Комплексная интерпретация сейсмотомографических и геоэлектрических моделей для оценки геодинамических процессов в литосфере Крыма

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 550.837:551.24(477)

Институт геофизики НАН Украины

КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ И ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛИТОСФЕРЕ КРЫМА.

Бурахович Т.К.

Кушнир А.М.

Как правило, сейсмичность связывается с процессами, обусловленными проявлениями плитовой тектоники, в частности с приуроченностью сейсмически активных регионов к зонам субдукции на границах литосферных плит. В настоящее время все больше внимания уделяется связи сейсмичности с процессами дегазации Земли [1]. Они соотносятся в условиях нестационарных процессов, характерных для геологической среды, с быстрыми и разномасштабными вариациями объемно-напряженного состояния, которые рассматриваются как реакция среды на взаимодействие восходящих потоков легких газов (гелий, водород) с твердой фазой. Эти взаимодействия оказывает значительное влияние на структуру и динамическое поведение материалов в геологической среде. Нашей задачей является установление связи сейсмичности Крымского региона с возможными проявлениями субдукционных процессов и процессов глубинной флюидизации. Для этого к рассмотрению привлекаются анализ скоростного строения мантии под данным регионом с его окружением и геоэлектрических процессов в коре.

По данным 3D Р-скоростной модели мантии под Евразией, полученной методом Тейлорового приближения, предложенным В.С.Гейко, мантия под Скифской плитой является пограничной между стабильной под Восточно-Европейской платформой (ВЕП) и активизированной под Черноморской впадиной. Присутствие высокоскоростных наклонных слоев в верхней мантии и ее переходной зоне создает предпосылки для повышенной сейсмичности Крыма.

Рассмотрение мантийных скоростных границ южной окраины ВЕП [2], показывает, что, согласно долготным сечениям [3] высокоскоростная переходная зона верхней мантии под Крымом является частью высокоскоростного слоя, распространяющегося, начиная от мантии под Афро-Аравийской платформой в переходную зону мантии под ВЕП, что может создавать условия для активизации верхней мантии.

Отмечается приуроченность эпицентров к области пограничной вилки, которая определена началом и концом распространения высокоскоростного слоя переходной зоны южного окружения в переходную зону мантии под ВЕП. Учитывая преимущественность поверхностных землетрясений и приуроченность их к мантийной пограничной области, можно ожидать их связь со сверхглубинными мантийными процессами.

Согласно [1, 4] скоростные мантийные колонки соотносятся с проявлением сверхглубинных мантийных флюидов. Выделяется три основных области [2] мантийных субвертикальных колонок: под поднятием Андрусова, под северо-западным шельфом Черного моря, восток Крыма (под западным окончанием Индоло-Кубанского прогиба (Керчь-Тамань, Сивашская впадина). Выделенным областям соответствуют области повышенного теплового потока [5].

аб

Рис. 1. Пограничная вилка и эпицентры землетрясений согласно бюллетеням ISC за период 1964-2012 г.г. (а); Долготные сечения 33-36° с.ш. (б).

Начиная с 2007 по 2013 г.г. Институтами НАН Украины были выполнены современные экспериментальные МТ/МВ исследования вдоль 9 профилей в 48 пунктах. Получены кондиционные 5-компонентные записи электромагнитного поля, синхронные с еще одной полевой точкой и одним базисным МВ пунктом обсерватории Дымер [6]. Материалы такого уровня удовлетворяют требованиям, к применению процедур синхронного оценивания передаточных операторов МТ/МВ полей программного комплекса PRC_MTMV [7], что в свою очередь позволило получить надежные оценки импеданса для периодов 10 - 10000 с, типперы для 50 - 4000 с и горизонтальный магнитный тензор [М] от 10 до 104 с (рис. 2). Пример псевдоразрезов электромагнитных передаточных операторов вдоль профилей “Евпаторийский” и “Феодосийский” представлены на рис. 2.

