ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 6, с. 63-82
УДК 55+350.34
АВТОНОМНАЯ ГЕОДИНАМИКА ЗОНЫ СОЧЛЕНЕНИЯ ПАМИРА И ТЯНЬ-ШАНЯ ПО СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2015 г. А. А. Лукк, В. И. Шевченко, В. Г. Леонова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: lukk@ifz.ru Поступила в редакцию 15.08.2014 г.
Геодинамика Таджикской депрессии (зоны сочленения Памира и Тянь-Шаня) обычно рассматривается в рамках плейттектонической концепции, которая предполагает интенсивное субгоризонтальное сжатие зоны за счет сближение Индостанской и Евразийской литосферных плит. Это сближение надежно подтверждено GPS-измерениями. Однако совместный анализ результатов геологического картирования, сейсмологических наблюдений и светодальномерных измерений, проведенных в течение ряда лет на Гармском геодинамическом полигоне ИФЗ АН СССР, показал, что хотя Таджикская депрессия представляет собой область напряжений субгоризонтального сжатия, ее ширина не сокращается, а увеличивается. Это, а также данные по ряду других регионов позволили предположить, что существуют, помимо плейттектонических, иные, местные, автономные источники текто-генеза. Кроме того, существующие сейсмологические материалы сами по себе указывают на возможность существования таких автономных источников в пределах Таджикской депрессии. К их числу относятся данные о раздвижении материала земной коры депрессии, на что указывают сейсмотектонические подвижки в фокальных механизмах очагов, направленные в разные стороны от осевой, наиболее погруженной части депрессии на глубинах 20—30 км. А над этой областью отмечается хаотизация вида сейсмотектонического деформирования. Такой характер деформирования трудно уложить в рамки простой модели субгоризонтального сжатия земной коры полигона. Перечисленные особенности сейсмотектонической деформации земной коры рассматриваемой части Таджикской депрессии предлагается объяснять увеличением объема горных пород за счет поступления дополнительного минерального материала с глубинными флюидами из низов коры и/или верхов мантии. Это увеличение объема вызывает возникновение напряжений субгоризонтального сжатия (точнее — распора). В качестве одного из возможных каналов такого поступления предлагается рассматривать выделенное в северной части области хаотизации СТД слабо наклоненное столбообразное сгущение гипоцентров землетрясений изометричной формы с поперечными размерами порядка 20 км, прослеживаемое до глубин 40 км, где сейсмичность прекращается. Предлагаемый механизм возникновения напряжений распора (автономная геодинамика) может рассматриваться как самостоятельный элемент тектогенеза наряду с традиционным механизмом возникновения напряжений субгоризонтального сжатия, связанным с плейттектоническим сближением Евразийской и Индостанской литосферных плит.
Б01: 10.7868/80002333715040067
1. ВВЕДЕНИЕ
Зона сочленения двух крупнейших горных стран Памира и Тянь-Шаня и ее окрестности является одной из наиболее активных в сейсмическом отношении континентальных территорий мира. Геодинамика этой зоны обычно рассматривается в рамках представлений концепции глобальной тектоники как зона коллизии Индостан-ской и Евразийской литосферных плит.
Однако совместный анализ результатов геологического картирования, сейсмологических наблюдений и светодальномерных измерений, проведенных в течение ряда лет на Гармском геоди-
намическом полигоне ИФЗ АН СССР, показал, что хотя Таджикская депрессия представляет собой область преобладания напряжений субгоризонтального сжатия, ее ширина не сокращается, а увеличивается. Это, а также данные по ряду других регионов позволили предположить, что существуют, помимо плейттектонических, иные, местные, автономные источники тектогенеза [Шевченко, 1984; 1999; Шевченко и др., 2007; 20116; 2012].
Гармский геодинамический полигон ИФЗ АН СССР с почти 40-летней историей инструментальных наблюдений расположен в центральной части зоны сочленения в Таджикской депрессии
Рис. 1. Схема расположения Гармского геодинамического полигона ИФЗ АН СССР в Таджикской депрессии в зоне сочленения Памира и Тянь-Шаня.
В прямоугольной рамке указан полигон и сейсмичность в его пределах на глубинах 8—12 км за 1955—1991 гг. для наиболее сейсмически активной нижней части "верхнего сейсмогенного слоя": маленькими черными крестиками показаны эпицентры представительных землетрясений с М > 1.7 (К > 7 по энергетической классификации Т.Г. Раутиан [1960]). Белыми пустыми треугольниками показана сеть сейсмических станций КСЭ ИФЗ АН СССР, а черными треугольниками использовавшиеся при обработке сейсмические станции ТИССС (Таджикский институт сейсмостойкого строительства и сейсмологии). I и II — линии сейсмологических профилей, описанных далее, соответственно, при обсуждении рис. 6 и рис. 10.
