Глубинные сейсмические исследования на субширотном трансекте Хандыга-Сусуман-Мякит в области сочленения евраазиатской, СевероАмериканской и Охотоморской континентальных плит

Соловьев Виктор Михайлович; Сальников Александр Сергеевич; Тимофеев Владимир Юрьевич; Шибаев Сергей Валентинович; Лисейкин Алексей Владимирович; Шенмайер Анастасия Евгеньевна

УДК 550.834.42+550.34

ГЛУБИННЫЕ СЕЙСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА СУБШИРОТНОМ ТРАНСЕКТЕ ХАНДЫГА-СУСУМАН-МЯКИТ В ОБЛАСТИ СОЧЛЕНЕНИЯ ЕВРААЗИАТСКОЙ, СЕВЕРОАМЕРИКАНСКОЙ И ОХОТОМОРСКОЙ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ПЛИТ

Виктор Михайлович Соловьев

Алтае-Саянский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геофизической службы СО РАН, заместитель директора; Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ст. научный сотрудник, тел. (383)330-75-68, e-mail: [email protected]

Александр Сергеевич Сальников

Сибирский институт геологии, геофизики и минерального сырья, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 67, доктор геолого-минералогических наук, заведующий отделом сейсморазведки, тел. (383)222-62-13, e-mail: [email protected]

Владимир Юрьевич Тимофеев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, тел. (383)333-29-00, e-mail: [email protected]

Сергей Валентинович Шибаев

Якутский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геофизической службы СО РАН, 677982, Россия, г. Якутск, проспект Ленина, 39, директор,

тел. (4112)33-51-88, e-mail: [email protected] Алексей Владимирович Лисейкин

Сейсмологический филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геофизической службы СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, нач. отряда, тел. (383)333-20-21, e-mail: [email protected]

Анастасия Евгеньевна Шенмайер

Алтае-Саянский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Геофизической службы СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. ак. Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)330-75-68, e-mail: [email protected]

Представлены материалы по сейсмичности и глубинному строению на профилях ГСЗ в области сочленения Евразийской, Североамериканской и Охотоморской континентальных плит. Комплексный анализ материалов ГСЗ и сейсмологии свидетельствует о значительном проявлении области сочленения как в глубинных структурах земной коры, так и в поверхности Мохоровичича. По материалам ГСЗ на фрагментах региональных профилей 2ДВ и 3ДВ в зоне сочленения отмечается значительное уменьшение значений граничных скоростей по границе Мохо до 7.5-7.7 км/с, локальный подъем границы Мохоровичича и пониженные значения средних скоростей в земной коре. Области сочленения плит отмечаются также повышенной сейсмичностью.

Ключевые слова: профили ГСЗ, граница Мохоровичича, граничные и средние скорости, сейсмичность, континентальные плиты.

DEEP SEISMIC RESEARCHES AT SUBLATITUDINAL TRANSECT KHANDYGA-SUSUMAN-MYAKIT IN THE JOINT REGION OF EURASIAN, NORTH AMERICAN AND OKHOTOMORSK CONTINENTAL PLATES

Victor M. Solovyev

Altay-Sayan Branch of Geophysical Survey SB RAS, deputy director; Institute of Oil-gas Geology and Geophysics of the Russian Academy of Science, candidate of geologycal-mineralogical sciences, researcher, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Koptyug Pr., 3, tel. (383)330-75-68, e-mail:[email protected]

Alexander S. Salnikov

Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Resources, Doctor of geologycal- mineralogical sciences, head of seismic prospecting department, 630091, Russia, Novosibirsk, Krasnyi Pr., 67, e-mail: [email protected]

Vladimir Yu. Timofeev

Institute of Oil-gas Geology and Geophysics of the Russian Academy of Science, doctor of physicomathematical sciences, head of laboratory, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Koptyug Pr., 3, tel. (383)333-29-00, e-mail: [email protected]

Sergey V. Shibaev

Yakutsk Branch of Geophysical Survey SB RAS, director, 677982, Russia, Yakutsk, Pr. Lenina, 39, tel. +7-4112-335188, e-mail: [email protected]

Aleksey V. Liseikin

Seismological Branch of Geophysical Survey SB RAS, candidate of geologycal- mineralogical sciences, head of party, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Koptyug Pr., 3, tel. (383)330-20-21, email: [email protected]

