CC BY
17
УДК 550.34.05.013.4+550.344.094.5 (571.53/.55)
СКОРОСТНОЕ СТРОЕНИЕ ЮЖНОЙ ОКРАИНЫ СИБИРСКОГО КРАТОНА И ЕГО СКЛАДЧАТОГО ОКРУЖЕНИЯ ПО ОБЪЕМНЫМ ВОЛНАМ ДАЛЕКИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Валентина Владимировна Мордвинова
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (3952)42-27-61, e-mail: [email protected]
Михаил Михайлович Кобелев
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, ведущий инженер, тел. (3952)42-99-57, e-mail: [email protected]
Мария Анатольевна Хритова
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, кандидат технических наук, ведущий инженер, тел. (3952)51-12-31, e-mail: [email protected]
Елена Анатольевна Кобелева
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, кандидат физико-математических наук, ведущий инженер, тел. (3952)42-99-57, e-mail: [email protected]
Дарья Сергеевна Трынкова
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, аспирант, тел. (3952)42-27-61, e-mail: [email protected]
Дается краткий анализ проблем и достижений в исследовании распределения скоростей сейсмических волн в земной коре и верхней мантии как индикатора структурных неоднород-ностей и состояния глубин. На основании представленных в статье скоростных разрезов сделан вывод об определяющей роли вертикальной конфигурации юго-восточной окраины Сибирского кратона в Байкальском рифтогенезе.
Ключевые слова: телесейсмическая томография, метод продольных приемных функций, скоростные разрезы P- и S-волн, Байкальский рифтогенез.
DEEP STRUCTURE OF SOUTHERN MARGIN OF THE SIBERIAN CRATON AND ITS FOLDED ENVIRONMENT ON VOLUME WAVES OF FAR EARTHQUAKES
Valentina V. Mordvinova
Institute of earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermotov St., D. Sc., leading researcher, tel. (3952)42-27-61, e-mail: [email protected]
Mikhail M. Kobelev
Institute of earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermotov St., lead engineer, tel. (3952)42-99-57, e-mail: [email protected]
Mariya A. Khritova
Institute of earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermotov St., Ph. D., lead engineer, tel. (3952)51-12-31, e-mail: [email protected]
Elena A. Kobeleva
Institute of earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermotov St., Ph. D., lead engineer, tel. (3952)42-99-57, e-mail: [email protected]
Daria S. Trinkova
Institute of earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermotov St., postgraduate, tel. (3952)42-27-61, e-mail: [email protected]
A brief analysis of the problems and achievements in the study of the distribution of seismic waves velocities in the Earth's crust and upper mantle as an indicator of structural inhomogeneities and the state of the depths is given. Based on the velocity sections presented in the article, a conclusion is drawn about the determining role of the vertical configuration of the southeastern margin of the Siberian craton in the Baikal rifting.
Key words: teleseismic tomography, receiver function, velocity sections, Siberian craton, Baikal rifting.
Построение по сейсморазведочным данным детальных частотно-энергетических разрезов позволило показать всю сложность структуры земной коры вдоль протяженных профилей и подойти к истории формирования древних областей Сибирского региона [1]. Для получения информации и о подстилающей мантии применяются экологически чистые методы телесейсмической томографии, использующие отклики глубинной структуры исследуемого региона на импульсы сильных далеких землетрясений (дисперсия скоростей поверхностных волн, невязки времен пробега и приемные функции объемных волн). Их инверсией определяются скоростные разрезы коры и верхней мантии. Объемные волны далеких землетрясений приходят в район исследования вдоль близких к вертикали лучей, что дает возможность исследовать большие глубины и более точно находить зависимость скорости от глубины по данным отдельной сейсмостанции. Но при переходе к 2D моделям остается проблема малого количества сейсмостанций. Из-за редкого и хаотичного расположения пунктов наблюдения на 2D моделях часто не выявляются реальные и важные скоростные детали. Существует и другая проблема: стремление многих авторов при малой апертуре рассчитать по невязкам времен пробега скоростной 2D разрез до глубин, превышающих половину апертуры, а также продлить разрез за пределы расстановки сейсмостанций. В таких случаях на значительной части моделей отсутствуют ограничения встречными сейсмическими лучами, и близповерхностные аномалии времен пробега волн растягиваются по отдельным лучам на всю глубину модели. Рассчитанные по ним растянутые отрицательные скоростные аномалии порождают мифы о глубинных горячих плюмах [2], а инверсия положительных невязок, неконтролируемых пересечениями лучей, может завысить мощность высокоскоростных структур (например, крато-на) вдвое.
Плотная расстановка сейсмостанций вдоль специальных профилей наблюдений и анализ равного количества встречных сигналов далеких событий, приходящих в створе этих профилей, могут дать реальную картину ско-
границы
ростных неоднородностей. Однако для уверенной их интерпретации необходимо иметь скоростные разрезы, полученные, по крайней мере, двумя независимыми методами и по независимым данным. Из анализа томографических моделей, выполненных к настоящему времени на территории юга Сибирской платформы и ее складчатого окружения, следует, что тождественным распределением скоростей в мантии характеризуются только разрезы вдоль профилей PASSCAL_1992 и МОВАЬ_2003, выполненные инверсией центрированных невязок времен пробега Р-волн к станциям профилей [3] и поверхностно-волновой томографией [4-5].
По непротиворечивым моделям [3, 5] найдено, что юго-юго-западная граница Сибирского кратона до глубины 120 км близка вертикали и соответствует южной окраине Сибирской платформы. Более глубокая часть кратона (в интервале глубин 150-250 км) уходит под Тункинский рифт, достигая топографической проекции подножия горного массива Хамар-Дабан.
