Вулканология и сейсмология, 2023, № 2, стр. 83-96
Глубинное скоростное строение и сейсмичность Забайкалья (в створе опорного геолого-геофизического профиля 1-СБ)
В. М. Соловьев a, *, В. С. Селезнев b, А. С. Сальников c, В. В. Чечельницкий d, Н. А. Гилёва d, А. В. Лисейкин b, А. А. Брыксин b, **, Н. А. Галёва a
a Алтае-Саянский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”
630090 Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3, Россия
b Сейсмологический филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”
630090 Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3, Россия
c Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья
630091 Новосибирск, Красный просп., 67, Россия
d Байкальский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”
664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия
* E-mail: solov@gs.sbras.ru
** E-mail: fater.gs@gmail.com
Поступила в редакцию 09.08.2022
После доработки 20.09.2022
Принята к публикации 23.12.2022
- EDN: MHQASN
- DOI: 10.31857/S0203030623700086
Аннотация
Представлен анализ сейсмичности и глубинного строения Забайкалья в створе опорного геофизического профиля 1-СБ. Установлено сложное неоднородное строение земной коры и верхней мантии. Мощность земной коры изменяется от 40 км в юго-восточной части профиля и на участках межгорных впадин в северо-западной части до 48 км на участках горных хребтов. Сильно изменяются и значения граничных скоростей по границе М от повышенных значений в 8.4‒8.5 км/с для Р‑волн и 4.9‒4.95 км/с для S-волн (в особенности в юго-восточной части профиля) до пониженных значений в 7.8‒8.0 км/с для Р-волн и 4.6‒4.7 км/с для S-волн на участке Байкальской рифтовой зоны в северо-западной части профиля. Сильное неоднородное строение среды по значениям скоростей упругих волн, отношениям скоростей Vp/Vs и коэффициенту Пуассона установлено для верхней и средней коры на глубинах 8‒20 км. Установлена приуроченность зон повышенной сейсмичности к блокам земной коры с неоднородным скоростным строением по данным разнополяризованных Р- и S‑волн. Повышенной неоднородностью в верхней части земной коры по данным скоростей упругих волн и вторичных параметров среды (отношениям Vp/Vs, параметру K* = Vp/(γ ‒ 1), где γ = Vp/Vs, коэффициенту Пуассона (σ)) характеризуется район Байкальской рифтовой зоны, в непосредственной близости от крупнейшего Муйского землетрясения 1957 г. с М = 7.6. Выделен в створе профиля также ряд других неоднородных глубинных зон по аномалиям скоростей Р- и S-волн и вторичных параметров среды, в разной степени коррелирующих с сейсмоактивными участками по данным многолетних инструментальных наблюдений. Установленная однозначная связь крупных неоднородных зон верхней коры Забайкалья с накоплением напряжений и их разрядкой в виде сильных землетрясений позволяет делать обоснованным среднесрочный прогноз катастрофических событий.
ВВЕДЕНИЕ
Площадь исследований охватывает юго-восточную часть Забайкалья и Северное Прибайкалье. В структурно-тектоническом плане она находится в пределах крупных тектонических структур Центрально-Азиатского складчатого пояса (рис. 1а). Длительный и сложный процесс эволюции этого крупнейшего складчатого пояса в различных геодинамических обстановках [Зоненшайн и др., 1976], мозаичное переплетение в его пределах разнородных тектонических структур, развитие в регионе магматических и, прежде всего, вулканогенных пород свидетельствуют о сложном неоднородном строении коры и мантии территории Забайкалья и Прибайкалья. Одной из значимых тектонических единиц площади исследований является крупнейшая на Евразиатском континенте Байкальская рифтовая зона (БРЗ), протягивающаяся примерно на полторы тысячи километров с юга-запада на северо-восток (см. рис. 1б), характеризующаяся современным растяжением коры и чередованием в ее пределах крупных рифтовых впадин и сопряженных с ними поднятий в горах. Сейсмичность значительной части Забайкалья по данным инструментальных наблюдений (см. рис. 1б) определяется как умеренная и слабая [Соловьев, 1985; Солоненко, 1968]. Всего за последние 60 лет сейсмологи зафиксировали в Забайкалье 18 землетрясений с магнитудой свыше 4.5. Наиболее сейсмичной является северная часть Забайкалья и Северного Прибайкалья в пределах Байкальской рифтовой зоны (БРЗ), где в 1957 г. произошло крупнейшее землетрясение для всей территории Прибайкалья и Забайкалья – Муйское землетрясение с магнитудой 7.6 и интенсивностью сотрясений 10 баллов. Северо-Муйский район в Северном Прибайкалье в настоящее время является одним из самых сейсмоактивных, в котором ежегодно регистрируются до 800 землетрясений с магнитудой М ≥ 1.1 и средними глубинами землетрясений в 5–15 км. Земная кора этого региона находится в условиях растяжения.
