ГЕОТЕКТОНИКА, 2009, № 3, с. 30-44
УДК 550.343.6
НОВЫЕ ДАННЫЕ О МАНТИЙНОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА И ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
© 2009 г. С. Ä. Ковачев, В. Г. Казьмин, И. П. Кузин, Л. И. Лобковский
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 117997, Москва, Нахимовский проспект, 36 Поступила в редакцию 17.07.2008 г.
Рассмотрены результаты детальных сейсмологических наблюдений с донными станциями вблизи побережья Дагестана (Средний Каспий) в 2004 и 2006 гг. В течение периода регистрации общей длительностью 165 суток получены записи более 550 микро- и слабых землетрясений с ML = 0.1-4.7 (MLH = -0.7-4.3), пятая часть которых возникла в верхней мантии на глубинах 50-200 км. В то же время за весь период инструментальных наблюдений с 30-х гг. прошлого века региональными наземными станциями зарегистрировано всего 10 мантийных землетрясений с MLH = 3.5-6.3. Наиболее высокая плотность эпицентров землетрясений с глубинами очагов до 50 км наблюдается на побережье и прилегающей акватории Среднего Каспия между Дербентом и Избербашем. Мантийные землетрясения с гипоцентрами на глубинах 60-80 км группируются под западным бортом Дербентской впадины, на больших глубинах - как под бортом впадины, так и под побережьем среднего Каспия. Немногочисленные мантийные землетрясения 2004 г. (около 30 толчков), определенные к тому же на основе сети станций с малой апертурой, обрисовали зону, наклоненную под структуры большого Кавказа с признаками своеобразной "субдукции" Скифской плиты под Кавказ. Однако последующие наблюдения по более развернутой сети в 2006 г. существенно изменили картину пространственного распределения гипоцентров мантийных землетрясений. По этим данным очаги мантийных землетрясений образуют вытянутое по вертикали рассеянное облако под побережьем и акваторией Среднего Каспия, которое можно рассматривать как реликт тектонической активности прошлой тектонической эпохи. Дана развернутая тектоническая интерпретация обнаруженного сейсмологического феномена.
ВВЕДЕНИЕ
Для уточнения сейсмической опасности сооружений нефтеразведочного комплекса на Яламо-Самурской структуре в Центральном Каспии примерно в 30 км от побережья Дагестана летом 2004 г. были проведены детальные сейсмологические наблюдения с донными сейсмографами конструкции ИО РАН и других организаций.
Донные сейсмологические наблюдения ИОРАН, которые проводились в июле-октябре 2004 г. в районе Яламо-Самурской структуры Среднего Каспия, позволили выделить наклоненную под Юго-Восточный Кавказ глубинную зону мантийных землетрясений. В первом приближении ее можно было рассматривать как сейсмофо-кальный слой, характеризующий поддвиг структур Туранской плиты под Юго-Восточный Кавказ [12]. Однако полученное пространственное распределение очагов микро- и слабых землетрясений было малонадежным из-за низкой апертуры использовавшейся наблюдательной сети донных сейсмографов (расстояния между донными сейсмическими станциями не превышали 15 км).
Более уверенное суждение о наличии и параметрах сейсмофокального слоя в мантии района можно было бы сформулировать на основе результатов повторных наблюдений с использова-
нием расстановки донных сейсмографов с достаточно широкой базой (расстояния между пунктами регистрации на дне должны быть не менее 50 км). Надежная сейсмологическая информация о параметрах мантийной сейсмичности Среднего Каспия позволила бы подтвердить или опровергнуть тектоническую интерпретацию, сделанную по результатам наблюдений 2004 г., которые подверглись справедливой критике [30], хотя авторы работы отмечали предположительный характер сделанных выводов [14].
Повторный сейсмологический эксперимент был спланирован и проведен в апреле-июле 2006 г. с учетом недостатков наблюдений 2004 г.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ
Наблюдения 2006 г. проводились с помощью сети донных сейсмографов, имеющей форму конверта и состоящей из 5 станций, установленных в виде правильного квадрата со стороной 50 км с центральной точкой (рис. 1).
Сейсмографы были установлены с борта НИС РИФТ 26 апреля 2006 года и подняты 16 июля 2006 г., таким образом, суммарная продолжительность регистрации составила 80 суток.
НОВЫЕ ДАННЫЕ О МАНТИИНОИ СЕЙСМИЧНОСТИ КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА 31 46° 47° 48° 49° 50° 51° 52°
44°
43°
42°
41е
40°
43°
42°
41°
46°
47°
48°
49°
50°
51°
Ц 2 3 Q 4 05 О б О 7 О S Э 9 11
12
52°
13
14
Рис. 1. Карта очагов слабых и микро-землетрясений, полученная в результате кратковременных донных сейсмологических наблюдений ИО РАН в 2006 г.
1,2 - Места установки донных сейсмографов: 1 - в 2006 г., 2 - в 2004 г.; 3,4 - эпицентры землетрясений с магнитудами (М^) в диапазоне: 3 - от 0.1 до 4 - 4.8; 5-12 - эпицентры землетрясений с глубиной очага (км): 5 - 0-6, 6 - 6-20, 7 - 20-40, 8 - 40-60, 9 - 60-80, 10 - 80-100, 11 - 100-150, 12 - >150; 13 - Западно-Каспийский разлом; 14 - населенные пункты
Координаты донных сейсмических станций указаны в табл. 1.
