Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 507, № 1, стр. 98-103

Лаптевоморский регион является относительно малоизученным сегментом границы Евразийской и Североамериканской плит, в котором срединно-океанический спрединг в Евразийском бассейне сменяется континентальным рифтингом на шельфе моря Лаптевых. Механизм этого геодинамического процесса далек от полного понимания.

Особенностям сейсмичности и тектоники Лаптевоморского региона посвящен ряд публикаций [1–6]. Были выдвинуты предположения о существовании одной или даже двух литосферных микроплит, в основном, основываясь на сейсмологических данных, а именно распределении относительно сильных землетрясений с магнитудами от 4 до 6 [1, 2]. С другой точки зрения, такие “микроплиты” могут являться коровыми деформируемыми образованиями, способными совершать горизонтальные перемещения по нижнекоровому пластичному астенослою [3].

Следует подчеркнуть, что первые модели современных геодинамических процессов в Лаптевоморском регионе, в основном, основывались на распределении сильных землетрясений, причем определение эпицентров землетрясений осуществлялось по данным отдельных наземных сейсмостанций. В дальнейшем, по мере развития российских региональных сейсмологических сетей представительность каталогов землетрясений улучшалась вследствие снижения магнитудного порога и ошибок локализации гипоцентров. Тем не менее для детального анализа сейсмичности и тектоники моря Лаптевых необходимы инструментальные наблюдения локальной микросейсмичности на основной части шельфа с помощью донных сейсмостанций (ДС), которых не проводилось вплоть до недавнего времени.

В рамках настоящей работы были использованы данные наблюдений автономных ДС, выполненных в серии морских экспедиций, которые проводились в 2018–2020 гг. и были направлены на комплексное изучение процесса массированного выделения пузырькового метана из морских осадков, которое сосредоточено, в основном, в окрестности сочленения хребта Гаккеля со структурами шельфа [7, 8]. Сейсмологическая программа работ была нацелена на поиск и анализ взаимосвязи тектонических процессов с разгрузкой метана из морских осадков в водную толщу, что особенно перспективно вследствие выявленного глубинного происхождения выделяемого метана на внешнем шельфе моря Лаптевых [9].

На рис. 1 представлены конструкция и внешний вид донных сейсмостанций МПССР, использованных в наблюдениях в море Лаптевых, а также схема постановки и расположение станций нескольких модификаций в экспериментах 2018–2020 гг. МПССР являются полностью автономными приборами, укомплектованными блоками широкополосных молекулярно-электронных и высокочастотных электродинамических сейсмических датчиков, а также гидрофоном. Регистрируемый диапазон частот 0.016–50 Гц. При обработке сейсмических записей также привлекались данные широкополосной сейсмостанции в п. Тикси, относящейся к сети ЕГС РАН [10]. Эти материалы были включены в подготовленный авторами наиболее представительный и актуальный каталог землетрясений моря Лаптевых, объединяющий электронные базы данных ЕГС РАН [10], ISC [11] и USGS [12] и использованный в работе при описании сейсмичности этого региона.

Рис. 1.

(а) Конструкция донных сейсмостанций МПССР разработки ИО РАН: 1 – трехкомпонентный широкополосный сейсмометр СМЕ-4311, 2 – трехкомпонентный короткопериодный сейсмометр (СВ-10 и СГ-10) на подвесе, 3 – гидрофон 5007 м, 4 – регистратор сейсмических сигналов URS-S, 5 – модуль цифрового компаса, 6 – блок батарей, 7 – защитный кожух для гидрофона, 8 – дюралевая сфера, 9 – бетонный балласт. (б) Внешний вид донной сейсмостанции МПССР на НИС “Академик Мстислав Келдыш”, осень 2018 г. (в) Расположение донных сейсмостанций, которые проработали несколько месяцев и были успешно подняты: ст4, ст5, С – в сезон 2018–2019 гг.; ст3, Т2 – в сезон 2019–2020 гг. (T – наземная сейсмостанция ЕГС РАН в п. Тикси). (г) Схема постановки системы сейсмостанция–веревка–балласт, использующаяся при диапазоне глубин до 80 м с возможностью последующего подъема станции тралением.

