CC BY
37
УДК 551.24+528.02
Д.А. Симонов1, В.С. Захаров2
БЛОКОВОЕ СТРОЕНИЕ ЮЖНОЙ КАЛИФОРНИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА ДАННЫХ GPS
На основании применения оригинальной авторской методики анализа данных GPS построена согласованная модель блокового строения Южной Калифорнии, отвечающая общему структурному плану и геодинамике выбранной территории. Построенная блоковая модель отличается от разработанных ранее и, на наш взгляд, лучше отражает особенности современной кинематики блоков. Показано, что откартированные разрывные нарушения не всегда отражают границы кинематически однородных на современном этапе участков земной коры.
Ключевые слова: геодинамика, кинематика, GPS, спутниковая геодезия, блоки земной коры, относительные движения, Южная Калифорния.
Using original author's methods of GPS data analysis the block model of Southern California was developed. This model is conform to the general structural plan and geodynamics of the examine area. Our block model differs from previously developed, and, in our opinion, better reflects the modern block kinematics. It is shown that faults do not always reflect the boundaries of the kinematically homogeneous, at the present stage, parts of the earth's crust.
Key words: geodynamics, kinematics, GPS, satellite geodesy, crustal blocks, relative motion, Southern California.
Введение. Обычно под блоками земной коры понимают ее относительно жесткие участки, ограниченные зонами деформации, причем в зависимости от размера блоков это могут быть как сложные зоны деформации, так и небольшие разрывные нарушения. Определение кинематики блоков разного порядка — одна из важнейших задач геодинамики. С развитием средств спутниковой геодезии и глобального позиционирования — GPS и ГЛОНАСС, с увеличением числа станций постоянного наблюдения, фиксирующих с высокой точностью координаты точек земной поверхности, а также их изменение во времени, появляется возможность оценить современную кинематику не только крупных блоков литосферы, таких, как тектонические плиты, но и дискретные движения относительно мелких блоков земной коры. Однако отметим, что такие исследования возможны только для территорий с высокой плотностью сетей станций спутникового позиционирования.
К настоящему времени разными исследователями выполнен ряд работ в этом направлении. Можно выделить две основные группы методов для выявления дискретных блоков земной коры и определения их современной кинематики. К первой группе методов [Nyst, Thatcher, 2004; McCaffy, 2005; Meade, Hager, 2005] можно отнести те, с помощью которых сначала по геологическим, тектоническим, геоморфологическим и другим данным проводится выделение относительно
жестких (в ряде случаев жесткоупругих) блоков и их границ, а затем уже анализируются данные с пунктов GPS, попавших в тот или иной блок, и вычисляются кинематические характеристики движения (полюсы вращения, угловая скорость, относительное движение).
Ко второй группе методов [Симонов и др., 2006; Захаров, Симонов, 2010; Зубович и др., 2006, 2007; Bogomolov et al., 2007] можно отнести те методы, когда при выделении блоков анализируется главным образом кинематика или соотношение взаимных перемещений пунктов сетей GPS для создания дискретных кинематических моделей отдельных регионов. При этом в первую очередь в качестве жестких однородных блоков земной коры принимают кинематически однородные блоки, подтверждение границ которых необходимо проводить по геологическим и геоморфологическим данным.
Таким образом, устоявшиеся подходы к решению этой задачи пока не сформировались, а результаты работ, проведенных с применением обоих подходов, оставляют некоторую неопределенность, выраженную как во введении погрешностей определения значений современной скорости перемещения блоков при отнесении пункта тому или иному блоку, так и в неопределенности геологических границ блоков. Дополнительную сложность при выработке методики выделения блоков и при определении их современной кинематики вносит то, что в изучаемых регионах должна су-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, ст. науч. с., канд. геол.-минерал. н.; e-mail: simon@geol.msu.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, доцент, доктор геол.-минерал. н.; e-mail: vszakharov@yandex.ru
ществовать хорошая сеть станций глобального позиционирования, а также регионы должны быть детально геологически изучены. Только отработав методику на таких эталонных регионах, можно будет переносить ее на регионы с худшими сетями наблюдений и меньшей геологической изученностью.
Несомненно, к эталонным регионам можно отнести Южную Калифорнию. Этот чрезвычайно активный регион отличается очень хорошей и детальной геологической изученностью. Сеть станций глобального позиционирования (GPS) здесь относится к самым плотным в мире. Сейсмологическая служба Южной Калифорнии предоставляет очень точные и полные каталоги землетрясений, в том числе с решениями механизмов очагов, что позволяет сопоставлять движения, выявляемые на основе данных глобального позиционирования, с реализованным полем напряжений в сопоставимые периоды времени. Кроме того, есть большой объем детальных цифровых материалов о геологическом строении региона, включающих геологическую карту, карту четвертичных разломов, разные геофизические поля, цифровые модели местности с высоким разрешением и другие материалы, что позволяет проводить геоморфологический и мор-фометрический анализ территории.
