CC BY
18
УДК 550.834.42+550.34
DOI: 10.33764/2618-981 Х-2019-2-2-224-233
АНАЛИЗ ГЛУБИННОГО СКОРОСТНОГО СТРОЕНИЯ И СЕЙСМИЧНОСТИ ЗАБАЙКАЛЬЯ (В СТВОРЕ ПРОФИЛЯ 1-СБ)
Виктор Михайлович Соловьев
Алтае-Саянский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора, тел. (383)330-75-68, e-mail: solov@gs.nsc.ru
Александр Сергеевич Сальников
АО «Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья», 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 67, доктор геолого-минералогических наук, зав. отделом сейсморазведки, тел. (383)230-94-76, e-mail: seispv@sniiggims.ru
Виктор Сергеевич Селезнев
Сейсмологический филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, директор, тел. (383)333-20-21, e-mail: sel@gs.nsc.ru
Владимир Васильевич Чечельницкий
Байкальский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора, тел. (3952)42-74-90, e-mail: сhechel@crust.irk.ru
Надежда Алексеевна Гилева
Байкальский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, начальник отдела сбора и обработки сейсмологической информации, тел. (3952)51-12-31, e-mail: nagileva@crust.irk.ru
Алексей Владимирович Лисейкин
Сейсмологический филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией, тел. (383)333-20-21, e-mail: lexik1979@mail.ru
Наталья Александровна Галёва
Алтае-Саянский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)330-75-68, e-mail:tatapelya@gmail.com
Представлен анализ сейсмичности и глубинного строения Забайкалья в створе профиля 1-СБ. Установлена приуроченность зон повышенной сейсмичности к блокам земной коры с неоднородным скоростным строением по данным разнополяризованных Р-и ¿'-волн. Повышенной неоднородностью в верхней части земной коры по данным скоростей упругих волн и вторичных параметров среды характеризуется район Байкальской рифтовой зоны, в непосредственной близости от крупнейшего Муйского землетрясения 1957 года с М=7.6.
Ключевые слова: профиль ГСЗ, скорость продольных и поперечных волн, коэффициент Пуассона, сейсмичность, Байкальская рифтовая зона.
ANALYSIS OF THE DEEP SEISMIC STRUCTURE AND SEISMICITY OF THE TRANSBAIKALIA (ALONG THE 1-SB PROFILE)
Victor M. Solovyev
Altay-Sayan Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 3, Prospect Аkademik Koptyug, Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Deputy Director, phone: (383)330-75-68, e-mail: solov@gs.nsc.ru
Alexander S. Salnikov
Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Resources, 67, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, D. Sc., Head of Seismic Prospecting Department, phone: (383)230-94-76, e-mail: seispv@sniiggims.ru
Viktor S. Seleznev
Seismological Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 3, Prospect Аkademik Koptyug, Novosibirsk, 630090, Russia, D. Sc., Director, phone: (383)333-20-21, e-mail: sel@gs.nsc.ru
Vladimir V. Chechelnitsky
Baikal Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 128, Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia, Ph. D., Deputy Director, phone: (3952)42-74-90, e-mail: chechel@crust.irk.ru
Nadezhda А. Gilyova
Baikal Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 128, Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia, Head of Department, phone: (3952)51-12-31, e-mail: nagileva@crust.irk.ru
Aleksey V. Liseikin
Seismological Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 3, Prospect Аkademik Koptyug, Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Head of Laboratory, phone: (383)333-20-21, e-mail: lexik1979@mail.ru
Natalya А. Galyova
Altay-Sayan Branch of Federal Research Center «United Geophysical Survey RAS», 3, Prospect Аkademik Koptyug, Novosibirsk, 630090, Russia, Junior Researcher, phone: (383)330-75-68, e-mail: tatapelya@gmail.com
An analyzing on the seismicity and the deep structure of Transbaikalia along the 1-SB profile is presented. Determined that areas of high seismicity associated with the blocks of the Earth's crust with a heterogeneous velocity structure. The site of the Baikal rift zone which is located in close proximity to the Muya earthquake (1957, M=7.6) is characterized by increased heterogeneity according to the values of P- and S-waves and of elastic parameters in the Earth's crust upper part.
Key words: deep seismic sounding, velocity of P- and S-waves, Poisson's ratio, seismicity, Baikal rift zone.
