CC BY
14
УДК 551.2+550.3 (729.1)
1 1 Л.В. Панина1, В.А. Зайцев2
НЕОТЕКТОНИКА И СЕЙСМИЧНОСТЬ О. КУБА И ЕГО ОБРАМЛЕНИЯ
Исследования, включавшие структурно-геоморфологический анализ о. Куба с его обрамлением и 3D геодинамическое моделирование механизма формирования новейших дислокаций этого региона, позволили выявить сводово-блоковый стиль новейших дислокаций; определить их взаимоотношения с мезозойскими структурами и сейсмичностью; рассчитать ориентировки осей и области максимальных напряжений; установить тенденции развития морфоструктур на новейшем этапе; сделать прогноз сейсмичности. В результате получены высокие статистические значения корреляции между неотектоническими параметрами и сейсмичностью.
Ключевые слова: неотектоника, структурно-геоморфологический анализ, слабая зона, разрывы, сейсмичность, 3D геодинамическое моделирование, о. Куба.
The carried out complex researches, including structure and géomorphologie analysis of the Cuba island and its framing with addition 3D geodynamic modeling of the latest structures formation of this region, allowed to reveal arch-block style of the latest structures of the Cuba region, to determine their relations with Mesozoic structures and seismicity; to calculate of the axes orientations and area of maximal tensions; to show development of morphostructures trends on the newest stage; to do the prognosis of sesmicity. As a result of the work high statistical values of the correlation between neotectonic parameters and seismicity were obtained.
Key words: neotectonics, structure and geomorphologic analysis, weak zone, faults, seis-micity, 3D geodynamic modeling, island Cuba.
Введение. Изучению новейшей тектоники и сейсмичности Кубы посвящено много работ зарубежных и отечественных исследователей, например [Костенко, Дунаев, 1982; Котилья и др., 2007; Макаров, 1986; Макаров, Формелл, 1985]. Появление космических радарных изображений и компьютерных способов их обработки обусловило необходимость дополнить, а в некоторых случаях по-иному представить новейшее строение о. Куба и его обрамления, установить связь выявленных дислокаций с сейсмическими событиями.
Геолого-геоморфологические сведения. О. Куба расположен в западной части Атлантического океана у берегов Центральной Америки. С юга остров омывается Юкатанской глубоководной впадиной и трогом Кайман, с севера — впадиной Мексиканского залива и Багамским проливом. Он имеет дугообразную форму, обращенную выпуклостью на северо-восток. Рельеф Кубы многообразен и сочетает в себе горные области с отметками более 1000 м и равнинные территории с отметками 50 м и менее. Наиболее высокие отметки рельефа (1974 м, пик Туркино) приурочены к горному сооружению, расположенному в юго-восточной части острова.
В геологическом отношении Куба входит в состав современной зрелой островной дуги Больших Антильских о-вов, испытавшей коллизию с Северо-Американским континентом в палеоцене—раннем и среднем эоцене. В строении Кубы
принимают участие по-разному деформированные осадочные, магматические и метаморфические породы мезозоя и кайнозоя. Эти комплексы слагают два структурных этажа. Нижний этаж, или фундамент, представляет собой покровно-склад-чатое сооружение, сложенное дислоцированными породами мезозойско-среднеэоценового возраста. Верхний этаж или чехол представлен морскими и континентальными терригенными и карбонатными отложениями среднего эоцена—второй половины верхнего эоцена мощностью до 3 км, перекрытыми четвертичными образованиями. Чехол построен сравнительно просто, лишен магматических образований и выполняет наложенные впадины, такие, как Лос-Паласиос, Вегас, Броа, Санто-Доминго, Центральная, Кауто, Нипе и др.
Методы исследований. Для неотектонических исследований Кубы нами выполнен структурно-геоморфологический анализ, включавший дешифрирование космических радарных изображений в масштабе 1:250 000. Для некоторых участков требовалось увеличение масштаба до 1:100 000. Привлекались геолого-геоморфологические данные, полученные ранее [Макаров, Формелл, 1985; Тектоническая..., 1989; Pórtela Peraza, Diar Diar, Hernander Santana et al., 1989; Mapa ..., 1985]. Эти карты были собраны в ГИС-проект. Результаты структурно-геоморфологического дешифрирования сопоставляли с последними сейсмическими
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, доцент, канд. геол.-минерал. н.; e-mail: panina53@mail.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, вед. науч. с., канд. геол.-минерал. н.; e-mail: v.zaitsev@mail.ru
событиями. Для построения 3D геодинамической модели использовано специальное программное обеспечение комплекса IrapRms (компания «ЯОХАЯ») и кубинский каталог землетрясений СЕ^К.
Новейшее строение. Интервал времени, соответствующий началу позднего эоцена—квартеру, традиционно относится к новейшему этапу развития Кубы [Макаров, 1986].