Тектоническое положение Южной Калифорнии. Южная Калифорния — часть протяженной границы между Тихоокеанской и Североамериканской плитами. Доминирующая структура этой границы представлена разломной системой Сан-Андреас, представляющей собой простирающуюся в северозападном направлении сеть разломов преимущественно правосдвиговой кинематики, вдоль которой в целом и осуществляется относительное движение Тихоокеанской и Североамериканской плит. Разлом Сан-Андреас, соединяющий северный конец Восточно-Тихоокеанского поднятия на юге и хребты Хуан-де-Фука и Горда на севере, является особым элементом Тихоокеанской и Североамериканской границы плит и представляет собой, по мнению ряда исследователей, правосторонний трансформный разлом типа хребет—хребет [Теве-лев, 2005].
Зарождение системы относится к середине— концу олигоцена, суммарные правосдвиговые смещения за последние 30 млн лет оцениваются в несколько сотен километров. Так, В.Е. Хаин [2001] дает оценку сдвига в 315 км. Однако отметим, что в действительности зона контакта Тихоокеанской и Североамериканской тектонических плит представляет собой пояс шириной около 100 км и протяженностью ~1300 км, четкие границы которого не определены. Более того, в поле скоростей, по данным GPS (рис. 1), видно, что сдвиговые смещения, характерные для границы между Североамериканской и Тихоокеанской плитами, затухая, фиксируются значительно восточнее. Пояс пред-
ставлен серией движущихся параллельно блоков, конфигурация которых различается у разных авторов. Границы блоков чаще всего выделяются по сопряженным разрывным нарушениям, выявленным геологическими и сейсмологическими методами [McCaffe, 2005; Meade, Hager, 2005].
Скорость современных абсолютных смещений в целом составляет 30—80 мм/год и более. Однако смещения по различным сдвигам и в разных местах происходят с неодинаковой скоростью, причем она в разные периоды времени также меняется. Кроме того, может изменяться и направление перемещения, но суммарно это правый сдвиг. На одних участках смещение происходит непрерывно, на других — скачкообразно [Хаин, 2001]. Последнее делает задачу определения границ блоков и их кинематики более актуальной в свете возможности прогнозирования сильных землетрясений.
Основные разрывные нарушения, определяющие современный структурный план, в ЮжноКалифорнийском сегменте системы Сан-Андреас представлены в первую очередь сегментом Мохаве разлома Сан-Андреас, а также крупными ответвляющимися или субпараллельными разломами, такими, как Сан-Габриэль, Сан-Джасинто и Эль-синор. В пустыне Мохаве необходимо отметить крупные правые сдвиги Хелендейл и Локхарт. Из крупных разломов, пересекающих Сан-Андреас, отметим имеющий по геологическим данным левосдвиговую кинематику разлом Гарлок, разлом Биг Пайн, субпараллельный разлому Гарлок левый сдвиг Пинто Маунтин, пересекающий Сан-Андреас южнее хребтов Мохаве. Также отмечаются надвиги и взбросы разного масштаба, например правый взбросо-сдвиг Санта-Моника, надвиговая зона Сьерра-Мадре, система разлома Сан-Каетано. Сбросы распространены меньше, но отметим, например, достаточно крупный левый сбросо-сдвиг Санта-Инез (рис. 1).
Исходные данные. Данные о горизонтальных смещениях земной коры в Южной Калифорнии (рис. 1) получены нами из базы данных CMM3 (Crustal Motion Model v. 3, www.scec.org/resources/ data) — проекта, поддерживаемого Сеймологи-ческим центром Южной Калифорнии (SCEC). Версия 3 появилась в 2003 г., она включает не только данные, получаемые с новых собственных станций SCEC (survey-mode data) и постоянно действующих станций GPS сети Южной Калифорнии (SCIGN), но и данные USGS Crustal Strain project (1970—1992), а также данные NASA Crustal Dynamics Program (1980—1994). Данные собственно GPS-наблюдений охватывают промежуток времени с 1986 по 2001 г. Для района исследований было отобрано 366 пунктов. Для выделения блоков использовали цифровую карту четвертичных и современных разломов Калифорнии [Digital..., 2005], а также цифровую модель рельефа SRTM и космоснимки Landsat ETM+.
120°W 119°W 118aW 117°W
-1-1-1-1-
i20°w iis°w iie°w ii7°w
Рис. 1. Исходное поле скоростей GPS, построенных по базе СММ3, — серые стрелки, разрывные нарушения — тонкие черные
линии, по [Digital..., 2005]
Модели блокового строения Южной Калифорнии. Существует ряд моделей блокового строения Южной Калифорнии. Рассмотрим здесь две из относительно недавно опубликованных, поскольку эти модели построены с использованием тех же материалов, которые были использованы нами, но с применением иных подходов к выделению блоков.
