ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2007, № 6, с. 60-71
УДК 550.83+550.34:551.24(571.6)
СВЯЗЬ СЕЙСМИЧНОСТИ с плотностными НЕОДНОРОДНОСТЯМИ ЛИТОСФЕРЫ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
© 2007 г. А. М. Петрищевский
Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, Биробиджан, 679016
Поступила в редакцию 06.07.2006 г.
Выявлена устойчивая связь поясов, зон и районов повышенной сейсмичности Дальнего Востока России с максимумами градиентов поверхностной плотности сферических источников гравитационных аномалий (||2), эквивалентных квазиизометричным плотностным неоднородностям в нижней части коры и в верхней мантии. Наибольшая концентрация очагов землетрясений наблюдается в краевых частях максимумов ||2-параметра, идентифицируемых с границами жестких (сиалических метаморфических и океанических базитовых) тектонических блоков и пластин. Подавляющая часть проявлений коровой сейсмичности пространственно связана с поднятиями астеносферного слоя, отображаемого минимумами ||2-параметра, и концентрируется в приподнятых блоках земной коры. Наряду с линейным типом поля сейсмичности, обусловленным глубинными разломами, в земной коре проявлен концентрически-зональный тип размещения эпицентров землетрясений, связанный с существованием структур центрального типа плюмовой природы (Олекмо-Становая сейсмическая зона). Показана возможность ранжирования сейсмических полей по уровням глубинности источников землетрясений с помощью объемных моделей ||2(х,у^).
Напряженные состояния литосферы, обусловленные тектоническим взаимодействием блоков и пластин в земной коре и верхней мантии, являются источником землетрясений, при этом резкое снятие тектонических нагрузок связано с выполнением двух главных условий: а) существованием в литосфере жестких тектонических масс, способных накапливать упругие напряжения; б) существованием сред (слоев) пониженной вязкости или повышенной текучести, обеспечивающих возможность мгновенных взаимных локальных перемещений более жестких и плотных масс, сопровождающих резкие снятия тектонической нагрузки. Традиционные методы гравитационного моделирования глубинных структур земной коры и верхней мантии (подбор плотностных неодно-родностей под наблюдаемые аномалии силы тяжести) способны оценить только относительную (избыточную, или эффективную) плотность геологических сред, которая в сложных геологических условиях вычисляется крайне неоднозначно. При таких оценках в благоприятных случаях устанавливаются пространственные связи зон повышенной концентрации (частой повторяемости) землетрясений с вертикальными контактами сред различной плотности - глубинными разломами [3, 7, 8, 15, 16 и др.] и горизонтальными границами раздела тектоно-физических слоев [16, 17], однако крайне неустойчивая параметризация плотностных свойств сложных геологических сред делает невозможным объективно (т.е. независимо от предшествующей априорной информации) оценивать и прослеживать в трехмерном про-
странстве поля напряженных состояний литосферы, связанные с проявлениями средней и слабой сейсмичности.
Более тонким индикатором степени жесткости и, как следствие - потенциальной сейсмичности тектонических сред, по сравнению с плотностью, является вертикальный градиент поверхностной плотности сферической массы (|2), эквивалентной объемному источнику гравитационных аномалий [23, 24, 27, 28]. С высокими значениями | в литосфере Дальнего Востока России коррелируются террейны, сложенные древними кристаллическими комплексами [24, 28, 30], метаморфические ореолы интрузивно-купольных структур [21], рудные поля и районы [21-23], а в подкоровом и подастеносферном слоях верхней мантии - жесткие сейсмогенные пластины океанического происхождения [24, 26, 29]. Сопоставление распределений градиентов плотности в земной коре и верхней мантии с размещением приповерхностной рудной минерализации [23, 41] привело к предположению о приуроченности контрастных максимумов |2-параметра к плотно-кристаллическим массам протомагматических очагов - источникам мезозойских и раннекайнозойских рудоген-ных флюидных систем. Минимумы этого параметра коррелируются с очагами расплавленной магмы под кайнозойскими вулканами Камчатки [26] и в астеносфере [24, 28, 29] и сопровождаются зонами пониженной скорости сейсмических волн, низких электрических сопротивлений и аномалиями теплового потока.
Целью настоящей статьи является иллюстрация связи аномалий повышенных и высоких значений градиентов плотности (ц2) с размещением эпицентров землетрясений в сейсмических зонах и поясах Дальнего Востока России.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Объемные модели |^(х,у^) конструируются на основе множественной интерпретации квазиизо-метричных локальных гравитационных возмущений в широком и непрерывном пространственном диапазоне. На первом этапе вычислений в точках экстремумов гравитационных аномалий вычисляются значения глубин залегания центров плот-ностных неоднородностей и измеряются амплитуды возмущений которые накапливаются в информационном массиве: Z0, Vzm (х,у^), а на втором - формируется массив значений: |^(х, у, Нс) по алгоритму:
lz =
ZnVzm
2 '
4 пK(Z0 - Hc)
где: K - гравитационная постоянная; Не - глубина залегания условной горизонтальной поверхности, на которую конденсируются массы того или иного слоя тектоносферы.