Исследования позволили выявить продольную и поперечную неотектоническую зональность Кубинского архипелага, обусловленную сочетанием по-разному ориентированных крупных поднятий, нарушенных блоковыми дислокациями [Панина, Зайцев, 2018]. Поперечная зональность выражается в изменении простирания и морфологии крупных новейших морфоструктур, амплитуды блоков, простирания разрывов и слабых зон (линеаментов), степени наследования мезозойских дислокаций новейшими. С запада на восток по простиранию острова выделяются три сегмента: западный, центральный и восточный. Границами сегментов, как правило, служат зоны левосторонних сбросо-сдвигов северо-восточного простирания, которые заложились еще до новейшего этапа развития. Ранее установлен их конседиментационный характер [Геология Кубы..., 1989]. Сдвиговая природа этих дислокаций проявилась в смещении границ главных структурно-формационных зон складчатого основания, а сбросовая составляющая установлена по рисунку изогипс глубины залегания подошвы чехла [Тектоническая., 1989]. Опишем новейшие структуры по сегментам.
Западный сегмент. В западном сегменте расположено поднятие орогена Гуанигуанико (рис. 1,1), объединяющее структурно-формационные зоны Эсперанса, Бахиахонда, офиолитового шва и южную зону Сиерра-Дель-Росарио, сложенные мезозойско-кайнозойскими отложениями и отделенные одна от другой разрывами [Тектоническая ., 1989]. Эти разрывы фрагментарно отражены в рельефе в виде так называемых слабых зон (разрывов, трещиноватости, дробления пород). Слабые зоны изогнуты в плане, простираются параллельно северному побережью Кубы и ограничивают вытянутые разновысотные (от 200 до 700 м) блоки или чешуи, формирующие дугообразное асимметричное горное сооружение Гуанигуанико с крутым северо-западным склоном и пологим юго-восточным. В кинематическом отношении это надвиги преимущественно с южным падением сместителей, а сам ороген сформирован в результате надвигания мезозойских комплексов с юга в палеоцене—ран-нем—среднем эоцене (рис. 1).
На юго-востоке по крупному разрыву ороген граничит с предгорной впадиной Лос-Паласиос3 (13), а на юго-западе — с впадиной Сандино (14),
выполненными кайнозойскими отложениями. С востока горное сооружение ограничено хорошо выраженной в рельефе зоной Гаванского сбросо-сдвига (1). Она продолжается во впадину Сандино и южный шельф. Во впадинах доминирует система слабых зон северо-восточного простирания, некоторые из них прослеживаются в акватории, где служат границами более погруженных и поднятых блоков шельфа. В рельефе также выражены субмеридиональные и северо-западные дислокации. Среди них отмечены протяженные слабые зоны, которые пересекают ороген, предгорную впадину Лос-Паласиос на юго-востоке и продолжаются в область северного шельфа (рис. 1). На узком северном шельфе параллельно орогену Гуанигуанико расположены локальные поднятия, которые контролируются слабыми зонами северо-восточного и северо-западного простирания.
Восточнее зоны Гаванского левостороннего сбросо-сдвига расположено Гаванско-Матансас-ское поднятие (2). Гаванский сбросо-сдвиг пересекает надводную часть о. Куба и контролирует структуры северной и южной акватории (залив Батабано). В тектоническом отношении Гаванско-Мантансасское поднятие охватывает структурно-формационные зоны Гавана, Комплеос Алосто, частично Саса и объединяет блоки рельефа, амплитуда которых не превышает 381 м. С юга Гаванско-Мантансасское поднятие ограничено впадиной Вегас (15). На севере оно омывается Мексиканским заливом. Отметим, что на юге прибрежная равнина шире и переходит в пологий шельф, а на севере побережье значительно сужается и завеша-ется в акватории крутым склоном. Абсолютные отметки побережий варьируют от 0 до 50 м, иногда чуть выше 50 м. Поднятие субширотное, нарушено зоной левостороннего сбросо-сдвига Икакос северо-восточного простирания (2). Зона сдвига смещает мезозойские офиолитовые комплексы главной сутуры, хорошо выражена в рельефе и прослеживается в миоценовых и четвертичных отложениях, что указывает на ее активизацию в новейший этап. Гаванско-Матансасское поднятие нарушено системами слабых зон преимущественно северо-западной и северо-восточной ориентировки, частично совпадающими с геологическими разрывами. Слабые зоны ограничивают блоки рельефа с амплитудой в центральной области 200—500 м и более (рис. 1). На северо-востоке от поднятия в прибрежной области расположены молодые широтные малоамплитудные (до 50 м) поднятия арх. Сабана.
Область широкого южного шельфа (залив Батабано) представляет собой систему поднятых и опущенных блоков, разделенных слабыми зонами северо-западного и северо-восточного простирания, которые часто продолжаются на суше (рис. 1).
3 Здесь и далее цифры в скобках — см. рис. 1.