В одной из этих моделей [МеСаГГу, 2005] в качестве блоков земной коры были приняты замкнутые полигоны на земной поверхности, каждая точка внутри которых вращается с одинаковой угловой скоростью. Несмотря на то что разрывные нарушения рассматривались в качестве основных границ блоков, полностью использовать сетку разломов для построения блоковой модели указанному автору так и не удалось (рис. 2). Часть границ блоков проведена им главным образом на основании разницы значений скорости ОР8 в соседних точках. К таким блокам были отнесены восточный и западный блоки области Хребтов и Бассейнов (EBNR и WEBR на рис. 2 соответственно) и два блока по системе разломов Калико и Блэквотер в
пустыне Мохаве (с оговорками). Движения блоков вычислялись для построенной по геологическим данным блоковой модели относительно Североамериканской плиты.
Другая модель блокового строения Южной Калифорнии [Meade, Hager, 2005] разрабатывалась ее авторами с целью количественной оценки сдвиговой компоненты по главным разрывным нарушениям, поэтому границы блоков значительно огрублялись. Основой для выделения границ блоков, даже в большей степени, чем в предыдущей модели, служила сеть основных разломов (рис. 3). Более того, для ряда мест, в том числе и для окрестностей Лос-Анджелеса, авторы указанной работы, чтобы выделить упрощенную границу блока, объединяли в единую разломную зону более сложную сеть разломов, являющуюся границей блока. Возможно, такой подход и оправдан при составлении упрощенной кинематической модели, но, по нашему мнению, ведет к потере информации относительно реальной блоковой кинематики, которая может представлять значительный интерес.
Таким образом, как видно из рассмотрения приведенных выше моделей, не всегда удается однозначно связать границы блоков с разрывными нарушениями. Кинематическая же однородность выделенных таким образом блоков вызывает еще больше вопросов. Это делает задачу выделения кинематически однородных подвижных блоков земной коры с последующим подтверждением их границ по геологическим данным более актуальной.
Методика исследований. Более подробно методики, разработанные нами для определения дискретных движений относительно небольших блоков земной коры, изложены в опубликованных ранее работах [Симонов и др., 2006; Захаров, Симонов, 2010]. Однако, поскольку в указанных исследованиях реализован алгоритм, включающий определенные части разработанных нами методов, представляется необходимым подробнее остановиться на этом алгоритме.
Движения блоков, особенно небольших, достаточно сложны, и их можно представить как вращение вокруг различных полюсов, как вращение вокруг внутренней оси или как комбинацию обоих типов движения. Данные о скорости движения точек земной поверхности, основанные на данных спутниковой геодезии, в большинстве источников приведены в так называемой локальной декартовой системе координат, имеющей 3 компоненты — северную (и), восточную (е) и вертикальную (й). Эту систему можно записать в виде У=(У„, Уе, Уй). Однако не во всех источниках приводится вертикальная компонента скорости. В случае определения горизонтальной скорости вертикальной компонентой можно пренебречь или
Рис. 2. Модель блокового строения Южной Калифорнии, по [McCaffrey, 2005]. Блоки: NOAM - Североамериканская плита, PACI — Тихоокеанская плита, EBNR — восточный блок Хребтов и Бассейнов, MOJA — Северная Мохаве, EMOJ — Восточная Мохаве, SMOJ — Южная Мохаве, SWMO — Юго-Западная Мохаве, ANZA — Анза, VENT — блок Поперечных хребтов, SGAB — Сан-Габриэль, SALT — Салтон, WBAJ — Западная Баха, EBAJ — Восточная Баха, SANA — Санта-Ана, САТА — Каталина, SALI — Салиниан, GVTB — блок надвигово-го пояса Великой долины, SNEV — Сьерра-Невада, INYO — Иньйо, PANA — Панаминт
принять ее равной нулю (Vd=0). Для дальнейшего корректного анализа необходимо пересчитать скорость для глобальной системы координат V=(Vx, Vy, V), связанной с центром Земли, и обратно для локальной [Кокс, Харт, 1989], так как прямые векторные операции со значениями скорости пунктов в локальной системе координат могут привести к существенным ошибкам при анализе дифференциальных движений.
