Геоэлектрическая модель Шагонарского очага землетрясений (Алтае-Саянский регион)

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 550.372. 550.837

Геоэлектрическая модель Шагонарского очага землетрясений (Алтае-Саянский регион)

Об авторах:

1 - ЦГЭМИ РАН ИФЗ им. О.Ю. Шмидта, Троицк, Россия

Шагонарский очаговая зона расположена в пределах широтной Тувинской складчатой системы, приурочена к юго-восточной границе Тувинской впадины и Шапшальско-Таннуольского и Восточно-Таннуольского поднятий (Тувинская и Восточно-Таннуольской СФЗ) (рис. 1). Она вытянута в северо-восточном направлении южнее Баш-Хемской рифтовой долины, лежащей на продолжении Байкальской рифтовой зоны. Размеры очаговой зоны составляют 100Ч50 км. Скорость восходящих движений Тувинской и Восточно-Таннуольской СФЗ превышает 1 мм/год, а нисходящих в Убсунурской и Тувинской впадинах до 0.5 - 0.7 мм/год. Основное количество землетрясений с М = 2.5 - 5 приурочено к границам впадин и поднятым блокам Шапшальско-Таннуольского массива [3].

Рис. 1. Расположение профилей МТЗ на схеме структурно-геологического районирования [3].

Условные обозначения: I - раннепротерозойские гнейсо-сланцевые и гнейсо-сланцево-карбонатные комплексы: II - структурно-формационные зоны (СФЗ) поздних протерозоид: А - Зеленосланцевые выступы байкалид: Б - терригенно-кремнисто-карбонатные чехлы массивов. III - СФЗ каледонид. А - раннекаледонские эвгеосинсклинальные с офиолитовыми ассоциациями: 3 - Куртушибинская; 6 - Аргалыкты-Бурская; эвгеосинклинального типа с: Б - базальто-андезитовыми 3 - Ондум-Буреньская, 4 - Восточно-Таннуольская; В - базальт-риолитовыми ассоциациями 4 - Систиг-Хемская 5- Хемчикская; Г - позднекаледонские миогеосинклинального типа: IV - СФЗ орогенной стадии, раннеорогенные вулканогенно-молассоидные, впадины: 6 - Усинская, 14 - Тувинская. V - Мезозойские (посторогенной активизации): А - Кайнозойские молассоидные впадины: 6 - Убсунурская. Б - Юрские молассоидные угленосные: 6 - Улуг-Хемская (Кызылская впадина). VI - Глубинные разломы: 16 - Хемчикско-Куртушибинский, 17 - Азасский, 18 - Уюкский, 25 - Убсунур-Баянколький, 26 - Восточно-Таннуольский, 27 - Байсютский, 28 - Каа-Хемский, 33 - Карасуг-Улатайский, 35 - Усинский, 42 - Балыктыг-Хемский, 45 - Унгешский. VII - Точки МТЗ на профилях: а-а - Шушенское - Ак-Дурук, б-б - Можарка - Кызыл - Эрзин, в-в - Тээли - Сарыг-Сеп, г-г - Ак-Чарыз - Шивилинг, VIII - Очаговые зоны: 4 - Шагонарская

1. Методология 3D интерпретации кривых МТЗ

Перед магнитотеллурическими исследованиями стояли задачи на фоне электромагнитных полей, создаваемых неоднородностями верхней части разреза, определить параметры глубинных частей коры и разломов, секущих её. Алгоритм решения поставленной задачи включает: оценку размерности верхнего и нижнего структурных этажей, учета влияния “шумовой” части неоднородностей верхнего структурного этажа на кривые МТЗ путем их нормализации или построения максимальных кривых фазового тензора сfaz2, построение стартовых разрезов с(H) по 1D инверсии максимальных сmaxH кривых индукции и сfaz2, оценку на 3D моделях разрешающей способности кривых МТЗ выделять проводящие блоки коры и информативности их 1D инверсии [1]. Расчет МТ полей выполнен по программам Друзкина и Книжнермана [2] . землетрясение сейсмический зондирование флюид

3D геоэлектрическая модель построена методом подбора к экспериментальным кривым сmахН, сminН и argZmaxH модельных по профилям МТЗ Можарка - Кызыл, Шивилинг - Ак-Чарыз и Тээли - Сарыг-Cеп (рис. 2, рис. 3). Сопоставление кривых сmахН, сmахНМ для профиля Можарка - Кызыл дано на рис. 4. Относительные среднеарифметические погрешности подбора импедансов |ZmaxHМ| составляют на профилях: Можарка - Кызыл -maxH = 26 %, Шивилинг - Ак-Чарыз - maxH = 25% и Тээли - Сарыг-Сеп - maxH = 17%. В усеченном диапазоне периодов они значительно уменьшаются.