Багамская банка
Сандино
IТринидадК
Камагуэй:
Залив
Юкатанская котловина
Залив / Гуананаябо
!Сантьяго Де Куба
20°0'0"С-
78°0'0"3
Уб'О'О'З
о®* 1 ' ^¡¡^ ^¡¡^ '§¡¡1' 2 ..... 3 ••••••Ц Л • •••••а £/.
6
8
10
11
12
Рис. 1. Структурно-геоморфологическая карта о. Куба и его обрамления: 1—5 — блоки рельефа с высотой, м: 1 — <100, 2 — 101—200, 3 — 201—600, 4 — 601—900,5 — > 901; 6— зоны главных сбросо-сдвигов; 7 — разлом в акватории; 8 — слабые зоны (разрывы, трещиноватость, дробление пород); 9 — границы крупных поднятий; 10 — границы локальных поднятий; 11 — названия неотектонических структур. Цифры в кружках: поднятия: западный сегмент: 1 — орогена Гуанигуанико, 2 — Гаванско-Матансасское, 3 — о. Хувентуд; центральный сегмент: 4 — Велосское, 5 — массив Гуамуая, 6 — Санта-Клара, 7 — Камахуани, 8 — Сиего-де-Авина; восточный сегмент: 9 — Камагуэй, 10 — Ольгинское, 11 — Сьерра-Маэстр, 12 — Сьерра-Кристаль; впадины: западный сегмент: 13 — Лос-Паласиос , 14 — Сандино, 15 — Вегас, 16 — Броа; центральный сегмент: 17 — Санта-Доминго, 18 — Морон, 19 — Центральная; восточный сегмент: 20 — Ана-Мария,
21 — Кауто, 22 — Нипе; локальные поднятия архипелагов: 23 — Сабино, 24 — Камагуэй, 25 — Лос-Канарреос, 26 — Хардинес дела Рейна. Цифрами 1—6 обозначены зоны главных сбросо-сдвигов: 1 — Гаванский, 2 — Икакос, 3 — Колон, 4 — Троча, 5 — Элевадо-ла-Тегия,6 — Элевадо-Амистад; 7 — разлом Ориент в
акватории
Юг залива обрамляется рядом поднятий арх. Лос-Канарреос. Границы поднятий контролируются правосторонними и левосторонними сдвигами северо-западного и северо-восточного простирания соответственно. На запад от архипелага расположено изометричное поднятие о. Хувентуд
(3), которое разбито слабыми зонами такой же ориентировки на блоки с амплитудой более 200 м. Некоторые из слабых зон продолжаются на шельф, что подчеркивает связь структур суши и шельфа, установленная ранее [Костенко, Дунаев, 1982].
Центральный сегмент. Восточнее зоны сбросо-сдвига Колон (3) расположено слабовы-раженное в рельефе Велосское поднятие (4) с абсолютными отметками рельефа 200—300 м. Поднятие вытянуто в северо-западном направлении и смещено относительно Гаванско-Матансасского по зоне левостороннего сбросо-сдвига Колон (3) на северо-восток. Восточный склон поднятия также ограничен сдвиговой зоной, которая, как и зона Колон, прослежена в отложениях палео-гена—квартера. Само поднятие состоит из серии блоков, разделенных слабыми зонами северо-западной, северо-восточной и субмеридиональной ориентировки. Субмеридиональная зона продолжается в область шельфа, где разделяет локальные поднятия широтной и северо-западной ориентировки (рис. 1). Восточнее этой зоны расположена серия вытянутых в северо-западном направлении малоамплитудных (0—50 м) поднятий арх. Сабана, нарушенных северо-восточными левосторонними сдвиговыми дислокациями. На юге Велосское поднятие обрамляется Центральной впадиной (17), продолжением которой на запад служит залив Батабано. Широкий шельф здесь характеризуется блоковым строением и осложнен локальными поднятиями небольшой амплитуды, границы которых контролируются слабыми зонами, часто сдвигами. Система таких поднятий, входящих в арх. Лос-Канарреос, приурочена к юго-восточной границе шельфа. Сдвиговые дислокации характерны для многих островов западной части архипелага, причем, как правило, северо-восточные — левосторонние, а северо-западные — правосторонние, что в целом характерно для Кубы.
Восточнее Велосского поднятия и Центральной впадины выделена система крупных поднятий, вытянутых в северо-западном направлении: на юге — поднятие массива Гуамуая (5) с максимальной абсолютной отметкой 1156 м, в центральной части — поднятие Санта-Клара (6) с максимальной амплитудой в интервале 300—400 м, на севере — поднятие Камагуэй (7), где максимальные отметки составляют 250—300 м. На востоке поднятия ограничены зоной левостороннего сдвига Троча
(4), пересекающей весь о. Куба и выходящей на северный шельф. В строении поднятия Гуамуая принимают участие мезозойские вулканогенно-осадочные отложения структурно-формационной
зоны Эскамбрай, а также палеогеновые терриген-но-карбонатные флишоидные толщи. По геологическим данным комплексы пород разбиты на блоки разрывами преимущественно северо-западной, северо-восточной и субмеридиональной ориентировки. Наиболее протяженные из них выражены в рельефе.