В качестве жестких блоков земной коры мы принимали жесткие кинематические блоки, или наборы («кластеры») пунктов на земной поверхности, принадлежащих к единому эйлерову полюсу P и имеющих одинаковую угловую скорость ю (в пределах заданных допустимых погрешностей). При этом основной критерий единства блока — именно согласованность движения. Данные о разломной тектонике региона при этом считаются второстепенными и могут быть использованы для геологического подтверждения границ блоков, так как разрывные нарушения в конкретный момент времени могут быть консолидированными и неактивными, вследствие чего не будут представлять собой границу согласованно двигающегося блока. Погрешности параметров вращения при выделении кластеров задаются с целью исключения ошибок измерений и минимизации ошибок, связанных с внутренним вращением, а также с упругой или пластической деформацией блоков, так как предлагаемая методика не может учитывать эти параметры. Очевидно, что наиболее корректные результаты будут получены при работе с вытянутыми блоками. Заданные допустимые погрешности принимались нами достаточно большими (для
121°W 120°W m".w. 1J8;W 1,1Х?0Л,
121°W 120°W H9°W 118°W 117°W 116°W
Рис. 3. Модель блокового строения Южной Калифорнии, по [Meade, Hager, 2005]. Разрывные нарушения — тонкие черные линии, по [Jennings, 1994]; границы блоков — толстые белые линии. Блоки: BA — Баха, BB — Блэквотер, ВР — Биг Пайн, CI — Прибрежных островов, CR — Прибрежных хребтов, DV — Долина смерти, EL — Эльсинор, EM — Восточная Мохаве, HB — Хелендейл, КС — Керн Кантри, LA — Лос-Анджелес, MJ — Мохаве, NA — Северная Америка, OB — Окридж, OV — Оуэнс-Вэлли, NV — Невада, PA — Тихоокеанский, PV — Палос Вердес, СО — Сан-Бернардино, SD — Сан-Диего, SG — Сан-
Габриэль, SL — Салтон, SN — Сьерра-Невада, VB — бассейна Вентура
направления вектора скорости ±10°, для угловой скорости ±10%). Такой выбор параметров позволяет пренебречь незначительными внутренними вращениями, что существенно упрощает анализ, хотя и существует вероятность потери мелких изометричных блоков. Была проведена проверка методики кластеризации на чувствительность к выбору начальной точки. Выявлено, что конечный результат кластеризации не зависит от этого выбора и достаточно устойчив.
Алгоритм «кластеризации», или выделения жестких кинематических блоков, примененный нами, основан на переборе имеющихся данных о скорости движения и заключался в следующем.
Из начального набора данных по N пунктам наблюдений выбираются две произвольные точки Т1 и Т2, имеющие скорость У1 и У2 соответственно, а их эйлеров полюс еще не определен. По направлениям скорости У1 и У2 вычисляется положение эйлерова полюса Р(фр, Хр) для точек Т1, Т2; для каждой точки Т1, Т2 по величинам линейной скорости и вычисленному положению эйлерова
полюса Р формально вычисляются величины мгновенной угловой скорости ю1, ю2, как это описано в [Захаров, Симонов, 2010].
Если значения ю1 и ю2 близки, т.е. |ю1—ю2|<Дю, где Дю — заранее заданная точность (максимально допустимая погрешность) определения угловой скорости ю, то эйлеров полюс Р считается правильным и запоминается, а точки Т1, Т2 приписываются к этому эйлерову полюсу Р1.
Если разница |ю1—ю2|>Дю, то из набора данных выбирается другая точка, Т3, эйлеров полюс которой еще не определен, точку Т2 заменяем на Т3, затем предыдущие операции повторяются, пока не будут найдены хотя бы две точки, относящиеся к одному полюсу вращения Р1.
Из набора данных выбирается произвольная точка Тг, эйлеров полюс которой еще не определен, и по полученному значению ю вычисляется модельная скорость У'=[ю-гг], где г=(гх,гу,г7) — радиус-вектор точки Тг (в глобальной системе координат), и азимут движения Л- в этой точке. Вычисляются также значения угловой скорости ю ¡,
которые получились бы при вращении этой точки вокруг ранее определенного полюса Р1. Эти вычисленные (модельные) значения азимута и угловой скорости сопоставляются с фактическими. Если разница вычисленного (А/ ) и фактического (А) азимутов меньше заранее заданной погрешности азимута ДА (А/ _Аг| < ДА) и при этом юг- и ю1 близки в пределах Дю (I®!—юг| < Дю), то точка Тг- относится к тому же полюсу Р (принадлежит к этому блоку), если нет, проверяются остальные точки из всего набора данных.
Если в результате перебора всех точек остаются такие, для которых полюс вращения все еще не определен, то алгоритм повторяется сначала, чтобы найти эйлеровы полюсы Р2, Р3, Р4 и т.д. для других блоков.