Введение
Площадь исследований охватывает юго-восточную часть Забайкалья и Северное Прибайкалье. В структурно-тектоническом плане она находится в пределах крупных тектонических структур Центрально-Азиатского складча-
того пояса (рис. 1, а). Сейсмичность Забайкалья по данным инструментальных измерений (рис. 1, б) определяется как умеренная и слабая [1, 11].
б)
Рис. 1. Схема тектонического районирования согласно [12] (а) и карта эпицентров землетрясений с Кр > 6.6 за 40 лет с 1975-2014 гг. (б) в полосе опорного профиля 1-СБ (Восточный участок)
Всего за последние 60 лет сейсмологи зафиксировали в Забайкалье 18 сильных землетрясений с магнитудой свыше 4.5. Наиболее сейсмичной является северная часть Забайкалья (и Северного Прибайкалья) в пределах Байкальской рифтовой зоны, где в 1957 году произошло крупнейшее землетрясение для всей территории Прибайкалья и Забайкалья - Муйское землетрясение с магнитудой 7.6 и интенсивностью сотрясений 10 баллов. Северо-Муйский район в Северном Прибайкалье в настоящее время является одним из самых сейсмоактивных, в котором ежегодно регистрируются до 800 землетрясений с энергетическим классом Кр>6 и средними глубинами землетрясений в 5-15 км. Земная кора этого региона находится в условиях растяжения. Что касается восточной и южной части площади исследований, сильные ощутимые землетрясения на них происходят достаточно редко и потому пристально изучаются. К одним из таких землетрясений относится Балейское землетрясение 2006 года с М = 4.7 вблизи г. Балей Забайкальского края, которое охватило значительную площадь и было зарегистрировано всеми станциями сети БФ ФИЦ ЕГС РАН. Большинство землетрясений приурочено к неоднородностям физико-механических свойств среды [3, 10, 11]. Отсутствие детальной геофизической и, прежде всего, сейсмической информации о сейсмоактивной среде делает, зачастую практически невозможной предсказание развития сейсмических процессов в активизированных зонах.
Ниже, в створе опорного 1200 километрового геофизического профиля 1-СБ, проходящего через тектонические структуры Забайкалья и Северного Прибайкалья проведен анализ связи сейсмичности с геофизическими параметрами, характеризующими неоднородную земную кору.
Особенности глубинного сейсмического строения на опорном геофизическом профиле 1-СБ
Профиль 1-СБ (Восточный участок) является одним из опорных геолого-геофизических профилей, выполняемых Роснедра на территории России, включающий методы ОГТ, КМПВ, ГСЗ, МТЗ и др., направленные на изучение крупных металлогенических провинций Восточного Забайкалья и системное обновление фундаментальной геолого-геофизической информации о строении и динамике недр. Полевые исследования ГСЗ на профиле 1-СБ отличает высокая детальность наблюдений (пункты взрыва через 25-45 км, станции с вертикальными приборами через 5-8 км, с трехкомпонентными приборами через 20 км). Длина годографов продольных волн достигает 300-400 км. Основные положения интерпретации экспериментальных сейсмических данных и ряд результативных материалов изложены в работах [6-8], потому ниже представлены только главные результаты, относящиеся к исследуемой теме о связи сейсмичности Забайкалья и Прибайкалья с неоднородностями в земной коре, установленные по сейсмическим данным на профиле 1-СБ.
Анализ сейсмичности на рис. 2, а показывает, что около 85% землетрясений (в 50-ти километровой полосе профиля было выделено 4800 землетрясений
с энергетическим классом от 6.6 до 15.1) приходятся на участок 670-820 км в пределах Байкальской рифтовой зоны. Высокой сейсмичностью отличается также участок Х=420-520 км. Из графика выделенной энергии на рис. 2, а следует, что даже при малом количестве событий в южной части площади выделенная энергия достаточно ощутима.
Поверхность Мохоровичича расположена на глубинах ~40 км в юго-восточной половине профиля и от 40 до 48 км в северо-западной половине профиля (рис. 2, б, в). Под крупными хребтами (Южно-Муйским, Северо-Муйским и Делюн-Уранским) мощность земной коры повышена до 45-48 км. Эффективная скорость распространения сейсмических волн до границы М по данным отраженных продольных и поперечных волн составляет соответственно 6.4-6.5 км/с и 3.65-3.75 км/с.