Расположенное севернее поднятие Санта-Клара, сложенное верхнемеловыми андезито-дацитами (зона Саса), дунитами, гарцбургитами, серпентинитами, а также терригенно-карбонатной флишоидной толщей палеогена, нарушено северо-западными и северо-восточными слабыми зонами, пересекающими как само поднятие, так и обрамляющую его с запада впадину Санта-До-минго (17). Поднятие Камагуэй объединяет струк-турно-формационные зоны Камагуэй, Пласета, Ремедиос [Геология Кубы., 1989]. Отложения сильнодислоцированные, нарушены разрывами, часто надвигами северо-западного простирания. В деформацию вовлечены эоцен-миоценовые комплексы пород, что указывает на новейший возраст разрывов (рис. 1). На северном шельфе расположена цепь локальных поднятий (зона Ремедиос) и архипелага островов Сабана и Камагуэй (23, 24), где абсолютные отметки ненамного превышают нулевое значение. Южный шельф более узкий по сравнению с северным и осложнен слабыми зонами, которые часто имеют продолжение на суше. В более глубоководной области выделены локальные поднятия, по-видимому, контролируемые слабой зоной дугообразной формы (рис. 1).
Восточнее зоны разлома Троча расположено поднятие Сиего-де-Авила (8), ограниченное с востока сдвигом север-северо-восточного простирания. Эта зона пересекает весь остров и продолжается на северном и южном шельфах. С севера и юга поднятие обрамлено впадинами Морон и Центральная (18, 19 соответственно). В строении поднятия Сиего-де-Авила принимают участие меловые андезито-дациты, верхнемеловые флишоидные терригенные и карбонатные толщи нижней молассы, а также позднемеловые диориты и гранодиориты. Во впадинах залегают кайнозойские терригенные отложения мощностью до 3,5 км [Тектоническая ..., 1989]. Одна из них — Центральная — имеет существенно сокращенный размер и вовлечена в поднятие. На юге впадина раскрывается в залив Ана-Мария. Поднятие Сиего-де-Авила разбито на блоки рельефа с амплитудой 50—200 м, ограниченными слабыми зонами северо-западного и субмеридионального простирания. Расположенная на северо-востоке впадина Морон осложнена слегка вытянутым в северо-восточном направлении локальным поднятием с амплитудой более 250 м. К северной прибрежной области приурочены низкоамплитудные поднятия (более 1 м) западной части арх. Камагуэй (24). Южный шельф нарушен слабыми зонами северо-восточного и
северо-западного простирания. На его окраине выделяется серия малоамплитудных поднятий арх. Хардинес де-ла-Рейна (26). Поднятия имеют вытянутую с северо-запада на юго-восток форму и разделены северо-восточными слабыми зонами, скорее всего разрывами.
Восточный сегмент. Восточный сегмент объединяет северные Камагуэй (9) и Ольгинское (10) и южные Сьерра-Маэстр (11) и Сьерра-Кристаль (12) поднятия, разделенные прогибом Кауто-Нипе. Морфология северных поднятий повторяет конфигурацию побережий Кубы, изменяя ориентировку с северо-западной (Камагуэй) на субширотную (Ольгинское). Амплитуда блоков рельефа поднятия Камагуэй колеблется от 50 до 330 м. С запада оно обрамляется впадиной Ана-Мария (20), южным ограничением служит впадина Кауто (21) с абсолютными отметками рельефа от 0 до 50 м. На северо-востоке поднятие Камагуэй граничит с прибрежной областью многочисленных заливов и бухт. Севернее расположены новейшие острова одноименного архипелага (рис. 1). Поднятие Ка-магуэй нарушено поперечными и продольными слабыми зонами, которые на отдельных участках совпадают с разрывами и надвигами [Тектоническая ..., 1989]. С востока к нему примыкает Ольгинское поднятие, альтитуда которого колеблется от 50 до 300 м и более. Последнее на юге граничит с наиболее поднятой частью прогиба Кауто-Нипе, на юго-востоке — с впадиной Нипе (22). Северо-западным ограничением служат впадины побережья с абсолютными отметками рельефа 50 м. Комплексы пород (зона Аурус и др.), слагающие поднятие, сложнодислоцированные, нарушены надвигами и разрывами северо-восточного и северо-западного простирания. Многие из них выражены в рельефе. Наиболее протяженная зона правостороннего сдвига Элевадо-ла-Тегия (5) северо-западного простирания, которая частично контролирует северо-восточную границу поднятия Камагуэй, нарушает на западе Ольгинское поднятие и продолжается на юго-восток, где следует вдоль периферии поднятий Сьерра-Маэстр и Сьерра-Кристаль (рис. 1).
