ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 1, с. 3-18
УДК 550.834, 551.24
ВАРИАЦИИ СТРУКТУРЫ ВДОЛЬ КУРИЛО-КАМЧАТСКОГО ЖЕЛОБА И ВОЗМОЖНАЯ СВЯЗЬ С СЕЙСМИЧНОСТЬЮ
© 2008 г. С. М. Зверев, М. Е. Полянский
Институт физики Земли РАН, Москва, 123995 Поступила в редакцию 17.05.2006 г.
Рассмотрены результаты сейсмических исследований Курило-Камчатского глубоководного желоба (ККЖ) методами НСП, ОГТ и ГСЗ. Составлена приближенная двухмерная сейсмическая модель, выражающая главные черты строения островного склона желоба для большей части ККЖ, с наибольшим отличием от модели данных для средних Курильских островов. В верхней части склона на удалениях 60-80 км от оси желоба выделен глубинный разлом, проходящий от поверхности дна до низов коры. На участке между разломом и осью желоба сейсмические скорости понижены, градиент повышен, толщина коры резко уменьшается в сторону океана. Мощности осадков на островном склоне меняются вдоль простирания желоба и достигают максимальных значений против южных Курильских островов. Изменение структуры вдоль ККЖ качественно коррелируется с поведением геофизических полей и сейсмичности, что, по-видимому, выражает неоднородности проявления глобальных тектонических процессов.
Курильская островная дуга и Курило-Камчат-ский глубоководный желоб (ККЖ) - одни из наиболее ярких активных геологических структур на Земле, где происходят многочисленные сильнейшие землетрясения и извержения вулканов. Эта структура давно привлекает внимание геологов и геофизиков.
Одними из первых здесь были экспедиции на знаменитом НИС "Витязь". Тогда было проведено изучение рельефа дна, а также осадочной толщи одноканальным сейсмическим профилированием (НСП) [1].
Широкие геолого-геофизические исследования Курило-Камчатской зоны выполнялись в 1957-1959 гг., когда Академия Наук СССР совместно с другими организациями проводила большие экспедиции на суше и на море в переходной зоне от Азиатского континента к Тихому океану по программе Международного геофизического года [6]. Были организованы различные геологические и геофизические исследования, включающие глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) на море и на суше, установку сейсмологических станций на Курильских островах, аэромагнитную съемку, геологические наблюдения.
ГСЗ в 1957-1958 гг. было проведено на сети профилей в Охотском море и Курило-Камчатской зоне Тихого океана и продолжено в 19641967 гг. в Японском море и в Тихом океане у побережья Курил и Камчатки [7, 10]. Семь профилей ГСЗ пересекли Курило-Камчатский глубоководный желоб. Сейсмические исследования методом ГСЗ, выполненные под руководством Института физики Земли АН СССР, характеризовались си-
стемами встречных и нагоняющих годографов, высокой чувствительностью сейсмоприемников и мощными взрывами, что позволило получить представительный материал высокого качества. Это были самые значительные по тому времени в мировой практике исследования земной коры переходных зон от океана к континенту, включающих островные дуги и глубоководные желоба. Результаты ГСЗ были опубликованы и широко использовались геологами и геофизиками [7, 10].
В последующие годы изучение ККЖ было продолжено СахКНИИ - ИМГиГ ДВО АН СССР, который выполнил много сейсмических исследований разного масштаба (НСП, ГСЗ, ОГТ) в пределах дуги и желоба. Особенно оживились работы в начале - середине 70-х годов XX века, когда проводилась подготовка к намечаемому по проекту ИПОД глубоководному бурению в районе Курильских островов. Тогда ЮЖМОРГЕО впервые провело исследования методом ОГТ на полигоне у южных Курил. В 1990-е годы морские исследования нашей страны в этом регионе почти прекратились.
В целом для района Курильской дуги и ККЖ за 1950-1980 гг. XX в. собран большой фактический материал. Опубликовано много статей и обобщающих монографий [2-4, 8, 9, 11-13], карт и схем, вошедших в Международный геолого-геофизический атлас Тихого океана и региональный атлас. На основе совокупности данных наглядно показана приуроченность наиболее ярких проявлений современной тектонической активности к полосе между островной дугой и глубоководным желобом. Здесь на островном склоне глубоководного желоба располагаются эпицентры сильней-
ших землетрясений, наблюдаются большие отрицательные аномалии силы тяжести в свободном воздухе, пониженный тепловой поток.
Полученные фактические материалы в настоящее время трактуются разными специалистами по-разному. Одни видят в них проявление процесса субдукции, и эта точка зрения преобладает среди зарубежных ученых. Другие находят много противоречий фактических данных предполагаемой субдукции и предлагают другие объяснения наблюдаемой картине.
Выполненные нашей страной в прошлые годы исследования региона весьма содержательны и уникальны. Опубликованные результаты этих исследований определялись, естественно, существующей тогда аппаратурой, методикой морских наблюдений, а также способами интерпретации и представления собранных данных, которые значительно изменились за это время. Многое было улучшено, но кое-что потеряно. Вместо корректного использования надежных экспериментальных данных сейчас нередко предпочитают обобщенные подходы к интерпретации. Уточнение старых результатов с современных позиций - большая и трудоемкая работа, которая по-настоящему еще не начата. С нашей точки зрения, при новом анализе старых материалов могут быть получены важные детали глубинного строения, пропущенные при первой интерпретации. И такая работа вполне оправданна, в первую очередь для таких сложных методов, как ГСЗ, и для таких важных объектов, как ККЖ.