Рис. 2. Модель Шагонарского очага землетрясений. Вид с востока (пр. 4zу). На блоках - УЭС (широкие цифры), номера модельных т.н. и МТЗ (в скобках), сверху - названия разломов

Рассматриваемая часть Шагонарской очаговой зоны включает в себя CФЗ: Куртушибинскую (МТЗ 132 - 142), Тувинскую (МТЗ 147 - 174, МТЗ 1 - 30 и МТЗ 82 - 89), Улуг-Хемскую (МТЗ 174 - 180, МТЗ 100 - 114) и Ондум-Буренскую (МТЗ 180 - 185, 117 - 139)). Под Кызылской впадиной мощностью высокоомной верхней части осадков достигает двух километров, низкоомной трех, а на глубине 30 км расположен блок мощностью 20 - 30 км с с = 20 Омм, протягивающийся с юга на север на 60 км (рис. 2 - 3).

Севернее (МТЗ 134 - 160) в узле пересечения Азасского, Хемчикско-Куртушибинского, Усинского, Каа-Хемского и Уюкского разломов слой с с = 10 Омм воздымается к Н = 10 км. Возможно это зона влияния Баш-Хемской рифтовой системы, которая проявляется повышенной сейсмичностью и низкоскоростной нижней корой. Проводящие блоки в зоне влияния Азасского и Балыктыг-Хемского глубинных разломов приближены к дневной поверхности до Н = 2.5 км, где их с = 40 Омм. (рис. 2-3). Юго-восточнее Кызылской впадины проводники расположены на глубинах 35 - 45 км. Южнее и севернее очаговой зоны они погружается до Н = 40 - 50 км. В ее пределах, восточнее и севернее Кызылской впадины на глубине 30 км Т > 6000 С, а на границе Мохо (50 - 55 км) Т > 8000 достаточной для дегидратации пород.

Из рис. 3 видно, что 1D инверсии кривых сmaxНМ позволяет картировать проводники, но для восстановления параметров разреза необходимо выполнять 3D инверсию. Оценка разрешающей способности кривых показала, что решение обратной задачи методом подбора 3D кривых сmaxНМ к сmaxН позволяет приближенно оценить глубину разлома, наличие его контакта с блоками, расположенными вблизи и его УЭС [1]. Глубина до проводников в нижнем структурном этаже и их УЭС определяются со значительной погрешностью.

Согласно томографической модели вдоль профиля “Кварц”, кора и верхняя мантия под Кызылской впадиной Шагонарского очага характеризуется понижением скорости продольных волн VP на 2 - 3 %. Юго-восточнее впадины и под ней проводники, расположенные на глубинах 35 - 45 км, совпадает с зоной пониженных VP = 6.75 км/с (рис. 3). Связанная часть флюида, определенная при С = 10 г/л, составляет фс = 0.25 - 0.3 %, а полная, определенная по дефициту скорости продольных волн, фР = 1.2 - 1.5 % [1]. Проводящие блоки на Н = 10 км, расположены вблизи кровли волновода с VP = 6.05 км/с - фР = 0.5 - 2 % и фс, = 0.5 %. Доля связанного флюида в горной породе на Н > 35 - 45 км не превышает 20 - 25 % от полной массы , а на Н = 10 - 20 км она возрастает до 40 - 100 %.

Рис. 3. Сечения 3-D моделей (а - б) и (в) по профилям: a - 4zу (пр. Можарка - Кызыл), б - 3zу (т.н. 93 - 193 и пр. Шивилинг - Ак- Чарыз), в - 10zx (пр. Тээли - Сарыг-Сеп) и разрезы с(Н)М кривых сmaxH - в lgс(Oмм). Выше т.н. - номера МТЗ и разломы (в квадратах). Сверху названия СФЗ. Эллипсы - области пониженных скоростей VP (ГСЗ). Кружки - гипоцентры землетрясений выделенные МОВЗ (2002 г.) и ГСЗ (1986 г.). Ш_А 24-20, М_К 180 - 182 тт. МТЗ на пр. Шивилинг - Ак-Чарыз и Можарка - Кызыл). По оси У - масштаб логарифмический. Справа - шкала УЭС блоков