Южнее северных поднятий расположен прогиб Кауто-Нипе, выполненный верхнеэоцен-четвер-тичными терригенно-карбонатными комплексами мощностью более 2,5 км [Тектоническая., 1989]. Рельеф прогиба дифференцирован, абсолютные отметки колеблются от 0 м в области побережий до 200 м и более в отдельных поднятых блоках центральной части, которая разделяет прогиб на западную (Кауто) и восточную (Нипе) впадины. Обе впадины нарушены слабыми зонами северозападного и северо-восточного простирания, многие из которых частично совпадают или сохраняют простирания разрывов, установленные ранее [там же]. К их числу относится мезозойская зона сбро-со-сдвига Элевадо-Амистад (6) восток-северо-вос-
точного простирания, контролирующая северную границу новейшего поднятия Сьерра-Маэстр. На юге впадина Кауто граничит с поднятием Сьерра-Маэстр (11). Поднятие асимметрично — его северный склон пологий, а южный крутой и резко обрывается в акваторию Карибского моря. Восточная граница поднятия совпадает с зоной сбросо-сдвига Элевадо-ла-Тегия (5).
Вулканогенно-осадочные породы палеоцена—эоцена сложно деформированы, смяты в складки и нарушены многочисленными разрывами преимущественно северо-восточного и северо-западного простирания, а также надвигами широтного и северо-восточного простирания с северным падением сместителей [Тектоническая., 1989]. Новейшее поднятие Сьерра-Маэстр представляет собой складчато-блоковое сооружение. Антиклинали и синклинали объединены в блоки, которые разделены слабыми зонами, что создает в рельефе мозаичные структуры, часто характерные для горных сооружений. Ориентировка блоков различна и определяется простиранием слабых зон, доминируют северо-восточное и северо-западное. В центральной и южной областях выделены блоки с наибольшей амплитудой (1500—2000 м), причем на периферии, по направлению к впадине Кауто, амплитуда блоков снижается до 100 м.
Расположенное восточнее, слегка вытянутое в восточном направлении поднятие Сьерра-Кри-сталь (12) смещено по зоне правостороннего сдвига Элевадо-ла-Тегия (5) относительно поднятия Сьерра-Маэстр. С акваториями его связывают крутые склоны. На юге его граница следует вдоль левостороннего трансформного разлома Ориент (7), северным обрамлением служит впадина Нипе (22). Сложность строения поднятие Сьерра-Кри-сталь не уступает описанной выше [Тектоническая ., 1989]. Многие геологические границы и разрывы отражены в рельефе. Слабые зоны, выделенные здесь, сохраняют простирание протяженных разрывных нарушений северо-западного, северо-восточного, реже субмеридионального простирания, а на отдельных участках следуют вдоль разрывов. Амплитуда наиболее поднятых блоков рельефа достигает 1000 м и более, снижаясь в пределах частных впадин до 50—100 м.
Сейсмичность Кубы и прилегающих акваторий. Наибольшее число и наиболее высокая магнитуда землетрясений на территории Кубы зафиксированы в зоне Бартлетт-Кайман, представляющей собой зону спрединга. За последние 500 лет здесь произошло около 20 разрушительных землетрясений. Сейсмичность за период 1979—1994 гг., зарегистрированная на востоке и юго-востоке Кубинской сетью сейсмостанций (каталог землетрясений CENAIS), показывает, что 93% землетрясений произошло на глубине менее 40 км, при этом по направлению на восток глубина землетрясений увеличивается.
Внутриплитная сейсмичность Кубы затрагивает практически всю территорию острова, условно ее можно разделить на три области — западную, центральную и восточную. На карте геодинамического районирования выделено 12 активных разломов, с которыми связана большая часть современной сейсмической активности региона [Котилья и др., 2007]. Эти разломы прекрасно выражены в рельефе, они представляют собой совокупность более мелких слабых зон (линеа-ментов), которые прослеживаются вдоль крупных новейших поднятий и побережья острова (разломы Бартлетт-Кайман или Ориент, Кауто-Нипе, Кубитас, Гуане, Лас-Вильяс, Нортекубана) или пересекают их (разломы Баконао, Кочинос, Ка-магуэй, Гавана-Сьенфуэгос, Икакос, Ла-Троча). Наиболее сейсмоактивна юго-восточная часть Кубы, где расположены новейшие поднятия Сьерра-Маэстр и Сьерра-Кристаль. На этот регион приходится более 75% всех зафиксированных землетрясений. На территории, расположенной между северными склонами впадин Кауто и Нипе и крупным сбросо-сдвигом Колон, зарегистрировано около 18% всех землетрясений. И наконец, меньше всего землетрясений (7%) зафиксировано в западной области (поднятия Гуанигуанико и Гаванско-Мантансасское). Распределение эпицентров землетрясений на Кубе указывает на тесную связь новейшей и современной тектоники, что позволяет использовать математические методы геодинамического моделирования для прогнозирования зон возможных проявлений сейсмичности.
