднятия магматических масс (в основном гранитов) на окраинах впадины, так и за счет надвигов на осадочные толщи.

В столь больших объемах граниты ведут себя пластично и деформируются по законам гранулированных тел с интенсивной дезинтеграцией на мега- и микроуровнях. Для иссык-кульских гранитов характерны разнонаправленные трещинно-разломные системы, брекчирование, катаклаз (однонаправленная деформация породы на уровне кристаллических зерен) и т.п. Крупные объемы недеформированных гранитов в пределах горных систем, приуроченных к впадине, отсутствуют.

Пространственное перераспределение горных масс происходило с перетоком из областей относительного сжатия в области относительной разгрузки – декомпрессии, то есть шло выжимание (протрузии) гранитных тел в направлении меньшего литостатического давления в сторону Иссык-Кульской впадины. Тектоническое течение, сопровождалось широтными сдвигами большей частью в западном и юго-западном направлении.

Общая тектоническая картина формирования Иссык-Кульской котловины и сопряженных с ней поднятий связано с пластичным перераспределением гранитных масс – воздыманием в срединных областях горных поднятий и реверсным нагнетанием масс пород в стороны от срединных части хребтов навстречу перемещению блоков пород со стороны впадины (смотрите схему). В последние 3 млн лет сформировался рельеф с вертикальным размахом смещений до 9 км.

 Схема формирования Иссык-Кульской впадины и хребтов Терскей и Кунгей Алатоо за счет образования валиковой конвективной системы в астеносфере и коре 

Неогеновые и палеогеновые отложения у подножия Терскея. Автор? Надвиги осадочных отложений от озера в сторону хребтов указывает на обстановку регионального растяжения дна впадины встречного надвигам горных масс

Однако подъем горных вершин иссык-кульского обрамления выше 5км над уровнем моря только за счет тектонического выжимания был бы невозможен без подъема кровли частично расплавленной астеносферы мощностью около 100-120км, подстилающей литосферу региона. Судя по сейсмическим данным, граница астеносферы под хребтами достигает подошвы земной коры, а под межгорными впадинами она отделена от нее линзами твердой литосферной мантии.

Замещение разогретым веществом астеносферы более плотной мантийной части литосферы сопровождается вздутием астеносферы и поднятием земной коры. Величина поднятия пропорциональна квадрату толщины слоя замещенной мантийной литосферы.

Геохимия на контакте астеносферы и литосферы

Разогретая струя астеносферного вещества достигла Иссык-Кульского региона в миоцене, а в плейстоцене уже произошел полный разогрев этого участка коры с возникновением конвективного круговорота коровых масс. Поэтому дополнительное поднятие за счет разуплотнения низов коры проявилось с конца миоцена, когда к подошве иссык-кульской литосферы подошли крупные порции разогретого вещества Индостанского потока. Растекаясь вдоль подошвы литосферы, это вещество, содержавшее значительный объем активных газово-жидких флюидов, прогревало литосферу Северного Тянь-Шаня.

Инфильтрация флюидов в мантийную часть литосферы резко понизила ее вязкость и ослабленная в ходе новейших деформаций литосфера расслоилась по поверхностям градиента деформационных свойств. Отслоенная мантийная часть литосферы погружалась и конвективно замещалась веществом горячей и менее плотной астеносферы, что привело к быстрому воздыманию хребтов Тянь-Шаня в последние 2 млн лет.

Под корой крупных впадин сохранились реликтовые линзы литосферной мантии, что вероятно обусловлено образованием ловушки из конвективных потоков, приведшей к консервации такой линзы.

После погружения тяжелой мантийной части литосферы вблизи нижней границы коры, оставшиеся метаморфизированные породы основного (базальтового) состава с плотностью, меньшей плотности астеносферы испытали преобразования при пропитке флюидными потоками, которые привели к частичному разуплотнению пород, усилившему воздымание. 

Например, поднятие Центрального Тянь-Шаня, обусловленное его сжатием, начиная с олигоцена до начала плиоцена составляло около 1км, а поднятие, обусловленное подъемом астеносферы, могло достигать 2км. Мощность коры под ЦТШ изменяется от 45 до 64 км. Столь высокая мощность не могла быть достигнута только утолщением при сжатии коры.

Коллизионное сжатие коры обеспечило почти 1 км новейшего поднятия Терскей Алатоо, замещение литосферной мантии астеносферой – 1,5 км и возможное разуплотнение пород в низах коры – 400-500м. В сумме это привело к формированию горного сооружения с тремя вершинами превышающими высоту 5км. В конце четвертичного периода, когда в полной мере проявились все тектонические факторы, вклад тектонического выжимания в рост гор оценивается примерно в 30%.

В каньоне Ирдык, Терскей Алатоо. Ускорение поднятия коры выразилось увеличением скоростей эрозионного вреза с образованием современных глубоких ущелий, разрастанием площади хребтов и огрубением новейшего осадочного материала, выносимого с гор

Средне-плейстоценовые крупно-обломочные валунно-галечники на плиоценовых отложениях. Терскей Алатоо

Плейстоценовые конгломераты на дне Покровского залива