ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 3, с. 114-118
УДК 550.3:551.24.02
РЕЗУЛЬТАТЫ НОВЫХ GPS-НАБЛЮДЕНИЙ В ОБЛАСТИ БЕРИНГОВОЙ МИКРОПЛИТЫ
© 2013 г. Ю. В. Габсатаров1, Г. М. Стеблов1 2, Д. И. Фролов3
Геофизическая Служба РАН, г. Обнинск Калужской обл.
2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 3Физико-Технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург Поступила в редакцию 09.12.2010 г. Переработана 28.05.2012 г.
Вопрос о целостности крупнейших тектонических плит остается не выясненным в ряде областей, охватывающих зоны сочленения плит. Северо-Восточная Азия является одним из таких регионов, где отсутствует единое мнение о геометрии межплитовых границ. С классической точки зрения, динамика Северо-Восточной Азии определяется наложением взаимных вращений трех крупнейших плит: Евразийской, Североамериканской и Тихоокеанской. Альтернативная точка зрения состоит в существовании отколовшихся от этих плит фрагментов, отдельно вращающихся в виде микроплит (таких как Берингова, Охотская и Амурская). Анализ кинематики наблюдательных пунктов GPS, расположенных в восточной части Чукотки, западной части Аляски и на островах в Беринговом море, свидетельствует о существовании Беринговой микроплиты, вращающейся по часовой стрелке относительно Североамериканской плиты.
DOI: 10.7868/S0002333713020026
ВВЕДЕНИЕ
Целостность крупнейших тектонических плит в зонах их сочленения представляет собой вопрос, до конца не решенный в ряде обширных областей, охватывающих подобные зоны. Геометрия межплитовых границ и их характер до сих пор остаются не выясненными в одном из таких регионов, как Северо-Восточная Азия. Согласно классической тектонике, опирающейся на геологическую модель NUVEL-1A, динамика СевероВосточной Азии определяется наложением взаимных вращений трех крупнейших плит: Евразийской, Североамериканской и Тихоокеанской, что проявляется в субдукционных, транспрессионных и сдвиговых деформациях на их границах. Другая точка зрения допускает в этой обширной области взаимодействия трех крупнейших плит существование отколовшихся от них фрагментов, отдельно вращающихся в виде микроплит (таких как Берингова, Охотская и Амурская). Изначально предположения о существовании здесь микроплит строились на основе сейсмологических данных. Первые предположения о существовании Беринговой микроплиты появились в 70-е годы XX века в [Minster, Jordan, 1978] и были позднее поддержаны в работах [Mackey et al., 1997; Lander et al., 1996], в которых из анализа поясов сейсмичности и фокальных механизмов сейсмических событий в регионе было высказано предположение о существовании Беринговой микроплиты, вращаю-
щейся по часовой стрелке относительно Североамериканской плиты. В работе [Mackey et al., 1997] также были высказаны предположения о границах Беринговой микроплиты, проходящих по Алеутской островной дуге, Корякскому нагорью, Чукотскому полуострову, и полуострову Сьюарда на Аляске. Существование Амурской микроплиты впервые рассматривается в [Zonen-shain, Savostin, 1981]. Позднее, вопросы об Охотской и Амурской микроплитах анализируются в [Seno et al., 1996; Heki et al., 1999]. С появлением спутниковых геодезических методов, позволивших количественно определить параметры вращения крупнейших тектонических плит и уточнить их границы, возникли предпосылки и для проверки гипотез о существовании Беринговой, Охотской, Амурской микроплит [Apel et al., 2006; Cross, Freymueller, 2008]. Однако основная сложность, с которой столкнулись авторы в своих исследованиях, состояла в том, что большинство станций GPS-наблюдений располагается вблизи границ предполагаемых микроплит. Поэтому в скоростях таких станций неизбежно присутствует деформационная составляющая, прямое моделирование которой из имеющихся данных GPS невозможно, что препятствует надежной проверке гипотезы о существовании микроплиты. Данная проблема обусловлена, в основном, тем, что большая часть предполагаемых микроплит покрыта водами морей, что не позволяет устанавливать станции во внутренних стабильных частях
РЕЗУЛЬТАТЫ НОВЫХ GPS-НАБЛЮДЕНИЙ В ОБЛАСТИ БЕРИНГОВОЙ МИКРОПЛИТЫ
115
микроплит. Для преодоления этой проблемы в работах [Apel et al., 2006; Cross, Freymueller, 2008] были предложены различные способы моделирования деформационной составляющей в скоростях станций по сейсмологическим и другим данным.