3D геодинамическое моделирование. При построении геодинамической модели необходимо учесть ориентировку внешнего сжатия и тип напряженного состояния. Описанные выше новейшие сдвиговые дислокации позволяют предположить, что для Кубы наиболее вероятно сдвиговое поле напряжений с субмеридиональным положением оси сжатия.
Нами напряженное состояние рассчитывалось в программном модуле RMSFracture комплекса IrapRms. Расчет выполнялся с помощью упругой конечно-элементной модели, которая позволяет сравнительно точно описывать возможные контактные взаимодействия, а также моделировать процесс образования разломов в результате деформирования при выполнении заданных критериев разрушения. Региональное поле напряжений рассматривается как граничное условие. В результате приложенной внешней нагрузки происходят смещения по существующим разломам, что приводит к появлению локального поля напряжений. Таким образом, основная цель геодинамического моделирования Кубы — выявление локального поля напряжений и изучение его влияния на сейсмичность. Отметим, что расчеты появления новообразованных разрывных нарушений сделаны на основании математической модели Мора—Кулона.
Исходными данными для построения 3D геодинамической модели послужили блоки рельефа — поднятия и впадины, их высота и слабые зоны, ограничивающие их. В результате расчетов выявлено локальное поле напряжений, пластические деформации, возникшие в результате воздействия этого поля, и местоположение новообразованных разрывных нарушений. Затем эти параметры сопоставляли с проявлением землетрясений в основном малой магнитуды. Сравнение проводилось с помощью статистического критерия Пирсона. Анализ более 20 геодинамических параметров позволил выявить 5 параметров, наиболее хорошо коррелирующих с сейсмичностью. К ним относятся плотность узловых зон, величина касательных напряжений, значения амплитуды вертикальных и горизонтальных перемещений дневной поверхности и вероятность появления новых разрывов.
На карте плотности новейших узловых зон отражены области окончания или пересечения слабых зон, выявленных с помощью структурно-геоморфологического анализа. Эти объекты представляют собой наиболее нарушенные участки геологической среды, а следовательно, наиболее уязвимые в отношении проявления сейсмичности. Наиболее четко прослеживается взаимосвязь между плотностью узловых зон и сейсмичностью в пределах новейших поднятий Гуанигуанико и Сьерра-Маэстр. Именно к этим зонам приурочены и области максимальных скоплений землетрясений. Это наблюдение подтверждается статистически, коэффициент корреляции (К) между ними равен 0,53.
На схемах напряженного состояния (рис. 2, А, Б) показаны величина максимального горизонтального сжатия и его ориентировка. Важно отметить, что поскольку мы не знаем величину внешнего воздействия по отношению к району исследования, то и результаты моделирования получаем в относительных величинах. На схемах хорошо видно, что наибольшие напряжения приурочены к зонам активных левосторонних сдвигов северо-восточного простирания. Максимум напряжений соответствует глубинному разлому Ориент. Ориентировка осей максимальных напряжений меняется от субмеридиональной до субширотной в зависимости от величины напряжения. В некоторых случаях, например в пределах поднятия Гуамуая, наблюдается «обтекание» оси сжатия вокруг структуры. К зонам высоких напряжений приурочены места скопления землетрясений. Наибольшее число землетрясений отмечено в восточном сегменте — поднятиях Сьерра-Маэстр, Камагуэй по активному разлому Кубитас, вдоль активных разломов Лас-Вильяс, Нортекубана и Гуане.
Карта вероятности появления новых разломов имеет диапазон значений от положительных до отрицательных. При этом положительные значения
80"0'0"3
Гавана
......
¡Сандино}*
22°0'0"С-
|1 I И I
шрж^ш
- * V. у*;.Сантьяго Де Куба"!*'- ".-' - Г"^
Юкатанская котловина
1 Километры
г22°0'0"С
20°0'0"С^
84°0'0"3
82°0'0"3
76°0'0"3
80°0'0"3
78°0'0"3
84°0'0"3
82°0'0"3
78°0,0"3
76°0'0"3 |
---7
2 ПЗ I 14
Рис. 2. Схемы современного напряженного состояния о. Куба и его обрамления: А — характер ориентировки напряженного состояния; Б — величины касательных напряжений:./ ■ ось сжатия (а3), 2 — ось растяжения (с^), 3—6 — значения касательных напряжений: 3 — низкие, 4 — средние, 5 — высокие, 6 — максимальные
указывают на преодоление предела прочности пород рассматриваемой ячейки, а отрицательные значения — на стабильные условия, не вызывающие появление дислокаций. Расчеты показали, что крупные разрывные нарушения (Нортекубана, Баконао, Бартлетт-Кайман, Гуане, Кауто-Нипе) в большинстве случаев находятся в пределах повышенных значений вероятности появления новообразованных мелких трещин или разломов. При этом характер сейсмичности в целом неплохо коррелирует с величиной вероятности появления новообразованных трещин, коэффициент корреляции достигает 0,49. Видно, что сгущение землетрясений происходит в зонах максимальной вероятности появления мелких разломов. Они приурочены преимущественно к современным поднятиям. Наибольшие скопления землетрясений отвечают зоне поднятий Сьерра-Маэстр, Гуанигу-анико и Гуамуая.
