УДК 550.837:551.24(477)
1, 1, 2, 1, 1
КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ И ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛИТОСФЕРЕ КРЫМА
Аннотация. Зоны проявления сверхглубинных флюидов, полученных по данным сейсмотомографии, аномалиям высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии, повышенному тепловому потоку и распространению гипоцентров землетрясений подтверждают связь сейсмичности Крымского региона с проявлением коллизионных процессов, и соответствие последних с проявлением сверхглубинных флюидных процессов.
Ключевые слова: сейсмичность, скоростного строения мантии, аномалии электропроводности.
Об авторах:
1 – Институт геофизики НАН Украины, Киев,
2 – Институт геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины, Киев.
Как правило, сейсмичность связывается с процессами, обусловленными проявлениями плитовой тектоники, в частности с приуроченностью сейсмически активных регионов к зонам субдукции на границах литосферных плит. В настоящее время все больше внимания уделяется связи сейсмичности с процессами дегазации Земли [1]. Они соотносятся в условиях нестационарных процессов, характерных для геологической среды, с быстрыми и разномасштабными вариациями объемно-напряженного состояния, которые рассматриваются как реакция среды на взаимодействие восходящих потоков легких газов (гелий, водород) с твердой фазой. Эти взаимодействия оказывает значительное влияние на структуру и динамическое поведение материалов в геологической среде. Нашей задачей является установление связи сейсмичности Крымского региона с возможными проявлениями субдукционных процессов и процессов глубинной флюидизации. Для этого к рассмотрению привлекаются анализ скоростного строения мантии под данным регионом с его окружением и геоэлектрических процессов в коре.
По данным 3D Р-скоростной модели мантии под Евразией, полученной методом Тейлорового приближения, предложенным , мантия под Скифской плитой является пограничной между стабильной под Восточно-Европейской платформой (ВЕП) и активизированной под Черноморской впадиной. Присутствие высокоскоростных наклонных слоев в верхней мантии и ее переходной зоне создает предпосылки для повышенной сейсмичности Крыма.
Рассмотрение мантийных скоростных границ южной окраины ВЕП [2], показывает, что, согласно долготным сечениям [3] высокоскоростная переходная зона верхней мантии под Крымом является частью высокоскоростного слоя, распространяющегося, начиная от мантии под Афро-Аравийской платформой в переходную зону мантии под ВЕП, что может создавать условия для активизации верхней мантии.
Отмечается приуроченность эпицентров к области пограничной вилки, которая определена началом и концом распространения высокоскоростного слоя переходной зоны южного окружения в переходную зону мантии под ВЕП. Учитывая преимущественность поверхностных землетрясений и приуроченность их к мантийной пограничной области, можно ожидать их связь со сверхглубинными мантийными процессами.
Согласно [1, 4] скоростные мантийные колонки соотносятся с проявлением сверхглубинных мантийных флюидов. Выделяется три основных области [2] мантийных субвертикальных колонок: под поднятием Андрусова, под северо-западным шельфом Черного моря, восток Крыма (под западным окончанием Индоло-Кубанского прогиба (Керчь-Тамань, Сивашская впадина). Выделенным областям соответствуют области повышенного теплового потока [5].
а
б
Рис. 1. Пограничная вилка и эпицентры землетрясений согласно бюллетеням ISC за период 1964-2012 г. г. (а); Долготные сечения 33-36° с. ш. (б)
Начиная с 2007 по 2013 г. г. Институтами НАН Украины были выполнены современные экспериментальные МТ/МВ исследования вдоль 9 профилей в 48 пунктах. Получены кондиционные 5-компонентные записи электромагнитного поля, синхронные с еще одной полевой точкой и одним базисным МВ пунктом обсерватории Дымер [6]. Материалы такого уровня удовлетворяют требованиям, к применению процедур синхронного оценивания передаточных операторов МТ/МВ полей программного комплекса PRC_MTMV [7], что в свою очередь позволило получить надежные оценки импеданса для периодов 10 - 10000 с, типперы для 50 - 4000 с и горизонтальный магнитный тензор [М] от 10 до 104 с (рис. 2). Пример псевдоразрезов электромагнитных передаточных операторов вдоль профилей “Евпаторийский” и “Феодосийский” представлены на рис. 2.