Результаты

1. Согласование границ проводящих блоков с доменами пониженных скоростей VР, зонами смены корреляции сейсмических волн, повышенного поглощения сейсмических волн позволяет стабилизировать решение обратной 3-D задачи МТЗ. Глубины до разломов и проводников, расположенных в верхней и средней частях коры, определяются с погрешностью превышающей

Рис. 4. Сопоставление модельных (широкие линии) и экспериментальных (тонкие линии) кривых сmaxH (левая карта), сminH (правая карта) на профиле Можарка - Кызыл в т. МТЗ:

а - 134 - 142 (т.н. 193 - 194), б - 145 - 148 (т.н. 184 - 183), в - 149 - 170 (т.н. 174), г - 170 - 174 (т.н. 154 - 155), д - 172 - 178 (т.н. 135 - 144), е - 180 - 184 (т.н. 105 - 116). Масштаб билогарифмический относительную погрешность подбора ZmaxНМ - maxH = 10 - 15 %. УЭС и глубина до проводников нижних частей коры вычисляются с погрешностью превышающей 100 %, как и их флюидонасыщенность. Но выводы о пределах изменения связанной доли флюида полезны для оценки проницаемости коры, так как их различия для структурных единиц достигают двух порядков.

2. Максимальными фс = 0.5 - 1.5 % характеризуются глубинные разломы на южном борту Центрально-Тувинского прогиба и на пересечении Курайского, Азасского, Каа-Хемского и Хемчикско-Куртушибинского разломов. Высокое содержание флюида свойственно и разломам субмеридионального и северо-западного направлений (Восточно-Таннуольский, Унгешский). Гипоцентры землетрясений концентрируются, как вблизи глубинных разломов с с = 200 - 300 Омм (северная ветвь Хемчикско-Куртушибинского), так и с с = 10 - 100 Омм (южная ветвь Хемчикско-Куртушибинского, Уюкский, Балыктыг-Хемский, Азасский и Байсютский). Низкие с коры обусловлены ее раздробленностью глубинными разломами. Об этом свидетельствует близость их к зонам повышенного поглощения обменных волн и пониженного теплового потока. Вдоль этих разломов восходящие движения составляют 1 - 1.6 мм/год, а на ограничивающих ими впадинах наблюдаются и разнонаправленные перемещения.

3. В очаговых зонах землетрясений на глубине 10 - 20 км УЭС уменьшается до 10 - 20 Омм, что свидетельствует о наполнении коры связанным флюидом с фс = 0.5 - 1.5 %. За их пределами проводящие блоки расположены глубже 40 км с фс = 0.3 - 0.4 % (рис. 3), Основная часть землетрясений расположена на глубинах до 15 - 20 км выше или вблизи кровли этих проводящих блоков. Это свидетельствует о том, что флюидонасыщенные пласты гасят пластовое напряжение.

Согласно данным метода МОВЗ и ГСЗ, под очаговыми зонами и выше границы Мохо кора характеризуется повышенной трещиноватостью.

4. Восточно-Тувинский, Убсунурский прогибы с максимальным содержанием связанного флюида в коре находятся в режиме субширотного горизонтального растяжения, в отличие от горных хребтов и поднятий. Что, возможно, связано с внутрикоровыми и мантийными движениями, способствующими поступлению флюида в верхние слои коры (Ребецкий и др., 2013). На Батеневском, Мрасском и Сангиленском устойчивых массивах проводящие разломы имеют УЭС значительно превышающие те, что получены в данной очаговой зоне [1].

Библиографический список

1. Белявский В.В., Геоэлектрическая модель Алтае-Саянской кладчатой области. Часть I и Часть II. LAP-LAMBERT. Academic Publishing. Saarbrucken, Deutschland. 2014. ISBN: 978-3659-39322-8, ISBN: 978-3659-52219-2.

2. Друскин В.Л., Книжнерман Л. А. Спектральный полудискретный метод для численного решения трехмерных нестационарных задач в электроразведке // Известия Акад. Наук СССР. Физика Земли 1988. № 8. С. 63 - 74.

3. Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых. Т. Алтае-Саянский регион и Забайкальско-Верхнеамурский регионы. Кн.1. Сборник научных трудов. М-во геологии СССР. Всесоюзный научно-исследовательский Геол. Ин-т; Под ред. П. С. Матросова, Г.Н. Шапошникова. Министерство геологии СССР. Л. «Недра». 1988. 299 с.

Аннотация

Keywords: magnetotelluric sounding, 3D inversion, resolution, impedance