ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2010, № 4, с. 13-29
УДК 550.34
СТРУКТУРА ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЗОНЫ ПЕРЕХОДА ОКЕАН-КОНТИНЕНТ В РАЙОНЕ КАМЧАТКИ
© 2010 г. Л. И. Гонтовая, С. В. Попруженко*, И. В. Низкоус**
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9;
E-mail: lecya@emsd.iks.ru;glarissa@i.kiev.ua *ОАО "ЛукинЧолот" 683016Петропавловск-Камчатский, ул. Мишенная, 106 **Подразделение услуг по данным, отдел данных и консультирования, компания Шлумберже Логелко
109147Москва, ул. Таганская, 9 Поступила в редакцию 15. 03. 2008 г.
Рассмотрены результаты моделирования скоростной структуры земной коры и верхней мантии Камчатки методом сейсмической томографии, их сопоставление с данными гравиметрии и современной тектоникой. Установлена ярко выраженная в физических полях вертикальная и латеральная неоднородность верхней мантии и подчиненность ее структуры разломной тектонике; вдоль разломов смещаются не только отдельные блоки литосферы, но и участки зоны Беньофа. Восточно-Камчатский вулканический пояс приурочен к астеносферному слою (астенолинзе) на глубине 70—80 км; мощность астенолин-зы составляет 10—20 км, скорость сейсмических волн в ее пределах понижена на 2—4%. Под Ключевской группой вулканов кровля астенолинзы имеет форму сводового поднятия, а ее мощность заметно больше; в целом верхняя мантия в этом районе заметно расслоена. Под Центрально-Камчатской депрессией выявлена низкоскоростная неоднородность (астенолит), мощностью не менее 100 км, определена область его распространения в верхней мантии и характер взаимосвязи с неоднородностями ВКВП. Данные гравиметрии позволяют предполагать развитие рифтовой структуры под вулканический пояс Срединного хребта. Установлена скоростная неоднородность фокального слоя и взаимосвязь выявленных в его пределах аномальных зон с астеносферными неоднородностями в континентальном и океаническом блоках мантии.
ВВЕДЕНИЕ
Полуостров Камчатка представляет собой уникальную в тектоническом плане часть переходной зоны Тихий океан—Азиатская окраина континента. Южная часть полуострова, структурно связанная с Курильской островной дугой (ОД), характеризуется сходными с ней особенностями глубинной тектоники. На севере территория полуострова расположена в узле сочленения Курило-Камчатской и Алеутской ОД, а также Императорской вулканической зоны и Императорского разлома, северная ветвь которых максимально приближена к структурам Кроноцкого полуострова и Камчатского залива. Взаимодействие этих структур на глубине находит отражение в высоком уровне сейсмической активности и изменении параметров сейсмофокальной зоны (СФЗ) вдоль полуострова [27]; размещении вулканических поясов и уникальном по объему и составу лав вулканизме [1, 7, 8, 26, 31 и др.]; дискордантности динамических процессов на разных уровнях литосферы [16, 25 и др.]; сосуществовании двух тектонических режимов (орогенеза и рифтогенеза) [12, 13] и других характеристиках. В такой ситуации при реконструкции истории тектонического развития региона
естественно возникновение различных, порой диаметрально противоположных, точек зрения [1, 2, 10, 13, 21, 23, 24, 35 и др.]. Проблема также осложняется слабой изученностью глубинного строения верхней мантии (ВМ) — в западной и центральной частях полуострова, в частности районе Срединного хребта, такие данные практически отсутствуют.
Начиная с 1970-х гг прошлого столетия, изучению структуры ВМ на Камчатке посвящено большое количество работ. В основном, они касались результатов интерпретации кинематических и динамических характеристик сейсмических волн от взрывов и локальных землетрясений и позволили охарактеризовать наиболее общие черты глубинного строения литосферы под Восточной Камчаткой [3, 6, 11, 15, 22, 28-30, 37 и др.]. Последние годы при разработке трехмерной скоростной модели земной коры (ЗК) и ВМ используются различные модификации метода сейсмической томографии [9, 19, 32, 33, 36 и др.]. Следует отметить, что томографические изображения в значительной степени зависят от количества и, что не менее важно, качества использованных данных, исходной скоростной модели, априорного учета строения ЗК, методики интерпретации. По этой причине результаты моделиро-
Рис. 1. Фрагмент схемы тектонического районирования Корякско-Камчатской складчатой области (а) и схема мощности земной коры (б).