При вычислении |z(x, y, Нс) трехмерное геологическое пространство разбивается на непрерывный ряд слоев, для которых вычисляется градиент поверхностной плотности сферических источников, касательных к поверхности слоя (Нс). Накладывается условие: Z0 > Нс, при котором функция (|z) не терпит разрыв в точках: Z0 = Нс. Источником информации о строении и вещественной неоднородности земной коры и верхней мантии является объемная модель |^(х,у,Нсь Нс2^Нск), транспонируемая в узлы трехмерной координатной матрицы |z(x,y,z), на основе которой строятся карты-срезы |^(х,у,Нс = const) и разрезы |^(х,Нс) распределений этого параметра. Физико-математическое обоснование и технологическая схема построения ^-моделей подробно описаны в [23, 24, 28].
Объектами выполненных исследований являются сейсмические пояса Байкало-Становой и Черского, Курило-Камчатская и Сахалинская сейсмические зоны.
Сопоставление аномалий градиентов плотности с полями сейсмичности Дальнего Востока России
Охотоморский регион. Проявления сейсмичности в этом регионе приурочены к трем глубинным уровням концентрации (в разрезах: роям) эпицентров землетрясений [1, 34]: 5-70 км (максимум концентрации на глубинах 40-45 км); 100-
200 км (максимум концентрации на глубинах 120150 км) и 300-600 км (максимум концентрации на глубинах 350-450 км). Первый уровень соответствует переходному слою "кора-мантия", второй -близок к границе "литосфера-астеносфера" континентальных районов и подошве астеносферы - в акватории морей, а третий - располагается в глубоких слоях мантии, вне рассматриваемых ниже гравитационных моделей (рис. 1). Последовательное западное смещение роев землятрясений от приповерхностного к более глубоким уровням большинство исследователей связывает с субдук-цией Тихоокеанской литосферной плиты, хотя имеются данные [1, 35], противоречащие такому предположению.
В рассматриваемых гравитационных моделях (рис. 1) тектоносфера Охотоморского региона характеризуется 4-слойным распределением градиентов плотности (1 ед. = 10-2 кг/м2/км): приповерхностный вулканогенно-осадочный слой до глубины 15-20 км с низкими значениями параметра (| < 10 ед.), корово-мантийный в интервале глубин: 20-60 км (| = 15-30 ед.), астеносферный на глубинах от 40 до 130 км (| < 15 ед.) и подасте-носферный (| = 20-50 ед.) слои. Третий (астеносферный) слой в центральных районах Охотского моря, Примагаданском районе континента и на Камчатке пространственно совпадает со слоем низких электрических сопротивлений по данным магнитотеллурических зондирований [4, 28, 40] и зоной частичного плавления - по данным тепло-физического моделирования [33, 37, 39]. Со вторым и четвертым высокоградиентными, относительно более жесткими, слоями в Охотоморском регионе очетливо коррелируются, соответственно, зоны корово-мантийных и мантийных (глубокофокусных) землетрясений.
Карта-срез объемной модели градиентов плотности на глубине, близкой к среднему в регионе положению подошвы земной коры (рис. 1а), иллюстрирует корреляцию аномалий высоких значений ^-параметра с Сахалинской и Ку-рило-Камчатской зонами коровой и подкоровой сейсмичности. Наилучшим образом эта корреляция проявлена на Сахалине, Хоккайдо, в южной части Курил и на восточном побережье Камчатского полуострова, хуже - в средней части Большой Курильской гряды, где локальные максимумы ^-параметра перемежаются с минимумами в линейной зоне северо-восточного простирания.
В вертикальных разрезах объемной модели градиентов плотности (рис. 1в) хорошо выражена приуроченность зон коровой и подкоровой сейсмичности к глубинным разломам - границам ли-тосферных плит, которые диагностируются по резким изменениям морфологических особенностей изолиний ^-параметра: резким смещениям
ПЕТРИЩЕВСКИИ Не = 40 км, Z0 = 42-70 км Не = 80 км, Z0 = 82-150 км
а
1 60
2 56
132
138
144
150
156 162
1
128 138
144
150
156
162
52
44
56
52
Нефтегорск
I
138
144
150
ЕАП_ 200
ОП
ЕАП
ОП
ТП
40 80 120 160 км
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 км
40 80 120 160 км
2
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 км
40 80 120 160 км
10 20 30 40 50 км
ЕАП
ОП
1 ! 10 10
20 20
30 30
40 40
50 км
км
1
— ТП
200 400 600 800 1000 1200 1400 км
40 80 120 160 км
3
200 400 600 800 1000 1200 1400 км
10 20 30 40 50 км
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 км
40 80 120 160 км
40 80 120 160 км
1 о
• 5 •
1
1 9 Чччч
3 •
О 7 |КГП
10
20 30
3
2
2
4
8
Рис. 1. Карты-срезы (а, •) и разрезы (в) объемной модели градиентов плотности верхней мантии Охотоморского региона: 1 - суша; 2 - изолинии градиента поверхностной плотности слоев (1 ед. = 10-2 кг/м2/км); 3 - пояса преимущественно коровой сейсмичности [34]; 4-6 - эпицентры землетрясений [34] с магнитудами; 4 - более 6.5; 5 - 3.5-6.5; 6 -менее 3.5; 7 - контуры астеносферных ли
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.