а
б
в
г
Рис. 2. Псевдоразрезы МТ/МВ параметров вдоль профилей Евпаторийский (справа) и Феодосийский (слева): а) компоненты реальной VEC_Re и мнимой VEC_Im частей типперов; б) главные компоненты Мхх и Муу тензора горизонтального аномального магнитного поля; в-г) кажущееся сопротивление (в - амплитудные ск и г - фазовые ц кривые) для меридионального (сxy; цxy) и широтного (сyx; цyх) направления. Вертикальная шкала в –lg T, горизонтальная в км
Проанализировав полученные комплексные типперы и горизонтальные аномальные магнитные поля в широком диапазоне периодов можно предположить существование несколько протяженный субвертикальных проводяших структур или границы единого вытянутого проводника простирающегося в субширотном направлении в центральной части Скифской плиты.
Северная граница проходит по осевой части Северо-Крымского прогиба, через Михайловскую впадину и вероятно на западе связана с проводящей структурой Болградского глубинного разлома Придобруджинского прогиба. На восточном направлении, дойдя до Сивашского грабена, резко поворачивает на юго-восток и простирается вдоль Салгирско-Октябрьского разлома. В центальной части Крыма меняет направление на субширотное и следует вдоль Донузлавского разлома до его пересечения с Чонгарским разломом. Далее, к сожалению, из-за отсутствия наблюдений в этом районе можно только предположить, что эта граница протягивается на Керченском полуострове или наоборот, наблюдается ее разрыв, но экспериментальные исследования четко фиксируют проводящую структуру субширотного простирания, приуроченную к Северо-Крымскому шву между Северокерченской и Южнокерченской зонами Керченского полуострова.
Южная граница субширотно проходит между Северо-Крымским прогибом и серией поднятий: Тарханкутским, Гамбурцева, Ильичевским, Новоселовским. Затем также, как и северная граница, в центральной части Тарханкутского полуострова резко меняет простирание на субмеридиональное и сечет как Новоселовское поднятие, так и Альминскую впадину. Еще раз резко менят направление на субширотной при пересечении с основным тектоническим швом между Скифской плитой и складчатым сооружением горного Крыма, следуя по нему на восток и далее на Керченском полуострове соединяется (или нет) с северной границей проводника в единую разломную структуру по южной окраине Керченско-Таманского прогиба.
По качественной интерпретацией данных МТЗ можно выделить несколько объектов высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии на разных глубинах. Так три аномальные зоны с верхней кромкой на глубинах (һ) до 10 км наблюдаются: 1) на западе Крыма (ограничена с запада Евпаторийского-Скадовским, с востока Салгирсько-Октябрьским, на юге Донузлавской разломами, на севере региональным швом между ВЕП и Скифской плитой) - на юге пр. Краснополянский (һ = 2-3 км, S-1000 см), вдоль пр. Евпаторийский (һ = 1-5 км, S до 1500 См, углубление в центральной части профиля в ПК 17.5 км до һ = 10 км), на ПК 60 км и ПК 13.5 км пр. Саки (һ = 3 км, S - от 1000 до 5000 См); 2) на востоке пр. Джанкойский (һ от 2 до 5 км, S до 1000 См) в районе Чонгарского разлома - западного ответвления Мелитопольско-Новоцарицинськой зон разломов; 3) вблизи Керченского перешейка в районе Крымско-Керченского поднятия (ограничена на востоке Корсаксько-Феодосийским, на севере - Новотитаривським разломными зонами, по обе стороны от Северо-Крымского шва на западе Керченско-Таманского прогиба) - вдоль пр. Феодосийского (һ = 2-5 км, S - от 1000 до 5000 См). В недрах земной коры можно выделить три аномальные зоны: 1) в Каркиникско-Северо-Крымском прогибе (һ = 10-30 км, S до 5000 См) по данным вдоль профилей Черноморский, Краснополянский, Евпаторийский и Сакский; 2) в районе Юго-Керченского надвига (һ = 10 км, S до 5000 см) по данным профилей Феодосийского и Керчь_2, западной границей является Корсакско-Феодосийский разлом; 3) субмеридиональная структура Керченско-Таманского прогиба к востоку от Горностаевского разлома (һ = 10 км, S - от 2000 до 10000 См, с углублением в сторону Юго-Керченского надвига к һ = 20-50 км). Вероятно, две последние между собой соединены по территории Юго-Керченского надвига. Аномалии электропроводности на границе земной коры и верхней мантии прогнозируются на Тарханкутском полуострове на западе от Евпаторийского-Скадовского разлома (һ = 50 км) и на востоке Каркиникско-Северо-Крымского прогиба (һ = 40-50 км) с S от 2000 до 8000 См (ограничена с запада Салгирско-Октябрским, с востока Чонгарским, на юге Донузлавской разломами, на севере региональным швом между ВЕП и Скифской плитой).