Anastasia E. Shenmayer

Altay-Sayan Branch of Geophysical Survey SB RAS, junior researcher, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac. Koptyug Pr., 3, tel. (383)330-75-68, e-mail: [email protected]

The paper presents materials on seismicity and deep structure at DSS profiles in joint region of Eurasian, North American and Okhotomorsk continental plates. Complex analysis of deep seismic investigations and seismology materials shows that there is significant appearance of joint zone both in deep structures of the Earth's crust and in the Moho. According to the DSS materials at fragments of regional 2-DV and 3-DV profiles there is registered significant decrease of boundary velocity values (to 7.5-7.7 km/sec) along the Moho in the joint zone, local raise of the Moho and reduced values of average velocities in the Earth's crust. Joint zones of the plates are also characterized by high seismicity.

Key words: DSS profiles, the Moho, boundary and average velocities, seismicity, continental plates.

Введение

В 2012-2013 гг. АСФ ГС СО РАН совместно с СНИИГГиМСом по заданию Роснедра отработан фрагмент регионального профиля 3ДВ п. Хандыга - г. Сусуман - п. Мякит, протяженностью 1000 км, пересекающего границу Евразийской и Охотоморской плит (рис. 1). Ранее, в 2002-2005 гг. был отработан 1000-километровый фрагмент профиля 2ДВ (Магадан -Билибино), пересекающий границу Охотоморской и Северо-Американской плит [2, 3]. Ниже представлены материалы глубинных сейсмических исследований на субширотном профиле ГСЗ Хандыга-Сусуман-Мякит и результаты обобщений сейсмических и сейсмологических данных в области сочленения трех крупных плит.

Полевой эксперимент и волновое поле на профиле ГСЗ Хандыга-Сусуман-Мякит

Была реализована достаточно плотная система наблюдений. Расстояния между источниками возбуждения составляли в среднем 15-30 км, между приемниками - 4-6 км. Отработка источников возбуждения осуществлялась взрывным и вибрационным способом.

Рис. 1. Схема профильных и площадных сейсмических исследований в области сочленения Евразийской, Северо-Американской и Охотоморской континентальных плит. (Звездочками выделены крупные землетрясения 2013 года)

В качестве регистрирующей аппаратуры применялись 24-разрядные станции «Роса-А» и «Байкал-АС» с группами вертикальных и трехкомпонентных

приборов. Координаты установки сейсмоприемников и источников возбуждения определялись с использованием ОРБ-приемников. Анализ волнового поля показывает (рис. 2), что на записях в первых вступлениях уверенно выделяются волны от границ в верхней, средней (и эпизодически нижней) части земной коры (Рреф) и поверхности Мохоровичича ( РМ )• Скорости Р-волн в первых вступлениях на удалениях 0 - 15км в пределах

изучаемого профиля в целом изменяются от 3.0 км/с до 5.2 км/с. На базах от 10-15 км до 100-120 км скорости продольных волн по годографам возрастают до 6.0 - 6.20 км/с. В западной части профиля на удалениях свыше 100 км можно отметить четкие изломы на скорости 6.3-6.5 км/с и до 7.0 км/с. В центральной и восточной части профиля, напротив, пониженные значения кажущихся скоростей по годографам первых волн отмечаются до удалений 170-190 км. На удалениях свыше 170-180 км в первых вступлениях начинают регистрироваться волны с высокими значениями кажущихся скоростей в 7.88.5 км/с, соответствующие преломленным волнам от поверхности Мохоровичича (Ррр). Редуцированные времена РМ -волн (при скорости

редукции 8.0 км/с) изменяются от 9-10 с (в западной части профиля) до 7.58.0 с (в центральной и восточной частях профиля), что говорит о значительном подъеме границы М в восточной части. По сравнению с западной частью, в центральной части профиля отмечена слабая динамическая выразительность преломленной волны от границы М. В последующей части записи на удалениях 100-200 км выделяются интенсивные отраженные волны от поверхности Мохоровичича (рис. 2) и в дальней части сейсмограмм - поперечные аналоги опорных волн.

Рис. 2. Пример волнового поля и лучевого моделирования на фрагменте профиля Хандыга - Сусуман - Мякит

На удалениях свыше 200 км в примерно через 0.5-0.8 с от первых вступлений в центральной части профиля отмечено выделение интенсивной волны (рис. 2). Лучевое моделирование [4] по приближенной модели среды позволяет установить природу данной волны, как отраженной от внутримантийной границы М1 (рис. 2).