(рис. 1). На его территории были выполнены многолетние детальные геологические, сейсмологические и геодезические наблюдения. Геологические исследования были проведены В.И. Шевченко в 1978-1991 гг. [Гусева и др., 1983а; б; 1987; Лукк, Шевченко, 1986; 1989а; б; 1990; 2003; 2004; Lukk, Shevchenko, 1988; и др.]. Сейсмологические исследования выполнены А.А. Лукком по данным о ~95000 сейсмических событий за 1955-1991 гг. и по данным ~18000 фокальных механизмов землетрясений за 1963-1991 гг. [Лукк, Юнга, 1979; 1988а; 1988б; 1988в; Лукк, Шевченко, 1986; 1989а; б; 1990; 2003; 2004; Лукк и др., 2005; 2008; Lukk, Shevchenko, 1988; Lukk et al., 1995], построение которых от первичной обработки сейсмограмм до получения решения фокального механизма было проведено
В.Г. Леоновой [Вессон др., 1976; Лукк и др., 1976; Лукк, Леонова, 1978; Леонова, Лукк, 1996; Лукк и др., 2005; 2008].
2. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КАРТИРОВАНИЕ СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Важную информацию о природе сил, действующих на земную кору в зоне сочленения Памира и Тянь-Шаня, можно получить из рассмотрения ее сейсмотектонического деформирования (СТД), оцениваемого по совокупностям фокальных механизмов землетрясений. Все построения базировались на методике С.Л. Юнги [1977; 1979; 1990], основ-
ные положения которой описаны вкратце в следующем разделе.
Для понимания возможной природы наблюденной структуры сейсмичности в земной коре Гармского полигона рассмотрим характер ее сейсмотектонического деформирования (СТД) по совокупностям фокальных механизмов землетрясений.
2.1. Элементы методики реконструкции СТД
Сейсмотектоническая деформация (СТД) макрообъема земной коры по данным о фокальных механизмах землетрясений описывается с помощью матрицы "среднего механизма" Мр определяемой как среднее арифметическое из совокупностей мат-
риц индивидуальных механизмов ш,у, ность которых принята равной 1, т.е.:
интенсив-
ми = л/С тт) = 1.
(1)
Внутренняя сходимость индивидуальных матриц или их соответствие получаемому решению "среднего механизма" описывается величиной:
к = ТСММ7),
(2)
где величина к может изменяться в диапазоне значений к = 0—1 (от полного разупорядочения (к = 0) до полного (к = 1) упорядочения СТД).
Собственные значения М1, М2, М3 (М1 > М2 > М3) симметричного тензора 2-го ранга М-р позволяют оценить параметр Лоде—Надаи цМ как:
Цм = 3М2/(М1 - Мз).
(3)
Параметр Лоде—Надаи цМ (—1 < цМ < 1) характеризует вид деформированного состояния (одноосное укорочение (цМ > 0), одноосное удлинение (цМ < 0), сдвиг (цМ ~ 0).Он является одной из важнейших характеристик описания СТД, поскольку позволяет судить о близости к одному из трех указанных выше видов СТД.
При реконструкции СТД использовались лишь достаточно надежные решения фокальных механизмов, для которых удавалось установить знаки первых вступлений продольных волн Р не менее, чем на 6 сейсмических станциях, расположенных в достаточно широком азимутальном секторе. Кроме того, в достаточно большом числе случаев использовались также знаки первых вступлений волн S, которые трансформировались в знаки волн Р с использованием методики С.Л. Юнги [1977; 1990].
2.2. Схема сейсмотектонического деформирования земной коры Гармского полигона на глубинах 0-15 км
Схема распределения СТД земной коры Гармского геодинамического полигона приведена на рис. 2. Реконструкция СТД осуществлялась в пределах скользящей цилиндрической ячейки от дневной поверхности до глубины 15 км (более глубокие события не включались в рассмотрение в силу специфики их фокальных механизмов, о чем речь ниже) с радиусом основания 3 км (шаг перемещения ячейки 3 км по широте и долготе) за указанный выше период времени. При этом расчеты проводились по ячейкам осреднения данных, содержащих не менее 7 фокальных механизмов [Ьикк й а1., 1995]. Результаты реконструкции СТД на рис. 2 приведены в виде ориентаций проекций на горизонтальную плоскость главных осей сжатия и растяжения тензора сейсмотектонических деформаций. Длина проекций осей Р и Т определяется их наклоном с горизонтом в 6 градациях через 15°.
Хорошо видно, что рассматриваемый сейсмо-генный слой земной коры Гармского полигона обладает в плане ярко выраженной мозаичной структурой по виду СТД. Его изменения от участка к участку довольно велики.
Так, например, ярко выраженное и пространственно локализованное одноосное горизонтальное сжатие на участке а и столь же очевидный на-двиговый тип деформации на участке Ь (надвиго-вый тип тектоники) резко сменяются сдвиговым типом деформации на участках с и d, с последующим переходом на участке е к не характерному для Гармского района одноосному горизонтальному удлинению (сбросовый тип тектоники). При этом происходит последовательное чередование скачками азимута оси сжатия от близкого к 135° до практически меридионального (175°—180°) при переходе от участка а к участку е. Эти изменения трудно уложить в рамки простой модели субгоризонтального сжатия сравнительно однородной земной коры полигона за счет горизонтального внедрения в северо-западном направлении Памирского выступа в пределы Таджикской депрессии в процессе пододвигания Индостанской литосферной плиты под Евразийскую.
В любом случае следует признать существование резко выраженной блочности, "кусковато-сти" в пространственной структуре вида СТД, когда высокая степень уп
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.