а

б

в

 г

Рис. 2. Псевдоразрезы МТ/МВ параметров вдоль профилей Евпаторийский (справа) и Феодосийский (слева):

а) компоненты реальной VEC_Re и мнимой VEC_Im частей типперов; б) главные компоненты Мхх и Муу тензора горизонтального аномального магнитного поля; в-г) кажущееся сопротивление (в - амплитудные ск и г - фазовые ц кривые) для меридионального (сxy; цxy) и широтного (сyx; цyх) направления. Вертикальная шкала в -lg T, горизонтальная в км.

Проанализировав полученные комплексные типперы и горизонтальные аномальные магнитные поля в широком диапазоне периодов можно предположить существование несколько протяженный субвертикальных проводяших структур или границы единого вытянутого проводника простирающегося в субширотном направлении в центральной части Скифской плиты.

Северная граница проходит по осевой части Северо-Крымского прогиба, через Михайловскую впадину и вероятно на западе связана с проводящей структурой Болградского глубинного разлома Придобруджинского прогиба. На восточном направлении, дойдя до Сивашского грабена, резко поворачивает на юго-восток и простирается вдоль Салгирско-Октябрьского разлома. В центальной части Крыма меняет направление на субширотное и следует вдоль Донузлавского разлома до его пересечения с Чонгарским разломом. Далее, к сожалению, из-за отсутствия наблюдений в этом районе можно только предположить, что эта граница протягивается на Керченском полуострове или наоборот, наблюдается ее разрыв, но экспериментальные исследования четко фиксируют проводящую структуру субширотного простирания, приуроченную к Северо-Крымскому шву между Северокерченской и Южнокерченской зонами Керченского полуострова. сверхглубинный флюид сейсмотомография земной

Южная граница субширотно проходит между Северо-Крымским прогибом и серией поднятий: Тарханкутским, Гамбурцева, Ильичевским, Новоселовским. Затем также, как и северная граница, в центральной части Тарханкутского полуострова резко меняет простирание на субмеридиональное и сечет как Новоселовское поднятие, так и Альминскую впадину. Еще раз резко менят направление на субширотной при пересечении с основным тектоническим швом между Скифской плитой и складчатым сооружением горного Крыма, следуя по нему на восток и далее на Керченском полуострове соединяется (или нет) с северной границей проводника в единую разломную структуру по южной окраине Керченско-Таманского прогиба.

По качественной интерпретацией данных МТЗ можно выделить несколько объектов высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии на разных глубинах. Так три аномальные зоны с верхней кромкой на глубинах (?) до 10 км наблюдаются: 1) на западе Крыма (ограничена с запада Евпаторийского-Скадовским, с востока Салгирсько-Октябрьским, на юге Донузлавской разломами, на севере региональным швом между ВЕП и Скифской плитой) - на юге пр. Краснополянский (? = 2-3 км, S-1000 см), вдоль пр. Евпаторийский (? = 1-5 км, S до 1500 См, углубление в центральной части профиля в ПК 17.5 км до ? = 10 км), на ПК 60 км и ПК 13.5 км пр. Саки (? = 3 км, S - от 1000 до 5000 См); 2) на востоке пр. Джанкойский (? от 2 до 5 км, S до 1000 См) в районе Чонгарского разлома - западного ответвления Мелитопольско-Новоцарицинськой зон разломов; 3) вблизи Керченского перешейка в районе Крымско-Керченского поднятия (ограничена на востоке Корсаксько-Феодосийским, на севере - Новотитаривським разломными зонами, по обе стороны от Северо-Крымского шва на западе Керченско-Таманского прогиба) - вдоль пр. Феодосийского (? = 2-5 км, S - от 1000 до 5000 См). В недрах земной коры можно выделить три аномальные зоны: 1) в Каркиникско-Северо-Крымском прогибе (? = 10-30 км, S до 5000 См) по данным вдоль профилей Черноморский, Краснополянский, Евпаторийский и Сакский; 2) в районе Юго-Керченского надвига (? = 10 км, S до 5000 см) по данным профилей Феодосийского и Керчь_2, западной границей является Корсакско-Феодосийский разлом; 3) субмеридиональная структура Керченско-Таманского прогиба к востоку от Горностаевского разлома (? = 10 км, S - от 2000 до 10000 См, с углублением в сторону Юго-Керченского надвига к ? = 20-50 км). Вероятно две последние между собой соединены по территории Юго-Керченского надвига. Аномалии электропроводности на границе земной коры и верхней мантии прогнозируются на Тарханкутском полуострове на западе от Евпаторийского-Скадовского разлома (? = 50 км) и на востоке Каркиникско-Северо-Крымского прогиба (? = 40-50 км) с S от 2000 до 8000 См (ограничена с запада Салгирско-Октябрским, с востока Чонгарским, на юге Донузлавской разломами, на севере региональным швом между ВЕП и Скифской плитой).