Граничная скорость продольных волн по поверхности Мохоровичича имеет повышенные значения в 8.40±0.15 км/с в юго-восточной половине профиля и в центральной части Баргузинского массива в пределах Муйской глыбы (Х = 745-805 км) в северо-западной половине профиля (рис. 2, б).
Пониженные значения граничной скорости Р-волн от границы М в 7.8-8.0 км/с отмечены в области сочленения Байкальской и Бодайбинско-Патомской складчатых областей (Х = 825-945 км). На других участках установлены нормальные значения граничной скорости продольных волн в 8.1±0.1 км/с (рис. 2, б). В целом, полученное распределение граничной скорости на профиле 1-СБ коррелирует с площадным распределением граничной скорости по материалам ГСЗ 70-80-ых годов прошлого столетия [2, 4, 5] и площадными сейсмологическими исследованиями в пределах Забайкалья [8].
Граничная скорость £-волн имеет повышенные значения в 4.85-4.95 км/с в юго-восточной части профиля 1-СБ (рис. 2, в). В северо-западной части граничная скорость £-волн по границе М в целом изменяется от 4.6 км/с до 4.9 км/с. Более высокие значения скорости £-волн (более 4.7 км/с) отмечаются в пределах Баргузинского массива (особенно в районе Муйской глыбы) и в северозападной части Бодайбинско-Патомской складчатой области (рис. 2, в). Пониженные значения граничной скорости £-волн по границе М в 4.6 км/с отмечены в области сочленения Байкальской и Бодайбинско-Патомской складчатых областей, Станового блока и Баргузинского массива (рис. 2, в).
Чрезвычайно неоднородной по распределению скоростей Р- и £-волн является верхняя часть земной коры до глубин 10-15 км (рис. 2, б, в). На глубинах 5-15 км в пределах профиля выделяется несколько высокоскоростных блоков со скоростями Р- и £-волн соответственно в 6.3-6.5 км/с и 3.65-3.75 км/с и зоны пониженной скорости Р- и £-волн соответственно в 6.0-6.1 км/си 3.4-3.5 км/с (рис. 2, б, в).
По соотношению скоростей Р- и £-волн в верхней коре профиля явно выделяются значительные участки пониженных значений отношений Ур/Уз в 1.60-1.70 и повышенных отношений Ур/Уз в 1.75-1.8. Аналогично отношению скоростей Р- и £-волн (но менее контрастно) установлено распределение значений коэффициента Пуассона (о).
ШУ 1100 900 700
ё шо
I »
га
40
20 о
•»А.
.Ли..
100
зов
«я
50«
то
а)
Л'
1Е+16 1Е+14 №11
1Е+1В ¡|Г
1Е48
1Е*Ь
ШО
НОВ X, км
100 1
Аадосл» (жгадчалон оОиот
Сн ¡ыяяяш-Смтишн «глгфявлш ыОгжшть н Синно Зя
Сибирская платформе
ЕЛЖ пл ЕНРПН и™. —г --------от тя,
ээ з э ээ э 5 53 3 33 5 5 5 3 3 5 3 Ь За 3 : з
3 * 5 V а Я
3,8 . N
& § 1
¡¡ "•47 М ъА
} 6,7
ей
Ю
ю
Н, КМ о
X км «ов
ад
7,* Т.Л
ад
г
м
Сибирсмю тштформ*
-О 5 г, г, ;=, г, г, ц ^ V, а, =,3 Э 3 5 Э 5 5 5 И
™ 5? 3,5й1
Н, км9
X, км
Рис. 2. К анализу сейсмичности и глубинного строения на профиле 1-СБ, Восточный участок: а) график количества землетрясений с энергетическим классом от 6.6 до 15.1 в 50-ти километровой полосе профиля 1-СБ за инструментальный (40-летний) период наблюдений (голубым цветом) и график выделенной сейсмической энергии (Ь§£Б) (красным цветом); б), в) - глубинные сейсмические разрезы по данным продольных и поперечных волн. 1- изолинии скорости, в км/с; 2 - источники возбуждения (1-Забайкальский фрагмент, 2-Байкало-Патомский фрагмент на рис. 1 А); 3 - значения граничной скорости по границе Мохоровичича, в км/с
К анализу сейсмичности в створе профиля 1-СБ