Все донные станции устанавливались с использованием притопленных буев. Параметры этих станций неоднократно публиковались в печати (см., например, [11, 23, 24]). Не вдаваясь в подробности, отметим, что основные параметры регистрации следующие: полоса регистрируемых частот - 3-30 Гц, динамический диапазон записи -от 96 до 120 дБ, реализуемое увеличение 3-х сейсмометрических каналов - до 500000 и выше, наличие гидрофонного канала, автономность до 90 суток и более для отдельных типов приборов. Такие характеристики приборов и условия работы сейсмографов на морском дне дают возможность регистрировать очень слабые толчки -микроземлетрясения с магнитудами Мь, начиная
от 0 (М8 > 0.5), что позволяет получить достаточно представительную сейсмологическую информацию в течение коротких сроков наблюдений. Так, за 90 суток регистрации на Яламо-Самур-ской структуре в 2004 г. удалось определить параметры очагов 150 микро- и слабых землетрясений с Мь = 0.1-3.5 (М8 = 0.6-4.1), а в 2006 г. за 75 суток записи было локализовано более 400 гипоцентров таких же землетрясений в районе радиусом 180 км вокруг центра наблюдательной сети. Кроме того, донными сейсмографами были записаны свыше ста удаленных землетрясений на эпицен-тральных расстояниях от 200 до 2000 км.
По данным геофизической службы РАН сеть наземных сейсмических станций Дагестана за этот же промежуток времени зарегистрировала только 21 землетрясение, включая как местные,
Таблица 1. Координаты донных сейсмографов, задействованных в эксперименте в районе Среднего Каспия в 2006 г.
№ Название точки Широта северная, градусы минуты Долгота восточная, градусы минуты Глубина моря в точке постановки, м
1 Е 42°22.470' 49°03.127' 390
2 N 42°48.554' 48°41.600' 120
3 С 42°27.112' 48°34.591' 110
4 W 42°30.506' 48°02.755' 30
5 Б 42°02.990' 48°26.336' 25
Таблица 2. Скоростная модель среды для района Среднего Каспия, использованная для определения координат местных землетрясений
№ Слой Мощность слоя Скорость УР, км/с
1 Осадки 6 км 3.15
2 "грано-диориты" 7 км 5.55
3 "граниты" 7 км 6.05
4 "базальты-1" 11 км 6.5
4 "базальты-2" 11 км 7.05
5 Верхняя мантия -//- 8.1
так и удаленные, причем энергетический класс этих сейсмических событий попадал в диапазон от 7.1 до 10.6 (М8 = 1.7-3.7).
Наибольшее количество сейсмических событий зарегистрировано донным сейсмографом, установленным в точке N (глубина моря 390 м), здесь амплитуда фонового сейсмического шума была минимальной. Интенсивные шумы появлялись на записях станций, установленных вблизи берега - точки W и Б (особенно в точке Б). Здесь, по-видимому, проявлялся прибойный эффект.
К обработке принимались землетрясения, зарегистрированные не менее, чем 3-мя сейсмическими станциями, на записях которых достоверно определялись времена вступлений продольных (Р) и поперечных (Б) волн.
Локализация гипоцентров производилась по программе НУРО-71 [37] на основе скоростного разреза для Терско-Каспийского прогиба участка профиля Волгоград-Нахичевань [15], экстраполированного по простиранию на район Среднего Каспия. Параметры разреза приведены в табл. 2. Вследствие больших размеров района, превосходящих апертуру наблюдательной сети станций, ошибки определения эпицентров в 2004 г. достигали ±10 км, глубин гипоцентров до ±20 км; увеличение расстояний между станциями в 2006 г.
уменьшили ошибки локализации в радиусе до 100 км до ±3 км для эпицентров и до ±7 км по глубине. Однако на периферии района в радиусе 100-180 км вокруг центра ошибки имели величину, сопоставимую с данными для 2004 г.
Карта эпицентров слабых и микро-землетрясений, полученная в результате кратковременных донных сейсмологических наблюдений (80 суток в 2006 г.) представлена на рис. 1.
Рассматриваемое эпицентральное поле характеризуется наличием линеаментов и кластеров. Основная наиболее плотная группа эпицентров землетрясений наблюдается вдоль Дагестанского побережья на суше (глубины очагов 10-40 км) и на акватории Каспия (глубины очагов 10-80 км) вдоль круто падающего к северо-востоку борта Дербентской впадины. Эта группа протягивается с СЗ на ЮВ примерно от 42.6 до 41.3° с.ш. При этом в состав последней группы наряду с коровы-ми входят мантийные землетрясения с очагами на глубинах от 100-150 до 200 км.
На северо-западе района выделяется изомет-ричная группа поверхностных (0-60 км) землетрясений, концентрирующихся к западу от Махачкалы. В центральной части акватории Каспия и под Большим Кавказом к западу от Апшерон-ского полуострова наблюдается рассеянная сейсмичность.
На рис. 2 отдельно показано распределение эпицентров мантийных слабых (Мь = 3.0-4.8) и микроземлетрясений (Мь = 0.2-2.5) с глубинами очагов от 60 до 200 км. На суше часть из них тяготеет к Западно-Каспийскому разлому типа сдвига (подробнее см. ниже в разделе "Обсуждение результатов и выводы"). Основная же доля мантийных землетрясений сосредоточена под крутым западным бортом Дербентской котловины и глубоководной ее частью. Группа очагов на глубинах свыше 150 км выделяется восточнее Махачкалы.
На рис. 3 и 4 приведены вертикальные разрезы вдоль плоскостей АА', ориентированной в направлении Ю
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.