Особенности глубинного строения на профиле Хандыга-Мякит

По данным опорных Р- и S-волн была выполнена интерпретация и построены глубинные сейсмические разрезы (рис. 3).

Рис. 3. Сводный глубинный сейсмический разрез по Северо-западному участку профиля 3ДВ (п. Хандыга - п. Кюбеме - г. Сусуман)

По данным кинематической и динамической интерпретации материалов ГСЗ на профиле Хандыга-Сусуман-Мякит в области сочленения Евразийской и Охотоморской плит установлено: существенно понижены скорости Р-волн в земной коре (до 6.3 км/с); отмечена слабая динамическая выразительность записей Pn-волн от границы Мохоровичича в зоне сочленения; установлены пониженные значения граничных скоростей по границе М (7.85±0.1 км/с) и локальный подъем границы Мохоровичича. Подобная картина отмечена ранее на профиле 2ДВ в зоне сочленения Охотоморской и СевероАмериканской плит [2, 3].

Данные профильных исследований коррелируют с результатами выполненных ранее площадных сейсмологических исследований для области сочленения трех крупных плит, по которым участки сочленения плит отмечены максимальным распределением количества землетрясений, максимумами полной выделенной сейсмической энергии и тяготеют к границам блоков с различными значениями параметра К (связанного со скоростями Р-и S-волн в пределах сейсмоактивного слоя земной коры) [1]. Необходимо также отметить, что, судя по сейсмологическим данным (рис. 1), область сочленения гораздо шире и затрагивает несколько сотен километров. Судя по глубинному разрезу, пониженные значения скоростей в коре

(примерно в 6.3±0.1 км/с) и на границе Мохоровичича (<8.0км/с), охватывают пятьсот километровую зону. По сравнению с западным участком здесь малая мощность земной коры и по данным Р-и S-волн, пониженный до 0.20 коэффициент Пуассона во всей толще коры. Все это может свидетельствовать о сильной раздробленности земной коры в широкой области. Заключение

Таким образом, большой фактический материал сейсмологических и глубинных сейсмических исследований свидетельствует о том, что области сочленения крупнейших литосферных плит на Востоке России отмечаются повышенной сейсмичностью, подъемом границы Мохоровичича, понижением средних скоростей продольных волн в земной коре и граничных скоростей в мантии, понижением значений коэффициента Пуассона в земной коре; участки сочленения плит приурочены также к границам крупных неоднородных блоков земной коры.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы ОНЗ-6 «Геодинамика и физические процессы в литосфере» (Проект 6.2. "Геодинамические исследования в области сочленения Евразийской и СевероАмериканской плит ").

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Соловьёв В.М., Сальников А.С., Шибаев С.В., Тимофеев В.Ю., Лисейкин А.В., Шенмайер А.Е. Глубинное строение области сочленения Евраазиатской, Североамериканской и Охотоморской континентальных плит // Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием «50-летие сейсмологического мониторинга Сибири». Новосибирск: Изд-во Полиграфика, 21 - 25октября 2013г. - С. 209-213.

2. Сальников А.С., Ефимов А.С., Кузнецов В.Л., Еманов А.Ф., Соловьев В.М., Селезнев В.С. Глубинное строение земной коры северо-востока Евразии по данным глубинного сейсмического зондирования // Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием «50-летие сейсмологического мониторинга Сибири». Новосибирск: Изд-во Полиграфика, 21-25октября 2013г. - С. 201-205.

3. Тимофеев В.Ю., Ардюков Д.Г., Соловьев В.М., Шибаев С.В., Петров А.Ф., Горнов П.Ю., Шестаков Н.В., Бойко Е.В., Тимофеев А.В. Межплитные границы Дальневосточного региона России по результатам GPS измерений, сейсморазведочных и сейсмологических данных // Геология и геофизика, 2012, т. 53, №4. - С. 489-507.

4. Zelt, C.A. and Ellis, R.M. Practical and efficient ray tracing in two-dimensional media for rapid traveltime and amplitude forward modeling.// Canadian journal of exploration geophysics. Vol. 24, No.1 (June 1988), P. 16-31.