Чтобы точки относились к полюсу, который обеспечивает наименьшие ошибки, еще раз проверяются все точки. Рассчитываются ошибки определения азимута и угловой скорости для вращения вокруг каждого из найденных полюсов Р1, Р2, Р3 и т.д. Окончательно точка относится к тому полюсу, для которого указанные ошибки минимальны и меньше заданных ДА и Дю. На этом этапе внутри выделяемых кластеров могут появляться наборы точек, которые формально относятся к одному полюсу, но фактически расположены в окружении точек, имеющих другой полюс. Это объясняется тем, что формально эти точки отвечают поставленным условиям, т.е. ошибки минимальны и меньше ДА и Дю, но фактически, хотя и с незначительными ошибками (также меньше ДА и Дю), могут быть отнесены к другим кластерам, более подходящим с точки зрения геологического строения. Такая особенность требует внимания исследователя-эксперта и ручного исправления ошибок этого рода.
На основании вычисленных параметров движения определяются относительные движения отдельных блоков. Нами использован один из четырех методов определения относительных движений, описанных в работах [Симонов и др., 2006; Захаров, Симонов, 2010]. Метод имеет следующий алгоритм: выбирается некий блок 1 (точка Т, принадлежащая к данному блоку) с эйлеровым полюсом Р1(ф1, Х1) и вектором угловой скорости ю1, относительно которого вычисляются движения других блоков, и точка t„ относящаяся к блоку с эйлеровым полюсом Р2(ф2, Я,2) и вектором угловой скорости ю2, относительное движение которого вычисляется. Затем вычисляется угловая скорость ю'=ю2—ю1 блока относительно блока 1. Далее вычисляется относительная линейная скорость точки t 1 в глобальной системе координат Р=[ю'-г], где г — радиус-вектор точки t , а затем вычисленная скорость относительного движения в глобальной системе координат приводится к локальной системе координат. В этом методе считается, что точки в самом блоке неподвижны одна относительно
другой в пределах заданной ошибки. Хотя метод и не учитывает собственного вращения блоков, результаты — с учетом принятых допущений — получаются наиболее корректными.
Блоковое строение Южной Калифорнии по результатам анализа. В результате анализа по описанным методикам исходных данных GPS из каталога CMM3 в пределах выбранной области нами выделено 17 блоков разной величины и формы (рис. 4). В основном это блоки вытянутой формы, простирающиеся в северо-западном направлении субпараллельно разломной системе Сан-Андреас. На северо-восток от разлома Сан-Андреас в пустыне Мохаве выделяется ряд блоков более изометричной формы. Там, где это было возможно, границы блоков проведены с учетом сетки четвертичных и современных разрывных нарушений [Digital..., 2005], однако, как будет показано ниже, далеко не везде разрывные нарушения могут быть представлены как границы кинематически однородных блоков земной коры, полученных по приведенной выше методике. Там, где границы блоков было невозможно провести по откартированным разрывным нарушениям, границы проводились с учетом морфологии рельефа и результатов дешифрирования космоснимков Landsat ETM+, однако такой анализ нужно считать лишь предварительным, а более точное определение подобных границ требует более детальных и кропотливых исследований с применением комплексного анализа геологического строения, морфологии и сейсмичности региона. В связи с этим границы определены в виде широких зон. Значения скорости и направления движения блоков в представленной модели рассчитаны относительно разлома Сан-Андреас в его сегменте Мохаве, приблизительно в районе Палмдейла.
Тихоокеанский блок (PACI) является краем Тихоокеанской плиты. Его северо-восточная граница условно проведена нами в морской части, вдоль разломных зон Сан-Диего — Санта-Круз — Санта-Каталина. Относительное движение, по данным GPS, составляет ~10 мм/год и отмечено между о-вами Сан-Клементе и Санта-Каталина, а так как других данных нет, то южную часть границы можно проводить и по разломной системе Сан-Клементе. Севернее о. Санта-Круз граница блока выходит на сушу в районе Санта-Барбары и далее либо по разломной системе Санта-Инез—Ривер, либо по разломам Бэйзлайн — Лионз Хэд снова выходит в океан. Скорость движения блока относительно разлома Сан-Андреас в сегменте Мохаве составляет ~25 мм/год.