Распределение эпицентров землетрясений и схема основных тектонических структур в акватории моря Лаптевых показаны на рис. 2 а. В распределении землетрясений можно выделить узкую полосу их эпицентров на спрединговом хребте   Гаккеля  и  область  эпицентров  между п-овом Таймыр, дельтой р. Лена и Новосибирскими островами, которая охватывает основные структуры шельфа моря Лаптевых.

Рис. 2.

(а) Сейсмичность моря Лаптевых и схема основных структурных элементов, составленная с использованием [1, 4–6]. 1 – эпицентры землетрясений из сводного каталога ЕГС РАН, ISC и USGS; 2 – эпицентры землетрясений, зарегистрированных донными сейсмостанциями; 3 – Евразийский бассейн; 4 – континентальный склон; 5 – шельф; 6 – Лено-Таймырская зона пограничных поднятий; 7 – Восточно-Лаптевоморская провинция горстов и грабенов (ВЛПГГ); 8 – рифтогенные прогибы: I – Усть-Ленская рифтовая система; II – рифтовая зона Анжу; 9 – основные рифты и грабены Лаптевоморской рифтовой системы: Ia – Усть-Ленский; Iб – Омолойский; IIа – Анисин; IIб – Заря; IIв – Бельковско-Святоносский; 10 – детачменты растяжения; 11 – Хатангско-Ломоносовкая зона разломов; 12 – сдвиги; 13 – надвиги; Г – хребет Гаккеля; Т – п-ов Таймыр; Л – дельта реки Лены; Н – Новосибирские острова; Б – о. Бельковский; заливы: Х – Хатангский; А – Анабарский; О – Оленёкский; БХ – Буор-Хая; Я – Янский. А–Б – положение профиля, приведенного на рис. 2 б. (б) Фрагмент интерпретированного разреза по сейсмическому профилю А–В (МАГЭ А4, по [5] с изменениями), положение профиля – на рис. 2 а. 1 – Син- и пост-рифтовые отложения; 2 – верхняя кора; 3 – нижняя кора; 4 – верхняя мантия; 5 – основные детачменты растяжения; 6 – листрические сбросы; 7 – граница Конрада; 8 – граница Мохоровичича. УЛР – Усть-Ленская рифтовая система; ВЛПГГ – Восточно-Лаптевоморская провинция горстов и грабенов; РЗА – рифтовая зона Анжу.

Зона многочисленных эпицентров, приуроченная к Лено-Таймырской зоне пограничных поднятий [1], протягивается по южному обрамлению моря Лаптевых от п-ва Таймыр через Анабарский и Оленёкский заливы к дельте Лены и заливу Буор-Хая. Другая отчетливая зона концентрации событий прослеживается от хребта Гаккеля в направлении Янского залива. Она приурочена к т.н. Восточно-Лаптевской провинции горстов и грабенов (ВЛПГГ) и заключена между двумя детачментами растяжения, т.е. главными пологими или субгоризонтальными сбросами/срывами, по которым реализуются деформации простого сдвига в вертикальной плоскости [13]. ВЛПГГ рассматривается как регион, затронутый деформациями растяжения [2]. Преобладание деформаций растяжения в пределах ВЛПГГ подтверждается известными механизмами очагов землетрясений [4]. Восточный детачмент растяжения является восточной границей цепи рифтов Анисин, Заря и Бельковско-Святоносский, а западный детачмент растяжения маркирует восточную границу системы Усть-Ленского и Омолойского рифтов. На рис. 2 б приведен сейсмогеологический разрез по профилю, проходящему через Усть-Ленскую рифтовую систему (УЛР), ВЛПГГ и рифтовую зону Анжу (РЗА) [5], демонстрирующий положение упомянутых детачментов растяжения в вертикальной плоскости.