ВЫДЕЛЕНИЕ МИКРОПЛИТ ПО ДАННЫМ GPS
Выявление по данным GPS микроплит, отделяющихся от окружающих крупных плит, основано на анализе движения наблюдательных пунктов GPS, расположенных на предполагаемой микроплите: скорости и координаты пунктов в пределах микроплиты должны, во-первых, удовлетворять уравнениям движения целостного сферического сегмента и, во-вторых, не должны удовлетворять уравнениям движения ни одной из окружающих крупных плит. При этом первое из условий осложняется для пунктов вблизи границ микроплит деформационными эффектами от окружающих плит, а в случае малых размеров микроплиты также и трудностью выделения ее внутренней стабильной части. Второе из условий также требует корректного выбора системы координат, так чтобы исключить кажущиеся деформации вследствие смещения центра сферы вращения плит относительно начала координат [Kogan, Steblov, 2008]. С использованием для описания мгновенного вращения сферического сегмента вектора Эйлера, направленного из центра сферы к полюсу вращения и равного по величине угловой скорости вращения, приведенные условия формулируются в виде следующих соотношений:
V = Gmic X R, + Vdef i; (1)
&mic * Ц , (2)
где V, R — скорость и координаты /-той станции, Vf — скорость смещения /-той станции относительно микроплиты вследствие пограничной деформации, Qmic — вектор Эйлера мгновенного вращения микроплиты, Q — вектор Эйлера мгновенного вращения j-той плиты. Соотношение (1) представляет собой систему линейных уравнений относительно искомого Эйлеровского вектора Qmic с использованием наблюдений V, R. Для внутренней стабильной части микроплиты Vf = 0, а вблизи границы необходимы априорные оценки Vf Ф 0, полученные из имеющихся моделей деформирования конкретного региона. Соотношение (2), которое должно выполняться для всех окружающих крупных плит, обычно достаточно проверить для одной из плит, первоначально включавшей в себя сегмент, выделяемый в виде предполагаемой микроплиты. Именно для этой плиты j разность \Q.mic - Q J обычно наименьшая,
по сравнению с остальными плитами, что требует максимальной точности оценки Qmic.
КИНЕМАТИКА БЕРИНГОВОЙ МИКРОПЛИТЫ
Мы рассматриваем вопрос о существовании Беринговой микроплиты на основе данных по Чукотской региональной геодинамической сети за период 2005—2009 гг., совместно с данными по Аляске и островам в Беринговом море, включающим и более ранние периоды. В 2005 г. в Восточной Чукотке была развернута сеть из 8 пунктов периодических наблюдений, привязка которых производилась к станции в г. Анадырь, действовавшей непрерывно в течение каждого повторного периода наблюдений (рис. 1). Всего в качестве опорных станций для определения кинематики Беринговой микроплиты было выбрано 10 пунктов, из них: 6 станций в восточной части Чукотки (ANAD, MARK, PRVD, LAV1, BERI, EGVK), 2 станции на островах в Беринговом море (GAMB, SPSW) и 2 станции в Западной части Аляски (2BAD, MELS). Эти станции находятся в стабильной области предполагаемой микроплиты и покрывают достаточно обширную ее часть. Измерения производились также на выносных пунктах для каждой точки наблюдения, что позволило исключить локальные деформационные процессы. Продолжительность наблюдений на станциях варьировала от двух до десяти дней, начиная с 2005 г., с повторением в 2007 и 2009 гг. Важность измерений, проведенных на станциях Чукотской сети, обусловлена их расположением в стабильной части предполагаемой Беринговой микроплиты, что позволяет непосредственно, без моделирования деформационной составляющей Vdefр использовать скорости этих пунктов V в (1) для определения полюса Эйлера QBER, описывающего вращение Беринговой микроплиты.
Прецизионные оценки координат наблюдательных пунктов Чукотской сети на моменты проведения измерений были получены в результате обработки первичных данных GPS с помощью программного пакета GAMIT/GLOBK [Herring et al., 2006]. Скорости смещений пунктов оценены путем Калмановской фильтрации временных рядов вариаций этих координат за период проведения измерений 2005—2009 гг. (рис. 2). При этом учтены произошедшие за период наблюдений сейсмические события, а также постсейсмические процессы, чтобы избежать искажающего влияния возможных сейсмических скачков и интервалов нелинейности во временных рядах на оценки скоростей станций по GPS-наблюдениям.
Скорости рассматриваемых станций вычислялись в системе относимости, связанной с Североамериканской плитой и началом координат, цен-
Рис. 1. Опорные пункты, использованные для определения кинематики Беринговой микроплиты. Черными стрелками указаны скорости, измеренные по GPS, вместе с доверительными эллипсами уровня одной средне-квадратической ошибки; белыми стрелками указаны модельные скорости, соответствующие найденной кинематике Беринговой микроплиты. Границы известных крупных плит указаны сплошной линией по модели NUVEL-1A. Штриховой линией показана предполагаемая северная часть границы Беринговой микроплиты. Положение полюса вращения Беринговой микроплиты относительно Североамериканской указано вместе с доверительным эллипсом уровня одной средне-квадратической ошибки.
Полюс Эйлера BER-NAM
Наблюдательные пункты, определяющие Берингову микроплиту
10 мм/год (Модельные скорости) 10 мм/год (Скорости по данным GPS)
трированным относительно сферы вращения плит, что позволило непосредственно найти разностный вектор Эйлера qber-nam = ^ber nam вращения Беринговой микроплиты относительно Североамериканской с помощью вышеописанной методологии. Параметры вращения Североамериканской плиты и центровки Международной Земной Системы Относимости ITRF2005 взяты из [Kogan, Steblov, 2008], где вектора вращения основных плит были получены из анализа
смещений 192 станций глобальной сети GPS за период 1995.0-2007
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.