Прибрежный блок (COS) — наиболее крупный и со всех сторон хорошо ограниченный блок, который выделяется по данным СММ3. Этот блок значительно больше области, рассмотренной в этой работе, простирается как на север, так и на юг от нее. Его длина не менее 850 км, а ширина
1ZO°W 119'W 118°W 117°W
120° W 119°W 118°W 117°W
Рис. 4. Кинематическая модель блокового строения Южной Калифорнии по данным СММ3. Границы блоков — толстые белые линии, черные стрелки — векторы скорости разлома Сан-Андреас относительно сегмента Мохаве, тонкие черные линии — четвертичные и современные разломы, по [Digital... 2005]. Блоки: PACI — Тихоокеанский, COS — Прибрежный, VEN? — Вен-тура, OZEL — Озена—Ельсинор, SGSJ — Сан-Габриэль—Сан-Джасинто, SAM — Сан-Андреас—Мохаве, RC — Риалто-Колтон, SABB — Сан-Андреас, сегмент Большого изгиба, MC — Милл Крик, MW — Западная Мохаве, SG — Южный Гарлок, МО — Мохаве, NFT — Северных надвигов, LO — Локхарт, HE — Халендейл, ME — Восточная Мохаве. Значения скорости рассчитаны
относительно пункта, показанного на схеме белым квадратом
на юге, за пределами рассматриваемой области, достигает 150 км. В пределах изучаемой области ширина блока варьирует от 90 (в самой широкой части) до 25 км. В пределах выделенного региона границу блока можно связать с разрывными нарушениями лишь фрагментарно, так, наиболее четкий и хорошо выраженный участок границы проходит по разломной системе Сан-Каетано. Этот участок границы транспрессионный, что согласуется с кинематикой разлома Сан-Каетано и четко фиксируется по резкой смене направления и величины векторов относительного перемещения пунктов GPS в соседних блоках. Взаимодействия Прибрежного блока с расположенным севернее блоком Озена—Ельсинор (OZEL) настолько сильное, что направление движения значительного участка в этом районе изменяется примерно на 3° на восток, и эта область выделяется как отдельный кинематический блок Вентура (VEN?)
(на рис. 4 ограничен белой штриховой линией). Однако каких-нибудь морфологических признаков границ этого блока на данном этапе исследований выделить не удалось, поэтому мы интерпретируем его как псевдоблок, в котором, возможно, проявляется упругое взаимодействие Прибрежного блока с блоком Озена—Ельсинор. Севернее Прибрежный блок отходит от побережья и постепенно выклинивается, практически вплотную подходя к разлому Сан-Андреас. Скорость движения этого блока относительно выбранного сегмента разлома Сан-Андреас ~15 мм/год.
Блок Озена—Ельсинор (OZEL) узкий (ширина не более 25—30 км) и протяженный (до 550 км в длину), расположен на северо-востоке от Прибрежного блока. Блок Озена—Ельсинор в результате транспрессионного взаимодействия с Прибрежным блоком пережат в районе разлома Сан-Каетано и практически разбит на два отдель-
ных блока (Озена и Ельсинор). Однако оба блока составляют единый кинематический кластер, совершающий однородное и согласованное движение вокруг единого полюса, вследствие чего мы интерпретировали его именно как единую пластину. Севернее разлома Каетано северо-восточную границу блока невозможно ассоциировать ни с какими известными разрывами, однако южнее границу этого блока можно достаточно уверенно проводить по разломным системам Сьерра-Мадре и Ельсинор. При этом характер взаимодействия по взбросам Сьерра-Мадре в настоящее время носит преимущественно сдвиговый характер, а по разломной системе Ельсинор — даже транс -тенсионный (рис. 4). Скорость блока относительно сегмента Мохаве составляет ~10 мм/год.
Блок Сан-Габриель—Сан-Джасинто (SGSJ) протяженный (до 300 км), плавно выклинивающийся в районе Большого изгиба разлома Сан-Андреас на севере, имеет достаточно резкое, почти субширотное замыкание на юге, в районе ответвления от разломной системы Сан-Джасинто разлома Бак Ридж. Самое узкое место блока — в районе его пересечения с разломной системой Сьерра-Мадре, однако в этом же месте сосредоточены четыре станции GPS-измерений, расположенные на разных крыльях разлома. Данные с этих станций демонстрируют однородное движение, что исключает границу блоков по этой разломной системе. На севере, в районе разлома Сан-Габриель, границы блока не удается ассоциировать с разрывными нарушениями, однако на юге, южнее Сьерра-Мадре, границами блока можно считать разломные системы Ельсинор и Сан-Джасинто, кроме границы с блоком Риалто-Колтон. Скорость движения блока относительно сегмента Мохаве составляет ~7 мм/год.
Блок Сан-Андреас Мохаве (SAM) простирается непосредственно вдоль разлома Сан-Андреас, причем как на юго-запад, так и на северо-восток от него, это указывает на то, что сегмент Мохаве разлома Сан-Андреас на значительном протяжении «зажат». Об этом же свидетельствует и практически полная асейсмичность тех участков сегмента, где станции GPS на разных крыльях разлома осуществляют согласованное движение, т.е. неподвижны одна относительно другой, а также общий характер поля скорости (рис. 3) и ряд других факторов, не рассматриваемых здесь.
