Тектоническое строение, структурные типы, движения, деформации и развитие земной коры.
Средняя мощность земной коры в Воронежской области - 42,5 километров. Особенности тектоники Воронежской области обусловлены её принадлежностью к Восточно-Европейской древней платформе (континентальному сегменту литосферы со складчатым фундаментом докембрийского возраста, перекрытым почти горизонтально залегающим осадочным чехлом).
Воронежская область располагается в юго-восточной части Воронежской антеклизы. Антеклиза представляет собой крупное платформенное поднятие в осадочном чехле, сформированное над выступом фундамента (Воронежским кристаллическим массивом). Характеризуется сокращенной мощностью осадочного чехла с большим количеством перерывов. Она вытянута в северо-западном направлении на расстояние около 1 000 километров при ширине примерно 500 километров. Глубина залегания кристаллического фундамента (мощность осадочного чехла) в её пределах изменяется от нескольких метров (в районе города Павловск) до 1 000 и более метров (восточнее города Борисоглебск). На уровне докембрийского кристаллического фундамента (Воронежского кристаллического массива), образующего нижний структурный мегакомплекс, территория Воронежской области располагается на стыке двух мегаблоков: Курского (Курская магнитная аномалия) и Хопёрского, сочленяющихся Лосевской шовной зоной.
Эта зона ориентирована в близком к меридиональному направлении и имеет ширину от 30 до 60 километров. Курский и Хопёрский мегаблоки резко отличаются друг от друга не только составом и возрастом слагающих их пород, но и геофизическими характеристиками вертикального разреза земной коры. В пределах Хопёрского мегаблока, образованного в основном нижнепротерозойскими метаморфическими породами, мощность коры в целом нарастает с запада на восток от 43 до 50 километров. Для неё характерны высокие средние скорости продольных сейсмических волн, достигающие 6,67 километров в секунду. Между корой и мантией фиксируется переходный слой мощностью до 7 километров с аномально низкими скоростями продольных волн (7,35 километров в секунду). Мощность «гранитного» слоя коры составляет 18 километров. Он отличается малыми (6,1 километров в секунду) и средними значениями скоростей продольных сейсмических волн. В целом кора в пределах Хопёрского мегаблока достаточно однородна. Для Курсжого мегаблока (мегаблока Курской магнитной аномалии), сложенного архейскими и нижнепротерозойскими метаморфическими образованиями, характерна значительная латеральная неоднородность разреза коры. Разрез коры в антиклинорных архейских зонах имеет увеличенную мощность «диоритового» горизонта (до 15 километров). Он характеризуется скоростями продольных сейсмических волн, изменяющимися от 6,0 до 6,7 километров в секунду. Переход к мантии резкий, отмечен скоростью продольных сейсмических волн 8,2 километров в секунду. Верхнекоровые горизонты сокращены в мощности, средняя скорость продольных сейсмических волн в них снижена до 6,17 километров в секунду. В архейско-раннепротерозойских синклинорных зонах в разрезе коры присутствует переходный слой мощностью до 10 километров со скоростями продольных сейсмических волн 7,4 - 7,6 километров в секунду. Мантийные скорости здесь появляются на глубинах, превышающих 50 километров. Увеличенная мощность коры сопровождается возрастанием её вертикальной неоднородности. Мощность «гранитного» слоя достигает 22 километра. В современной геодинамической интерпретации образование структуры докембрийского основания платформы носит сложный характер и включает ряд этапов. Наиболее ранний из них и наименее изученный - раннеархейский (около 3 000 000 000 лет назад) может быть охарактеризован лишь в общих чертах. Предположительно к его окончанию территория Воронежской области входила в состав обширного нуклеакратона, который на позднеахейском этапе подвергся внутриконтинентальному рифтогенезу с последующей коллизией и внутри-плитным развитием.
В самом конце позднего архея - начале раннего протерозоя произошел распад единого суперконтинента на 2 континента - Сарматский и Волго-Уральский, между которыми сформировался Донской межконтинентальный рифт. В раннем протерозое выделяются ряд стадий развития этих структур: автономного развития континентов и межконтинентального рифта, субдукционная стадия с существованием пассивной и активной окраин, а также коллизионная, проявившаяся в столкновении Сарматии и Волго-Уралии с образованием Лосевской шовной зоны (орогена) и заложением предгорного прогиба на западе Хопёрского мегаблока. Последняя, коллизионная, стадия характеризуется наиболее мощными тектоническими движениями с образованием, помимо складчатых структур надвигового и сдвигового типов, интенсивным проявлением магматизма. Эта стадия сменяется стадиями постколлизионного (тафрогенного) и раннеплатформенного развития.
Обособление Воронежского кристаллического массива - важнейший итог рифейско-ранневендского этапа развития, определяемого как авлакогенный. К этому времени относится образование Пачелмского авлакогена, Оршанской впадины и, вероятно, заложение Припятско-Донецкого авлакогена, а также юго-восточного ограничения массива. В пределах этих структур шло интенсивное накопление мощных толщ континентальных (молассоидных) отложений, дополнявшихся продуктами вулканизма.
Примерно 600 000 000 лет назад Восточно-Европейская платформа и, в частности, Воронежский кристаллический массив вступили в новый, плитный, этап развития. Основные влияние на это развитие оказали структуры обрамления, через которые проникали морские трансгрессии. Движения блоков фундамента определяли особенности в распределении фаций и мощностей разновозрастных структурно-вещественных комплексов, слагающих осадочный чехол антеклизы. Первая морская трансгрессия на Восточно-Европейской платформе произошла в позднем венде. Морские осадки этого времени, по-видимому, покрывали всю территорию Воронежского кристаллического массива, но впоследствии, в продолжение длительного континентального перерыва, охватывавшего весь ранний палеозой (около 170 000 000 лет), они были размыты и сохранились лишь в пределах структур обрамления, где вскрыты глубокими скважинами. В пределах территории Воронежской области по условиям залегания, наличию перерывов и несогласий в составе верхнего структурного мегакомплекса выделяются 3 структурных комплекса: палеозойский, мезозойский и кайнозойский, каждый из которых соответствует определенному этапу тектонического развития.