В распределении эпицентров в пределах ВЛПГГ (рис. 2 а) можно отметить несколько особенностей. Во-первых, эпицентры землетрясений этой структуры не являются непосредственным продолжением полосы событий, приуроченных к хребту Гаккеля, а смещаются от нее в северо-восточном направлении. Смещение маркируется облаком эпицентров субширотного простирания и происходит в том месте, где Хатангско-Ломоносовская зона разломов (ХЛЗР) отделяет Евразийскую океаническую котловину от внутриконтинентальной Лаптевоморской рифтовой системы. Положение ХЛЗР также отражается в аномальных геофизических полях и в волновой сейсмической картине на разрезах [14, 15].

Во-вторых, в пределах ВЛПГГ эпицентры землетрясений не распределяются равномерно, а образуют несколько крупных зон скопления очагов. Визуально можно выделить как минимум три крупных кластера: самый северный протягивается от ХЛЗР в субдолготном направлении на юг вплоть до 76° с.ш.; центральный кластер примыкает к о. Бельковский с западного и северо-западного направления; южный кластер, наиболее протяженный, расположен юго-западнее о. Бельковский и вытянут в направлении к дельте р. Лена. Кластеризация пояса сейсмичности, приуроченного к ВЛПГГ, может быть связана с возможным пересечением этой провинции сдвиговыми разломами, на присутствие которых указывается в некоторых работах [2], и соответственной сегментацией восточного детачмента растяжения.

В-третьих, от места сочленения хребта Гаккеля с шельфом моря Лаптевых в юго-западном направлении прослеживаются две линейные цепочки эпицентров: одна протягивается вдоль ХЛЗР до Хатангского залива, вторая – немного южнее, параллельно ХЛЗР, до Анабарского залива. В структурном плане очаги этих землетрясений приурочены к УЛР. Они проявляются на отдельных разломах этой рифтовой системы вблизи ее пересечения с ХЛЗР. Это может свидетельствовать о продолжающейся активности этой структуры.

Анализ полученной картины сейсмичности и ее сравнение с распределением основных разломных зон и тектонических структур в море Лаптевых позволил сделать ряд новых выводов:

1. Зона концентрации землетрясений, которая протягивается от хребта Гаккеля в направлении Янского залива, приурочена к ВЛПГГ и заключена между двумя детачментами. Геометрия вертикального разреза детачментов растяжения, приведенного в работе [5], дает основание предположить, что в настоящее время активным является только восточный детачмент растяжения. Это подтверждает предположение о смещении оси растяжения в восточном направлении [16].

2. Поле эпицентров в пределах ВЛПГГ не является продолжением полосы событий, приуроченных к хребту Гаккеля, а смещено в северо-восточном направлении. Смещение маркируется облаком эпицентров субширотного простирания и дает основание утверждать, что ХЛЗР, отделяющая хребет от ВЛПГГ, является в настоящее время активной по крайней мере в ее северо-восточном сегменте. Кроме того, цепочка землетрясений, прослеживающаяся вдоль ХЛЗР от области смещения по направлению к Хатангскому заливу, может свидетельствовать о продолжающейся слабой активности ее юго-западного отрезка.

3. В пределах ВЛПГГ эпицентры землетрясений не распределяются равномерно, а образуют несколько крупных зон скопления очагов. Такая кластеризация пояса сейсмичности может быть связана с возможным пересечением этой провинции сдвиговыми разломами, на присутствие которых указывается в некоторых работах [2], и соответственной сегментацией восточного детачмента растяжения.

4. Пространственное распределение землетрясений моря Лаптевых, построенное с учетом эпицентров микро- и слабых сейсмических событий на шельфе (1 < M < 3), представленное на рис. 2 а, не имеет достаточно четких границ, определяющих контуры выделяемой в работе [1] литосферной микроплиты. Для объяснения тектонической обстановки исследуемого района скорее подходит геодинамическая модель верхнемантийной конвекции в Арктическом регионе, представленная в работе [17].