С использованием полученной в пределах профиля сейсмической информации по данным разнополяризованных Р- и £-волн проведен анализ аномалий в распределении упругих параметров и сейсмичности (по данным многолетних наблюдений, рис. 1Б) вдоль профиля. Достаточно информативным по изучению зон неоднородностей в верхней части разреза, наряду с упругими модулями и коэффициентом Пуассона [3, 10], является также параметр К* = Ур/(у — 1), где у = Ур/У3, связанный со скоростями Р- и £-волн. В сейсмологии этот параметр называется фиктивной скоростью. Детальный анализ площадного распределения параметра К* в Алтае-Саянском регионе и в ряде участков Забайкалья показал на высокую его информативность при исследовании неоднородностей в земной коре, к границам неоднородных блоков которых концентрируются крупнейшие землетрясения [9]. Распределение параметра К* по профилю 1-СБ (рис. 3) для верхней части земной коры показывает, что чрезвычайно неоднородной является земная кора области сочленения Восточно-Забайкальской складчатой области и Монголо-Охотского пояса, Саяно-Байкальской складчатой области, северо-западной части Баргузинского массива Байкальской складчатой области и юго-восточной части Бодайбинско-Патомской складчатой области, где в глубинном распределении параметра К* (на глубинах 5-20 км) отмечается чередование зон пониженных (до 7.4-8 км/с) и повышенных (до 9.8 км/с и более) значений. Достаточно контрастными выглядят эти зоны и в отношении скоростей Vp/Vs и значениях коэффициента Пуассона. Наиболее сейсмичной является зона Х=670-820 км, в структурно-тектоническом плане являющаяся Байкальской рифтовой зоной с повышенной сейсмичностью, что подтверждается материалами сейсмологических наблюдений (см. рис. 1, б) [1, 11]. В непосредственной близости от профиля (~70 км) на этом участке в 1957 году произошло крупнейшее Муйское землетрясение с магнитудой 7.6 [1].
Выраженной локальной сейсмичностью, хотя и менее сильной, чем в рифтовых впадинах, отмечаются также участки в Саяно-Байкальской и Бо-дайбинско-Патомской складчатых областях; слабо сейсмична зона Борщо-вочного и Газимурского хребтов (см. рис. 1, б). Однако высокая контрастность рассматриваемой зоны (Х=210-230 км) в параметрах Ур/У3, о и К*, а также регистрация в районе Борщовочного хребта Балейского землетрясения (с М = 4.7) указывают на вероятность возникновения сильных землетрясений и в других малосейсмичных зонах, где по сейсмическим данным отмечены значительные неоднородности в верхней части земной коры. К таким "потенциально сейсмичным" зонам, кроме выделенных выше областей с повышенной сейсмичностью, можно отнести участки Х=260-290 км (в пределах Борщовочного хребта), Х = 320-380 км (в пределах Шилкинского хребта), Х=610-650 (Витимское плоскогорье), Х=1000-1040 км (северо-восток Бодай-бино-Патомской складчатой области).
100 2Н 300 400 «00 О»
Байкальская скт&ятая область
Сибировя платформа Ангеро-Ленсяаи
БсДОМЗННО-Пбтомсжв окпвдчэтвя оини
3 3 й\Ь Э
в N } * na
И Э I 5 3 э
5 5 ^^
700
800
900
1000
11» X, КМ 1200
Рис. 3. Распределение параметра К* = Ур/(у — 1) (где у — Ур/У3)
в земной коре и верхней мантии на профиле 1-СБ (Восточный участок):
1 - изолинии параметра К*, в км/с; 2 - источники возбуждения (1-Забайкальский фрагмент, 2-Байкало-Патомский фрагмент).
Детальные сейсмические исследования 70-80-ых годов прошлого столетия в Муйском регионе установили, что и спустя два десятилетия после Муйского землетрясения земная кора находится в напряженном состоянии; выявлено ее неоднородное строение по параметрам: мгновенная прочность на сдвиг, упругая энергоемкость, коэффициент Пуассона, отношение скоростей Р- и волн [3, 5]. Значительный контраст отмечается также и по рассчитанному параметру К* на профиле ГСЗ 1983 г (рис. 1, б), что еще раз подтверждает его информативность как вторичного параметра при анализе сейсмогенных зон.