Палеозойский структурный комплекс образован девонским и каменноугольным структурными этажами. Девонский структурный этаж в пределах Воронежской области распространен весьма широко и отсутствует только на юге территории. По особенностям его строения в нём можно выделить 2 структурных подэтажа, каждому из которых соответствует определённый вещественный комплекс пород, отражающий отдельный этап развития территории: эйфельско-среднефранский и верхнефранско-фаменский. Формирование структуры палеозойского комплекса в основном обусловлено движениями в Пачелмском авлакогене и формированием крупных структур - Московской синеклизы и Воронежской антеклизы. Каменноугольный структурный этаж распространен в пределах Воронежской области только на юге и крайнем востоке. Породы структурного этажа характеризуются более крутым, чем девонские, погружением в сторону Днепровско-Донецкой синеклизы. Мощность их увеличивается в юго-западном направлении. В этом же направлении прибрежно-морские фации сменяются глубоководными морскими, появляются более молодые горизонты карбона. Важной чертой строения каменноугольного структурного этажа является наличие серии пологих флексур, ориентированных в северо-западном направлении и связанных с зонами разломов в кристаллическом фундаменте. Мезозойский структурный комплекс отделяется поверхностью углового несогласия от подстилающих палеозойских пород и длительным (около 90 000 000 лет) перерывом в осадконакоплении. В продолжение этого перерыва сформировалась поверхность выравнивания, которая в дальнейшем была перекрыта меловыми отложениями. В подошве мезозоя проявляются практически все структурные элементы палеозойского структурного комплекса, но они имеют существенно меньшую контрастность. В пределах Воронежской области мезозойский структурный комплекс образован нижнемеловым и верхнемеловым структурными этажами. Кайнозойский структурный комплекс отделён от верхнемелового структурного этажа отчетливо выраженным географическим и угловым несогласием, а также стратиграфическим перерывом, продолжительностью примерно 20 000 000 лет. В составе комплекса выделяются 2 структурных этажа: палеогеновый и неоген-четвертичный (неотектонический). Палеогеновый структурный этаж сохранился лишь в контурах Среднерусской возвышенности. В пределах Окско-Донской низменности он отсутствует.
Структура подошвы палеогена обладает в целом хорошо проявленным подобием верхнемеловому структурному этажу. Это подобие выражено совпадением регионального структурного плана, представляющего моноклиналь с общим северо-западным простиранием, выдержанным в южной части и существенно отклоняющимся к северо-востоку на севере. Неотектоническая структура кайнозойского структурного комплекса - это структура, сформировавшаяся в течение неогенового периода и четвертичного периода. Важной особенностью неотектонических движений является то, что они определили основные черты современного рельефа, распределение по площади наиболее крупных его форм. В вещественном отношении комплекс образован широким генетическим спектром континентальных отложений. Для территории Воронежского кристаллического массива новейший этап тектонического развития оказался переломным. Это выразилось в резком обособлении нескольких наиболее крупных структурных элементов (Смоленский мегаблок, Днепровско-Деснинский мегаблок, Среднерусский мегаблок, Окско-Донской мегаблок и Приволжский мегаблок). Эти мегаблоки определили обособление конформных им морфоструктур: Смоленской, Среднерусской, Приволжской возвышенностей и разделяющих их Днепровско-Деснинской и Окско-Донской низменностей. Преобладание субмеридиональных и субширотных ориентировок границ этих морфоструктур свидетельствует об активизации на неотектоническом этапе систем разрывных нарушений соответствующих простираний.
Территория Воронежской области располагается частично в пределах Среднерусского мегаблока и частично в пределах Окско-Донского мегаблока. Разрывные нарушения в структуре территории Воронежской области представлены 2 типами. Первый из них объединяет разломы в фундаменте и формирующиеся над ними в осадочном чехле области динамического влияния, которые образованы пликативными и дизъюнктивными дислокациями, возникающими на границах штамповых структур. Второй тип - литогенетические разрывные нарушения (диагенетические трещины и седиментационные разломы) образуются в процессе литогенеза с участием ротационных напряжений. Они распространены в осадочном чехле, не имеют прямой связи с фундаментом, образуют закономерную сеть, состоящую из нескольких систем. В осадочном чехле оба типа представлены зонами повышенной проницаемости пород. Современные вертикальные тектонические движения на территории Воронежской области обладают небольшими скоростями (около +4 миллиметров в год для Среднерусского поднятия и -2 миллиметров в год для Окско-Донской низменности). Скорости горизонтальных движений, установленные по анализу данных GPS, не превышают первых сантиметров и ориентированы в целом в южном - юго-восточном направлении, которое согласуется с направлением движения Евро-Азиатской литосферной плиты в целом.
Современная сейсмическая активность территории Воронежской области характеризуется преимущественной локализацией эпицентров землетрясений вдоль восточного ограничения Лосевской шовной зоны. Альтитуда землетрясений не превышает 6 баллов (Москва), а глубина гипоцентров не выходит за пределы верхнекорового слоя. По комплексу признаков при сейсмотектоническом районировании Воронежской области относится к семибалльной зоне.