Иной является вертикальная конфигурация юго-восточной Сибирского кратона, выявленная на разрезе Братск - Ундуршил (рис. 1) по ^-скоростям [5] и по линии контакта Р-скоростных аномалий противоположного знака [3] (рис. 2). Мощность кратона на контакте Сибирской платформы с Байкальской складчатой областью резко уменьшается от 260 до 150 км. При этом окраина кратона принимает форму козырька, наклоненного под озеро Байкал под углом 45°, а затем полностью выклинивается восточнее озера на глубине около 150 км.
В распределении скоростных неодно-родностей (см. рис. 2) просматривается логичная связь с существующими тектоническими структурами. Подчеркнем лишь роль «козырька» юго-восточной окраины кратона, который, возможно, имеет похожую форму на протяженном участке вдоль Байкальского рифта. Именно такая наклонная форма кратона могла способствовать аккреционно-коллизинным процессам, которые сформировали поднятие на краю кратона. Рис. 1. Схема сейсмических
В конце мезозоя - кайнозое сжатие профилей PASSCAL_1992
прекратилось и не препятствовало вос- и Монды - Хурамша (МОТНЯМ) хождению из-под Сибирского кратона
накопившегося тепла, благодаря чему коллизионное поднятие на юго -восточной окраине кратона было разрушено, а надвиги были преобразованы
в пологие сбросы, движения по которым были ответственны, за формирование рифтов и эксгумацию метаморфических ядер [6].
Рис. 2. Р-томография по профилю PASSCAL_1992 (согласно [3])
Кроме наклонного края кратона, расширению рифтовой впадины способствуют подверженная разломообразованию утоненная окраина кратона и прогретый объем под «козырьком», где образуются конвекционные ловушки, проявляющиеся на томографии как интенсивные отрицательные аномалии скоростей сейсмических волн. Такие условия могут приводить к декомпрессионному магматизму различной интенсивности. Эти выводы поддерживает более детальная наша модель, построенная методом продольной приемной функции (рис. 3).
Рис. 3. К?-разрез по профилю п. Монды - п. Хурамша. Направление профиля на рис. 1. Стрелка над рельефом указывает пересечение разреза с Главным Саянским разломом. Изолинии Уэ проведены с шагом 0,1 км/с. Сейсмический снос учтен наклоном разреза
Признаками растяжения на широтном разрезе Монды - Хурамша являются повышенные скорости в коре под каждой из рифтовых впадин и линзовидная низкоскоростная аномалия в подкоровой мантии оз. Байкал. Высокоскоростные аномалии могут быть обусловлены роями даек основного состава, которые осуществляют дополнительную изостатическую компенсацию, увеличивая плотность коры. Скоростной разрез подтверждает сделанный по данным грави-ки вывод о базификации коры (значительном замещении ее нижней части веществом мантии) [7]. Наличие максимального избытка плотности в коре предполагалось в [7] как раз в узкой полосе (10-15 км) вдоль оси южной части Байкальской впадины, где на представленном Ks-разрезе выявлены высокие скорости. Источником базификации коры является линзовидная область пониженной скорости непосредственно под разделом Мохо (рис. 3). Базификация объясняет отсутствие утонения коры под Байкальской впадиной. Толщина коры под южной Байкальской впадиной сохраняется равной 39-40 км. При снятии в результате процессов растяжения общего давления образующиеся магмы приобретают большую динамическую силу и могут внедряться как в вышележащие толщи (таким образом базифицируя земную кору), так и по латерали. В последнем случае в примыкающей к зоне плавления мантийной среде относительно понижаются скорость и линейно связанная с ней плотность. По обе стороны от зоны плавления характер скоростных неоднородностей модели свидетельствует о процессе деламинации - отслоение магмой и погружение более тяжелых высокоскоростных блоков подкоровой мантии (Vs = 4,5 км/с, Vp = 8,1 км/с).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гошко Е. Ю., Ефимов А. С., Сальников А. С. Современная структура и предполагаемая история формирования земной коры юго-востока Северо-Азиатского кратона вдоль опорного профиля 3-ДВ // Геодинамика и тектонофизика. - 2014. - Вып. 5 (3). - С. 785-798. doi:10.5800/GT-2014-5-3-0155
2. Foulger G. R. et al. Caveats on tomographic images // Terra Nova. - 2013. - V. 25. Issue 4. - P. 259-281. doi: 10.1111/ter.12041
3. Мордвинова В. В., Кобелев М. М., Треусов А.В. и др. Глубинное строение переходной зоны Сибирская платформа - Центрально-Азиатский подвижный пояс по телесейсмическим данным // Геодинамика и тектонофизика. - 2016. - Вып. 7 (1). - С. 85-103. doi: 10.5800/GT-2016-7-1-0198.
4. Emmerson B., Jackson J., McKenzie D., Priestley K., Seismicity, structure and rheology of the lithosphere in the lake Baikal region // Geophysical Journal International. - 2006. - V. 167 (3). -P. 1233-1272. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-246X. 2006.03075.x.
5. Кожевников В. М., Яновская Т. Б. Распределение скоростей волн S в литосфере Азиатского континента по данным поверхностных волн Рэлея // Актуальные вопросы современной геодинамики Центральной Азии / под ред. К. Г. Леви, С. И. Шерман. - Новосибирск : СО РАН, 2005. - С. 46-64].
6. Zorin Yu. A. Geodynamics of the western part of the Mongolia - Okhotsk collisional belt, Trans-Baikal region (Russia) and Mongolia // Tectonophysics. - 1999. - V. 306. - P. 33-56.
7. Зорин Ю. А., Балк Т. В., Новоселова М. Р. и др. // Физика Земли. - 1988. - № 7. -С.33-42.
© В. В. Мордвинова, М. М. Кобелев, М. А. Хритова, Е. А. Кобелева, Д. С. Трынкова, 2017