По результатам глубинных сейсмических исследований на опорном геофизическом профиле 1-СБ определены особенности глубинного строения земной коры и верхней мантии территории Забайкалья. По данным разнополяризован-ных Р- и £-волн рассчитан ряд вторичных параметров, характеризующих неоднородную упругую среду. По результатам анализа сейсмичности и глубинного строения установлена приуроченность зон повышенной сейсмичности к блокам земной коры с неоднородным скоростным строением. Повышенной неоднород-
Выводы
ностью в верхней части земной коры по данным скоростей упругих Р- и S-волн, отношению Vp/Vs, коэффициенту Пуассона и параметру K* = Vp/(y—l), где у = Vp/Vs в створе профиля, характеризуется район Байкальской рифтовой зоны, в том числе и находящийся в непосредственной близости район крупнейшего Муйского землетрясения 1957 года с М=7.6. Выделен в створе профиля также ряд других неоднородных глубинных зон по данным скоростей Р- и £-волн и вторичных параметров среды, в разной степени коррелирующих с выделенными зонами сейсмичности по данным многолетних инструментальных наблюдений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Сейсмичность / Отв. ред. С. Л. Соловьев. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1985. - 192 с.
2. Недра Байкала (по сейсмическим данным) / Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Ми-шенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г. В., Селезнев В. С. // Изд. Наука, 1981. - 105 с.
3. Детальные сейсмические исследования литосферы на Р- и S- волнах / Крылов С.В., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Сергеев В.Н., Шелудько И.Ф., Тен Е.Н., Кульчинский Ю.В., Мандельбаум М.М., Селезнев В.С., Соловьев В.М., Суворов В.Д. // Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма, 1993. - 199с.
4. Детальные глубинные сейсмические исследования в Верхнеангарском районе Байкальской рифтовой зоны / Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Селезнев В.С., Соловьев В.М., Елинов В.Д. // Геология и геофизика. - 990. - Т. 31., № 7. - С. 17-27.
5. Изучение земной коры и верхней мантии в Байкальской рифтовой зоне методом глубинного сейсмического зондирования / Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В, Шелудько И.Ф., Мандельбаум М.М., Селезнев В.С., Соловьев В.М. // Физика Земли. - 1999. -№7-8. - С.74-93.
6. Особенности сейсмического строения структур Забайкальской части Центрально-Азиатского складчатого пояса в створе опорного геофизического профиля 1-СБ / Соловьев В. М., Селезнев В. С., Сальников А. С., Лисейкин А. В., Романенко И. Е., Елагин С. А., Шенмайер А. Е. // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 2. - С. 234-238.
7. Глубинные сейсмические исследования на Байкало-Патомском фрагменте Восточного участка опорного профиля 1-СБ / Соловьев В. М, Селезнев В. С., Сальников А. С., Лисейкин А. В., Романенко И. Е., Елагин С. А., Галёва Н. А. // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 3. - С. 106-112.
8. Особенности скоростного строения верхней мантии Забайкалья на участке Монголо-Охотского орогенного пояса / Соловьев В.М., Чечельницкий В.В., Сальников А.С., Селезнев
B.С., Лисейкин А.В., Галёва Н.А. // Геодинамика и тектонофизика. - 2017. - Т. 8, N 4. -
C. 1065-1082 doi:10.5800/GT-2017-8-4-0333.
9. Глубинное строение литосферы Алтае-Саянского региона по данным промышленных взрывов, землетрясений и мощных вибрационных источников / Соловьев В.М., Селезнев В.С., Еманов А.Ф., Лисейкин А.В., Сальников А.С. // «Модели строения земной коры и верхней мантии», Международный научно-практический семинар. ВСЕГЕИ. - Санкт-Петербург, 2007. - С. 201-206.
10. Деформационно-прочностное районирование земной коры Алтае-Саянской складчатой области / Соловьев В. М., Селезнев В. С., Дучков А. Д., Лисейкин А. В. // Проблемы сейсмологии Ш-го тысячелетия. Международная конференция. - Новосибирск, 2003. -С. 332-337.
11. Солоненко В.П. Сейсмотектоника и современное структурное развитие Байкальской рифтовой зоны. - В кн.: Байкальский рифт. - М.: Наука, 1968, с. 57-71.
12. Фрагмент цифровой тектонической (геолого-структурной) карты России м-ба 1:2500000 (Гл. ред. О.В. Петров, А.Ф. Морозов. Отв. ред. С.И. Стрельников). ФГУП «ВСЕГЕИ», 2003 г.
© В. М. Соловьев, А. С. Сальников, В. С. Селезнев, В. В. Чечельницкий,
Н. А. Гилева, А. В. Лисейкин, Н. А. Галёва, 2019