1 — границы структурно-формационных зон, массивов, плит, блоков; 2 — предполагаемая восточная граница Центрально-Камчатской рифтогенной зоны и структурно-вещественных комплексов проблематичного генезиса (вулка-ногенно-кремнистые образования Хайрюзовского горст-антиклинория); 3 — прочие крупные разломы по геолого-геофизическим данным; 4 — оси крупных антиклинальных структур по геолого-геофизическим данным (в том числе погребенных); 5 — кайнозойские прогибы, впадины; 6 — эллипсы с буквенными обозначениями разломов (длинная ось ориентирована согласно их простиранию). Складчатые, складчато-глыбовые зоны: П-З-Кз — Пенжинская (Пен-жинско-Западно-Камчатская), В-Кз — Восточно-Камчатская (Олюторско-Восточно-Камчатская), Ю — Южно-Камчатская, ПТз — Притихоокеанская восточных полуостровов, Ц-Крз — Центрально-Камчатская рифтогенная; У-Сб — Укэлаят-Срединный блок; Бп — Большерецкая плита; С-Кв — Срединно-Камчатский массив; Г-Пб — Ганальско-Пет-ропавловский блок. Ц-К — Центрально-Камчатская, М-П — Малко-Петропавловская, Вл — Вилючинская. К-А — Кроноцко-Андриановская, К-Т — Кроноцко-Тигильская, У-К — Усть-Камчатская, В-К — Восточно-Камчатская, П-К — Паланско-Командорская зоны разломов. На врезке серым цветом показано положение островодужных плиоцен-четвертичных вулканических поясов: ВК — Восточной Камчатки, ЮК — Южной Камчатки, ЦКД — Центральной Камчатской депрессии, СХ — Срединного хребта. Изолинии значений мощности земной коры в км.
вания скоростных изображений, совпадая в общих чертах, таких как повышенные скорости в пределах фокального слоя и пониженные — в мантийном клине под вулканическими поясами, существенно различаются по детальности скоростных построений в этих структурных элементах. В настоящей работе анализируется глубинная скоростная модель литосферы до глубины примерно 200 км, построенная с использованием методики, описанной в [34, 36], и рассматривается характер ее взаимосвязи с данными гравиметрии и современной тектоникой полуострова.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ КАМЧАТКИ И СТРУКТУРЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ
В настоящее время накоплен обширный фактический материал, освещающий различные аспекты новейшей истории Камчатки. На приведенной схеме тектонического районирования, составленной с учетом данных глубинных геофи-
1
зических исследований [4, 20, 21 и др.], в качестве основных структурных единиц выделены крупные блоки и разделяющие их складчатые зоны (рис. 1). К числу структур с типично континентальной земной корой отнесен Срединно-Камчат-ский массив, с континентальной-субконтинентальной — Большерецкая плита и Укэлаят-Сре-динный блок. К востоку, юго-востоку от них находятся Восточно-Камчатская и Южно-Камчатская структурно-формационные зоны, разделенные Ганальско-Петропавловским блоком (именуемым также Малко-Петропавловской или Начи-кинской зоной поперечных дислокаций) и Притихоокеанская зона, включающая систему
1 Глубинные геолого-геофизические исследования сейсмо-разведочными (МОВЗ) и электроразведочными (МТЗ, ГМТЗ, АМТЗ) методами на региональных профилях Ейск-Ставрополь-Нефтекумск-Каспийское море (850 пог. км) и Корф-Верхнее Пежино (500 пог. км). Анализ и обобщение данных глубинных геофизических исследований, проведенных на Северном Кавказе, Камчатке и юге Сибири. Отчет. 2006. Гос. рег. № 1-03-149/4. Т. 2-3. 490 с.
блоковых поднятий восточных полуостровов Камчатки. Значительную роль в современной структуре полуострова играют многочисленные кайнозойские унаследованные и наложенные прогибы (Восточно-Камчатский, Южно-Камчатский) и депрессии (Центрально-Камчатская и другие), а также наложенные вулканические пояса — Центрально-Камчатский (ЦКВП) и Восточно-Камчатский (ВКВП). Первый сформировался в палеоген-четвертичное время, второй — неоген-четвертичное. Рядом исследователей ВКВП подразделяется на Южно- и Восточно-Камчатскую вулканические зоны и зону Центрально-Камчатской депрессии (ЦКД). В северной, наиболее широкой части ЦКД расположена одна из крупнейших в мире Ключевская группа вулканов (КГВ), которая отличается максимальной интенсивностью выноса магматического вещества, а также уникальностью его состава [8, 26, 31 и др.]. На схеме в районе ЦКД, включая ее западное обрамление, где распространены покровные вулканические комплексы (ЦКВП), выделена Центрально-Камчатская рифтогенная зона (ЦКРЗ), включающая, по-видимому, систему линейных структур северо-восточного простирания: две унаследованные депрессионные зоны и два, большей частью погребенных, поднятия.
Земная кора региона в плане характеризуется четко проявленным зональным (блоково-полосо-вым) строением. В районе Южной Камчатки выделяются три, а к северо-востоку от 1анальско-Петро-павловского блока — шесть зон, различающихся как мощностью, так и особенностями строения земной коры. Простирание этих зон имеет на Южной Камчатке северо-восточное, а севернее — субмеридиональное и северо-восточное направления. Характерной особенностью данной схемы является то, что район, охватывающий ЦКРЗ, отличается относительно сокращенной (28—30 км) мощностью ЗК (см. рис. 1б).
На сегодняшний день вряд ли возникают сомнения об определяющем влиянии строения и свойств верхней мантии на историю и современную направленность тектонического развития земной коры по-
луострова. Поэтому представляется важным изучение скоростной структуры литосферы, глубины и особенностей астеносферы, включая сейсмофо-кальную зону (СФЗ), взаимосвязи мантийных и ко-ровых неоднородностей с характером сейсмичности в различных тектонических районах Камчатки.
СКОРОСТНАЯ МОДЕЛЬ ЛИТОСФЕРЫ
Рассматривается трехмерная скоростная модель литосферы переходной зоны под Камчаткой, рассчитанная методом сейсмической томографии по временам вступлений волн от локальных камчатских землетря
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.