Этот блок начинается несколько севернее пересечения разлома Сан-Андреас с разломом Биг Пайн и продолжается на юг, вплоть до разделения разлома Сан-Андреас на северную и южную ветви. Здесь рассматриваемый блок загибается к югу, и северной его границей становится южная ветвь разлома Сан-Андреас, а южной — система разломов Сан-Джасинто. Ширина блока колеблется на разных участках от 5 до 20 км. На большем протяжении границы блока не ассоциируются с раз-
рывными нарушениями, кроме описанных выше границ в южной его части, а также на небольшом участке в центральной части блока, в районе Палм-дейла, где на протяжении 25 км границей блока служит разлом Сан-Андреас, а также самого северного участка блока, где севернее разлома Гаклок границей блока может служить система взбросов Плейто. Блок неподвижен относительно сегмента Мохаве разлома Сан-Андреас, и именно относительно этого блока рассчитаны движения остальных блоков. Особенности проявления разлома Сан-Андреас внутри блока могут свидетельствовать о его чрезвычайной потенциальной сейсмической опасности в пределах этого сегмента.
Блок Риалто—Колтон (RC) — небольшой блок треугольной формы, зажатый между разломной системой Сьерра-Мадре и северной оконечностью разлома Сан-Джасинто. Его южную границу не удалось связать с разрывными нарушениями. Направление движения этого блока хорошо сочетается с правосдвиговой кинематикой Сан-Джасинто и взбросовой кинематикой Сьерра-Мадре, однако относительная скорость его движения крайне невелика (3—4 мм/год).
Блок Сан-Андреас, сегмент Большого изгиба (SABB) — узкий (ширина не более 10 км) блок, простирающийся вдоль Большого изгиба разлома Сан-Адреас, от его пересечения с разломом Биг Райн, на север на расстояние ~80 км. Его движение относительно блока Сан-Андреас—Мохаве происходит в северном направлении со скоростью ~8 мм/год, что может служить дополнительным подтверждением того, что сегмент Мохаве разлома Сан-Андреас действительно блокирован.
К северу от разлома Сан-Андреас блоки становятся более изометричными в плане, за исключением блока Западная Мохаве, а их относительное движение менее выражено, по крайней мере в пределах пустыни Мохаве до разломов Хелендейл и Локхарт.
Блок Милл Крик (MC) — изометричный блок с поперечником ~40 км, выделенный нами между северной ветвью разлома Сан-Андреас и системой Северных Фронтальных надвигов. Данных для выделения этого блока ничтожно мало. В его пределах расположена всего одна станция GPS, которая демонстрирует небольшое (~2 мм/год) движение на северо-восток относительно блока Сан-Андреас—Мохаве, что плохо согласуется с движением остальных блоков и, возможно, является ошибкой измерений; если это так, то этот блок можно объединить с блоком Сан-Андреас— Мохаве.
Блок Западная Мохаве (MW) — вытянутый блок, простирающийся параллельно разлому Сан-Андреас в пределах сегмента Мохаве. Его ширина, по нашим предварительным оценкам, варьирует от 5 до 40 км, однако определение границ блока достаточно проблематично, так как
блок перекрыт обширными конусами выноса с хр. Сан-Габриэль.
На большем протяжении границы блока невозможно ассоциировать с разрывными нарушениями, за исключением уже описанного участка границы с блоком Сан-Андреас—Мохаве в районе Палмдейла и южной границы, проведенной нами (в основном из-за недостатка данных) по разлому Клегхорн. Скорость движения этого блока относительно блока Сан-Андреас—Мохаве составляет ~5 мм/год в направлении на юго-восток.
Блок Южный Гарлок (SG) — небольшой блок, который продолжает блок Западная Мохаве на север, пересекая южную часть разлома Гарлок до системы разломов Плекито и разлома Спринг. Кинематически этот блок отличается от блока Западная Мохаве несколько увеличенной (до 8 мм/год) скоростью относительно блока Сан-Андреас—Мохаве. Возможно, этот блок можно считать частью блока Западная Мохаве, а повышенная скорость его движения объясняется взаимодействием с соседними блоками. В пользу этого предположения может свидетельствовать то, что расположенный севернее блок Техачапи (TH) относится к той же кинематической группе, что и блок Западная Мохаве.
Блоки Мохаве (МО) и Северных фронтальных надвигов (NFT) кинематически очень схожи. Кинематика блока Северных надвигов отличается от кинематики блока Мохаве тем, что векторы относительной скорости этого блока отклоняются приблизительно на 5°. Блок Северных надвигов кинематически представляет собой достаточно уверенную и кучную выборку из поля скорости, однако, как и в случае с псевдоблоком Вентура, четко определить его границу с блоком Мохаве затруднительно. Вполне возможно, что блок Северных надвигов, как и в случае с блоком Вентура, является псевдоблоком, а особенности его кинематики объясняются упругим взаимодействием блока Мохаве и блока Милл Крик, с которым блок Северных надвигов граничит по системе Северных фронтальных надвигов. Северовосточной границей обоих блоков служит система разломов Хелендейл. На севере блок Мохаве простирается за разлом Гарлок и выходит за пределы изучаемой территории. Возможно, границу этого блока можно проводить по системе разломов Уайт Волф, однако отметим, что его движение весьма близко к движениям пунктов, расположенных в
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Захаров В.С., Симонов Д.А. Анализ современных дискретных движений блоков земной коры геодина-мически активных областей по данным GPS // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2010. № 3. С. 25-31.