Комбинация методов МТЗ и МВП позволяет гораздо точнее и адекватнее к наблюдений экспериментальных данных построить модель распределения удельного сопротивления в рамках трехмерного среды. Это объясняется различными зависимостями распределения импедансов МТЗ и индукционных параметров МВП от глубины залегания проводников. Если в МТЗ глубина залегания ведущего слоя определяется затуханием электромагнитного поля в зависимости от периода, то в МВП глубина залегания определяется пространственным градиентом магнитовариацийних параметров.

Зоны проявления сверхглубинных флюидов, полученных по данным сейсмотомографии [2, 3], аномалиям высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии (результат квази-3Д моделирования [6]), повышенному тепловому потоку [5] и распространению гипоцентров землетрясений подтверждают связь сейсмичности Крымского региона с проявлением коллизионных процессов, и соответствие последних с проявлением сверхглубинных флюидных процессов.

Литература

1. Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Сейсмический процесс в зоне субдукции. Мониторинг фонового режима. М.: МГУЛ. 2014.100 с.

2. Цветкова Т. А., Бугаенко И. В. Сейсмотомография мантии под Восточно-Европейской платформой: мантийные скоростные границы // Геофизический журнал. 2012. т.34, №5. С. 161-170.

3. Бурахович Т.К., Кушнир А.М., Цветкова Т.О., Шумлянська Л.О. Комплексна інтерпретація сейсмотомографічних та геоелектричних моделей для оцінки геодинамічних процесів у літосфері Криму Наукові праці УкрНДМІ НАН України. Випуск 13(частина II). Донецьк, 2013. С. 12-26.

4. Павленкова Н.И. Структура земной коры и верхней мантии и механизм движения глубинного вещества // Вестник ОГГГГН РАН. 2001. № 4 (19). 18 с.

5. Kutas R.I., Kobolеv V.P., Tsvyashchenko V.A. Heat flow and geothermal modl of the Black sea depression // Tectonophysics. 1998. 291. p. 91-100.

6. Орлюк М.І., Сумарук Т.П., Сумарук Ю.П., Романец А.О. Оцінка вкладу індукційних струмів у вікову варіацію геомагнітного поля (за даними українських геомагнітних обсерваторій) // Геофизический журнал. 2014. т.36, №2. С. 111-120.

7. Varentsov Iv. M., Golubev N. G., Martanus E. R. et al. Magnetotelluric processing system PRC-MTMV and its applications // Russian-German Seminar "Actual Problems in Deep EM Studies" (Extended Abstracts). Moscow. OIFZ RAN. 1997. P. 51-52.

8. Бурахович Т.К., Кулик С.Н. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель тектоносферы Крыма // Геофизический журнал. 1999. т. 21, №3. С. 123-126.

Аннотация

Зоны проявления сверхглубинных флюидов, полученных по данным сейсмотомографии, аномалиям высокой электропроводности в земной коре и верхней мантии, повышенному тепловому потоку и распространению гипоцентров землетрясений подтверждают связь сейсмичности Крымского региона с проявлением коллизионных процессов, и соответствие последних с проявлением сверхглубинных флюидных процессов.

Ключевые слова: сейсмичность, скоростного строения мантии, аномалии электропроводности.

Размещено на Allbest.ru