Карта величин вертикальных перемещений поверхности модели в условиях внешнего субмеридионального сжатия показала хорошее совпадение с топографией современного рельефа территории о. Куба и его акватории, коэффициент корреляции равен 0,54. Это свидетельствует о том, что условия геомеханического моделирования подобраны правильно и модель реалистична. Полученные положительные значения соответствуют зонам высокого горного рельефа о. Куба (массив Сьерра-Маэстр). В то же время отрицательные значения совпадают с самыми низкими участками острова — впадинами и прогибами. Коэффициент корреляции величины вертикальных смещений поверхности модели и плотности землетрясений составил 0,67.
Помимо вертикальной амплитуды смещений были рассчитаны горизонтальные перемещения, возникшие в результате приложения субмеридионального сжатия к обсуждаемой модели. В результате исследований выявлены смещения вдоль осей X и У. Сопоставление этих карт с сейсмичностью показало, что горизонтальные смещения вдоль оси У, особенно в направлении на север для юго-восточных крыльев сейсмоактивных разломов Кау-то-Нипе, Ла-Троча, Камагуэй, Гуане, вызывают землетрясения малой магнитуды. Коэффициент корреляции этих смещений и плотности землетрясений составляет 0,32.
Все геодинамические параметры модели, для которых удалось установить статистическую связь с сейсмичностью, послужили основой для построения карты возможного проявления сейсмичности на о. Куба и его обрамлении с показанными на ней наиболее вероятными участками ожидания землетрясений (рис. 3). Эта карта построена благодаря комбинированию 5 рассмотренных выше параметров, которые после нормирования складывались, в результате чего были выявлены зоны наиболее вероятного проявления сейсмичности
(коэффициент корреляции с землетрясениями составил 0,75). Наиболее сейсмоопасен восточный сегмент о. Куба, этот район в прошлом и по настоящее время наиболее сейсмоактивен. Здесь ранее наблюдались землетрясения, и в будущем можно ожидать землетрясения с магнитудой до 7—8. В западной и центральной частях Кубы проявление сейсмичности ограничено поднятиями Камагуэй, Гуанигуанико и Гуамуая, где можно ожидать землетрясения с магнитудой 3—4. Наиболее низкой сейсмической опасностью характеризуются зоны впадин между крупными поднятиями о. Куба и южные акватории (кроме залива Гуаканаябо).
Таким образом, сопоставление результатов структурно-геоморфологического анализа территории о. Куба с его обрамлением и проявлениями сейсмичности позволило отобрать те геодинамические параметры, которые наиболее тесно связаны с характером распространения землетрясений. В итоге выделено несколько сейсмоопасных зон.
Заключение. В результате детального структурно-геоморфологического дешифрирования космических радарных снимков по-новому представлено строение о. Куба и его обрамления. Выделены разного ранга поднятия и впадины, нарушенные разрывами, слабыми зонами (линеаментами), сочетание которых создает сводово-блоковый стиль новейших дислокаций. Доминирующие простирания дизъюнктивных дислокаций — северо-западное и северо-восточное. Многие слабые зоны часто подчеркнуты проявлениями сейсмичности и относятся к рангу активных разломов, это разломы Камагуэй, Кауто-Нипе, Троча, Ремедиос и др.
3D геодинамическое моделирование выявило взаимосвязь между плотностью узловых зон (участков пересечения слабых зон) и проявлением сейсмичности. Сейсмические события тяготеют к южным перифериям поднятий Сьерра-Маэстр и Сьерра-Кристаль, Камагуэй и к наиболее поднятым блокам (Сьерра-Маэстр). Согласно данным 3D геодинамического моделирования самые сильные землетрясения с магнитудой до 7—8 можно ожидать на территории восточного сегмента, до 3—4 баллов—в пределах поднятий Камагуэй, Гуа-нигуанико и Гуамуая. Наиболее низкой сейсмической опасностью характеризуются области впадин между крупными поднятиями и южные акватории.
Новейшие дислокации в разной степени наследуют мезозойские структуры или сохраняют их простирание. Многие слабые зоны и разрывы суши продолжаются в акватории, что указывает на тесную связь неотектонических процессов, происходящих на острове и его морском обрамлении. Характерна тенденция разрастания поднятий за счет впадин как в область суши, так и прилегающего шельфа.