Комбинация методов МТЗ и МВП позволяет гораздо точнее и адекватнее к наблюдений экспериментальных данных построить модель распределения удельного сопротивления в рамках трехмерного среды. Это объясняется различными зависимостями распределения импедансов МТЗ и индукционных параметров МВП от глубины залегания проводников. Если в МТЗ глубина залегания ведущего слоя определяется затуханием электромагнитного поля в зависимости от периода, то в МВП глубина залегания определяется пространственным градиентом магнитовариацийних параметров.
Зоны проявления сверхглубинных флюидов, полученных по данным сейсмотомографии [2, 3], аномалиям высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии (результат квази-3Д моделирования [6]), повышенному тепловому потоку [5] и распространению гипоцентров землетрясений подтверждают связь сейсмичности Крымского региона с проявлением коллизионных процессов, и соответствие последних с проявлением сверхглубинных флюидных процессов.
Библиографический список
1. , Сейсмический процесс в зоне субдукции. Мониторинг фонового режима. М.: МГУЛ. 2014.100 с.
2. , Сейсмотомография мантии под Восточно-Европейской платформой: мантийные скоростные границы // Геофизический журнал. 2012. т.34, №5. С. 161-170.
3. , , Комплексна інтерпретація сейсмотомографічних та геоелектричних моделей для оцінки геодинамічних процесів у літосфері Криму Наукові праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 13(частина II). Донецьк, 2013. С. 12-26.
4. Структура земной коры и верхней мантии и механизм движения глубинного вещества // Вестник ОГГГГН РАН. 2001. № 4 (19). 18 с.
5. Kutas R. I., Kobolеv V. P., Tsvyashchenko V. A. Heat flow and geothermal modl of the Black sea depression // Tectonophysics. 1998. 291. p. 91-100.
6. І., , Оцінка вкладу індукційних струмів у вікову варіацію геомагнітного поля (за даними українських геомагнітних обсерваторій) // Геофизический журнал. 2014. т.36, №2. С. 111-120.
7. Varentsov Iv. M., Golubev N. G., Martanus E. R. et al. Magnetotelluric processing system PRC-MTMV and its applications // Russian-German Seminar "Actual Problems in Deep EM Studies" (Extended Abstracts). Moscow. OIFZ RAN. 1997. P. 51-52.
8. , Квазитрехмерная геоэлектрическая модель тектоносферы Крыма // Геофизический журнал. 1999. т. 21, №3. С. 123-126.
T. K. Burakhovich, A. M. Kushnir, I. Yu. Nikolaev, T. A. Tsvetkova, B. I. Shirkov
Integrated interpretation of seismic tomography and geoelectrical models to assess geodynamic processes in lithosphere Crimea
Abstract. Zone display ultradeep fluids obtained according to seismic tomography, high electric conductivity anomalies in the earth's crust and upper mantle, increased heat flow and distribution of earthquake hypocenters confirm the connection of seismicity of the Crimean region with the appearance of conflict processes, and compliance with the latest manifestation of ultradeep fluid processes.
Keywords: seismic, velocity structure of the mantle conductivity anomaly.