На сегодняшний день можно рассмотреть, как соотносятся между собой результаты различных сейсмических исследований строения осадков и земной коры района ККЖ, выполненных ранее. Кроме того, можно попытаться сравнить их с новыми результатами, полученными в соседнем Японском желобе (ЯЖ) японскими исследователями. Для Японии изучение землетрясений и сейсмичности - важная жизненная проблема, и японские специалисты настойчиво и систематически ведут исследования островной дуги и ЯЖ. Цель данной статьи - посмотреть, какие надежные данные о строении осадков и земной коры существуют для ККЖ и насколько выводы, сделанные для ЯЖ, могут быть применены к старым материалам, собранным в ККЖ.
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ ЯПОНСКОГО ЖЕЛОБА
Сейсмические исследования ЯЖ начались очень давно. Опубликованы сборники фактических данных НСП и многоканальных сейсмических исследований. Многие старые линии сейсмических исследований были повторены более совершенным методом ОГТ, которым за период с
1996-2000 гг. выполнено 17 профилей общей длиной 3120 км, расположенных как поперек, так и вдоль простирания желоба [20]. Основной целью этих наблюдений было детальное изучение структуры и свойств осадков и земной коры в районе глубоководного желоба. К островному склону желоба приурочены эпицентры сильнейших междуплитовых (interplate) землетрясений. Данные ОГТ предназначались для лучшего понимания возможного механизма возникновения этих землетрясений.
На разрезах ОГТ (рис. 1) в нижней приосевой части желоба отчетливо видно продолжение поверхности дна и океанического фундамента (2-го слоя) под деформированные осадки островного склона желоба. На большей верхней части островного склона под осадками отмечена недефор-мированная поверхность фундамента верхнемелового возраста [20], скорости сейсмических волн в котором (4-6 км/с) оценены по данным метода преломленных волн. В нижней части островного склона этот фундамент оканчивается, формируя "упор" (backstop), и сменяется деформированными слоями осадков (скорость менее 3 км/с). Образуется "призма" низкоскоростных осадков, ограничиваемая поверхностями дна океана, 2-го слоя океанической коры и края фундамента на островном склоне. Размеры призмы меняются вдоль простирания дуги по поверхности дна от 18 до 30 км, а по кровле 2-го слоя от 25 до 30-40 и даже 60 км [20].
При обработке данных ОГТ японские исследователи (вслед за фон Хюне и др. [18]) наибольшее внимание уделяли попыткам прослеживания тонкого низкоскоростного слоя осадков под островным склоном желоба на глубины до 10-13 км, ниже которых располагаются очаги сильнейших междуплитовых землетрясений.
На отдельных профилях при тщательном подборе разреза специальными приемами обработки данных удалось выделить отражения от кровли и подошвы тонкого слоя осадков пониженной скорости, продолжающегося до глубины около 15 км, оценить толщину слоя (порядка 2 км) и величину скорости (3-4 км/с) (рис. 1). На материалах 14 профилей ОГТ, пересекающих Японский желоб, показано, что в приосевой части желоба наблюдается 2 типа строения осадков. Первый: отмечается сравнительно толстая призма рыхлых осадков, быстро выклинивающаяся на глубине (на глубинах 10-13 км возможно существование слоя толщиной не более нескольких сотен метров, рис. 1а). Второй: у поверхности дна на оси желоба мало осадков, но отмечается сравнительно толстый слой (2 км) низкоскоростных осадков, продолжающийся на глубину до 10-15 км (рис. 16). Распределение толщины рыхлых осадков на различных профилях ОГТ показано на рис. 2. На севере дуги (профили 1-6) отмечены большие мощ-
Запад
Восток
10
15
Эрозион. . несогласие ■ (верхнии мел)
Задняя опорная поверхност
Японски
« у
к^кг®.
шиш к, ъ ^ -С эС«—,
^ У -Ас*
Ш
«с/ чЩ^Мш
....... .......чдх-::
< ^ ЗГ > I_1_
20
_I_
0 км
к
й я к
ч
(-н
15
0
0
1
а
5
5
Рис. 1. Некоторые результаты исследовании методом ОГТ на профилях, пересекающих ЯпонскиИ глубоководный желоб [20]: а - глубинныИ разрез после миграции и суммирования для линии ОГТ № 1, расположенного в северноИ оконечности Японского желоба вблизи соединения его с ККЖ. Указана идентификация сеИсмических границ и своИства осадочных пород; б - скоростная модель для линии ОГТ № 11, построенная после миграции до суммирования.
ности осадков у оси желоба (до 3000 м и более). На юге (профили 9, 11 и 14) на оси желоба толщина слоя осадков меньше, но они дальше продолжаются под островноИ склон.
Анализируя результаты, авторы обращают внимание на заметное изменение се
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.