Неотектонические дислокации отражают современные геодинамические процессы, происходящие в регионе: перемещение Северо-Аме-
•Гавана]
Багамская банка
4-■&VJ
Залив Ботабано
Санди но
iТринидад ,
шт
IКамагуэй^
\ Залив ^ Ана-Мария.
ЗалиезУ^— Гуаканаябо:
Сантьяго Де Kyt
78°0'0"3
76°0'0"3
■22°0'0"С
20°0'0"С-
82°0'0"3
78°0'0"3
76 W3
Ю Ю
О
ш з П5 ПЗб ПЗ 7
8
Рис. 3. Карта возможного проявления сейсмичности на о. Куба и его обрамлении (А) и график зависимости плотности землетрясений (ось Y) от прогнозной вероятности сейсмических событий (ось X) (Б); 1—3 — эпицентры землетрясений (Кубинский каталог CENAIS): 1 — магнитуда <2; 2 — магнитуда 2—3; 3 — >3; 4 — сейсмоактивные разрывные нарушения;
5—8 — значения вероятности проявления сейсмичности: 5 — низкие, 6 — средние, 7 — высокие, 8 — максимальные. Цифры на карте — сейсмоактивные разломы: 1 — Баконао, 2 — Бартлетт-Кайман, 3 — Кочинос, 4 — Камагуэй, 5 — Кауто-Нипе, 6 — Кубитас, 7 — Гуане, 8 — Гавана-Сьенфуэгос,
9 — Икакос, 10 — Ла-Троча, 11 — Лас-Вильяс, 12 — Нортекубана
риканской плиты в юго-западном направлении, левостороннее движение вдоль трансформного разлома Ориент, проявления сейсмичности. Согласно современным данным коллизионные процессы, начавшиеся в палеоцене—раннем и среднем эоцене, продолжаются и в новейший этап, чем можно объяснить образование архипелагов Сабана и Камагуэй.
Данные 3D моделирования показали, что ориентировка осей максимальных напряжений меняется от субмеридиональной до субширотной. Наибольшие напряжения, возникшие в результате горизонтального сжатия, приурочены к зонам активных левосторонних сдвигов северовосточного простирания. Максимум напряжений соответствует глубинному субширотному левостороннему трансформному разлому Ориент, который образовался в раннем эоцене, что повлияло на движение плит в Карибском регионе. Помимо
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Геология Кубы. Пояснительная записка к геологической карте Кубы масштаба 1:250 000. М.,1989. 46 с.
Костенко Н.П., Дунаев Н.Н. О влиянии новейших структурных форм Кубинского архипелага на развитие берегов // Изв. вузов. Геология и разведка. 1982. № 5. С. 19-28.
Котилья М.О., Фpанцке Г.Й., Коpдоба Д. Сейсмичность и сейсмически-активные разломы Кубы // Геология и геофизика. 2007. Т. 48, № 6. С. 651-672.
Макаров В.И. Новейшая тектоника Восточной Кубы. Ст. 1. Общая характеристика. Северная и Срединная области // Геотектоника. 1986. № 6. С. 85-96.
Макаров В.И., Формелл Ф. Неотектоническая карта Кубы. Масштаб 1:2 500 000. М., 1985.
горизонтальной, несомненно, присутствует и вертикальная составляющая напряжений, что приводит к формированию разрастающихся горных сооружений о. Куба. Рост последних вызывает образование компенсационных передовых прогибов в акваториях западного и восточного сегментов.
Результаты комплексных исследований показали, насколько тесно связаны неотектонические дислокации, выявленные современными структурно-геоморфологическими методами, и сейсмичность. Эта связь устанавливается как для высокомагнитудных, так и для низкомагнитудных землетрясений. Выявить такую связь удалось только благодаря детальному структурно-геоморфологическому дешифрированию. Высокие значения коэффициента корреляции между неотектоническими параметрами и сейсмичностью подтверждают правильность использованных методов и качество проделанной работы.
Панина Л.В., Зайцев В.А. Новейшее строение и сейсмичность Кубинского архипелага и прилегающего шельфа // Проблемы тектоники и геодинамики земной коры и мантии. Мат-лы L Тектонич. совещ. М.: ГЕОС, 2018. Т. 2. С. 75-79.
Тектоническая карта Кубы. Масштаб 1:500 000 / Гл. ред. Ю.М. Пущаровский, отв. ред. А.А. Моссаковский, Х. Суарес. М., 1989.
Portela Peraza A.H., Diar Diar J. L., Hernander San-tana J.R. et al. En Nuevo Atlas Nacional de Cuba. La Havana, 1989.
Mapa Geologico De La República De Cuba. Escala 1:500 000. La Havana, 1985.
Поступила в редакцию 21.02.2018