Зубович А.В., Макаров В.И., Кузиков С.И. и др. Вну-триконтинентальное горообразование в Центральной Азии по данным спутниковой геодезии // Геотектоника. 2007. № 1. С. 16-29.
пределах Центральной долины, многие из которых относятся к той же кинематической выборке, что и пункты, расположенные в пределах блока Мохаве. Скорость движения блоков Мохаве и Северных надвигов относительно блока Сан-Андреас-Мохаве составляет 10 мм/год.
Блоки Локхарт (LO), Хелендейл (HE) и Восточная Мохаве (ME) выделены по крайне небольшому объему данных. Четко выраженной границы между блоками Локхарт и Хелендейл выделить не удалось. Граница с блоком Восточная Мохаве проведена нами по системе разломов Локхарт. Кинематика всех трех блоков очень сходна, поэтому, возможно, их следует рассматривать как единый блок Восточная Мохаве. Важной границей здесь является система разломов Хелендейл, на северо-восток от которой скорость относительно блока Сан-Андреас—Мохаве заметно возрастает (до 15 мм/год).
Заключение. В результате применения разработанной авторами [Захаров, Симонов, 2010] методики выявления дискретных блоков земной коры и определения их кинематики удалось построить для Южной Калифорнии согласованную модель блокового строения, отвечающую общему структурному плану и геодинамике выбранной территории. Полученная блоковая модель отличается от разработанных ранее [McCaffe, 2005; Meade, Hager, 2005] и, на наш взгляд, лучше показывает особенности современной кинематики блоков. Показано, что откартированные разрывные нарушения далеко не всегда отражают границы кинематически однородных на современном этапе участков земной коры. Более того, попытки проводить границы блоков исключительно по разрывным нарушениям могут привести к потере чрезвычайно важной информации о современной кинематике и напряженном состоянии вдоль разломов, которая может быть использована для прогнозирования катастрофических событий, что показано на примере выделенного нами блока сегмента Мохаве разлома Сан-Андреас.
Однако отметим, что точное определение границ кинематически однородных блоков вызывает значительные трудности и требует кропотливого комплексного анализа дополнительной информации, такой, как информация о геологическом строении, морфологии рельефа, геофизических полях, особенностях проявления сейсмичности и др.
Зубович А.В., Мосиенко О.И., Кузиков С.И., Мел-лорс Р. Изучение современной тектоники Тянь-Шаня по данным космической геодезии // Области активного тектогенеза в современной и древней истории Земли: Мат-лы XXXIX тектонического совещания. Т. 1. М.: ГЕОС, 2006. С. 243-244.
Симонов ДА., Захаров В.С., Лю С. Методики анализа современных дискретных движений блоков геодинами-
чески активных областей по данным GPS (на примере Эгейско-Анатолийского региона) // Там же. Т. 2. М.: ГЕОС, 2006. С. 215-219.
Кокс А., Харт Р. Тектоника плит. М.: Мир, 1989. 427 с.
Тевелев А.В. Сдвиговая тектоника. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. 254 с.
Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов. М.: Научный мир, 2001. 606 с.
Bogomolov L, Bragin V., Fridman A. et al. Comparative analysis of GPS, seismic and electromagnetic data on the central Tien Shan Territory // Tectonophysics. 2007. Vol. 431. P. 143-151.
Digital database of Quaternary and Younger faults from the fault activity map of California, version 2.0. 2005 California Geological Survey / Compiler by W.A. Bryant. URL: http://www.consrv.ca.gov/CGS/information/pub-lications/QuaternaryFaults_ver2.htm (дата обращения: 10.05.2010).
Jennings C.W. Fault activity map of California and adjacent areas with location and ages of recent volcanic eruptions // Calif. Geol. Data Map Ser., Map 6, Calif. Dept. of Conserv., Div. of Mines and Geol. Sacramento, California, 1994.
McCaffrey R. Block kinematics of the Pacific-North America plate boundary in the southwestern United States from inversion of GPS, seismological, and geologic data // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. B07401. doi:10.1029/2004JB003307.
Meade B.J., Hager B.H. Block models of crustal motion in southern California constrained by GPS measurements // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. B03403. doi:10.1029/2004JB003209.
Nyst M, Thatcher W. New constraints on the active tectonic deformation of the Aegean // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. B11406. doi:10.1029/2003JB002830.
Поступила в редакцию 12.11.2014