Что касается восточной и южной части площади исследований, сильные ощутимые землетрясения на них происходят достаточно редко и потому пристально изучаются. К одним из таких крупных сейсмических событий относится Балейское землетрясение 2006 года с М = 4.7 вблизи г. Балей Забайкальского края (51.710 с.ш., 116.420 в.д., см. рис. 1б), которое охватило значительную площадь и было зарегистрировано всеми станциями сети БФ ФИЦ ЕГС РАН [Мельникова и др., 2011, 2014; Радзиминович и др., 2012].
Большинство землетрясений приурочено к неоднородностям физико-механических свойств среды [Radziminovich et al., 2016; Пузырев, 1993; Соловьев и др., 2003; Солоненко, 1968]. Отсутствие детальной геофизической и, прежде всего, сейсмической информации о сейсмоактивной среде делает зачастую, практически невозможным предсказание развития сейсмических процессов в активизированных зонах.
Ниже, в створе опорного 1200-километрового геофизического профиля 1-СБ проведено исследование взаимосвязи между глубинной структурой и сейсмичностью в этом регионе. Неоднородные глубинные структуры в створе профиля в крупных тектонически-активных областях (таких, как БРЗ) Центрально-Азиатского складчатого пояса являются зонами накопления напряжений и их разрядке в виде катастрофических землетрясений и длительной последовательности афтершоков.
ОСОБЕННОСТИ ГЛУБИННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ НА ОПОРНОМ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОМ ПРОФИЛЕ 1-СБ
Методические аспекты полевых наблюдений
Профиль 1-СБ (Восточный участок) является одним из опорных геолого-геофизических профилей, выполняемых Роснедра на территории России [Соловьев и др., 2016; Kashubin et al., 2017; Кашубин и др., 2018; Pavlenkova et al., 2020]. Вдоль него выполнен комплекс геофизических исследований, включающий методы ОГТ, КМПВ, ГСЗ, МТЗ и другие, направленные на изучение крупных металлогенических провинций Восточного Забайкалья и системное обновление фундаментальной геолого-геофизической информации о строении и динамике недр.
По результатам полевых сейсмических наблюдений было получено 46 годографов с записями рефрагированных Р- и S-волн от границ в земной коре, преломленных и отраженных Р- и S-волн от поверхности Мохоровичича на удалениях 0‒300 км. Максимальная дальность регистрации на ряде годографов достигала 400‒450 км [Соловьев и др., 2016, 2017а].
Непрерывный мониторинг сейсмичности проводится региональной сетью цифровых сейсмических станций ФИЦ ЕГС РАН, оснащенных, преимущественно, короткопериодной аппаратурой. От средней точки профиля 1-СБ на расстоянии 700 км расположено 30 сейсмостанций. На большей части территории прохождения профиля 1-СБ обеспечивается представительность регистрации землетрясений с магнитудой M = 2, только на юго-восточном 250-километровом участке наблюдается представительность хуже M = 3. В целом на территории Прибайкалья и Забайкалья за 70-летний период наблюдений (с 1950 г.) было зарегистрировано более 5000 сейсмических событий с М ≥ 3.0 (см. рис. 1б) или (более 200 000 сейсмических событий с М > 1.4), в том числе около 4800 событий с магнитудой М от 1.4 до 6.2 в 50-километровой полосе профиля 1-СБ.
Интерпретация и результаты глубинных сейсмических исследований
Основные положения интерпретации экспериментальных сейсмических данных и ряд результативных материалов по профилю 1-СБ изложены в работах [Соловьев и др., 2016; Соловьев и др., 2017а, 2017б], поэтому ниже представлены только главные результаты, относящиеся к исследуемой теме о связи сейсмичности Забайкалья и Прибайкалья с неоднородностями в земной коре по сейсмическим данным на профиле 1-СБ.
Поверхность Мохоровичича расположена на глубинах порядка 40 км в юго-восточной половине профиля и от 40 до 48 км в северо-западной части (рис. 2). Под крупными хребтами (Южно-Муйским, Северо-Муйским и Делюн-Уранским) мощность земной коры повышена до 45–48 км. Эффективная скорость распространения сейсмических волн до границы М по данным отраженных продольных и поперечных волн составляет соответственно 6.4–6.5 и 3.65–3.75 км/с.
Граничная скорость продольных волн по поверхности Мохоровичича имеет повышенные значения в 8.40 ± 0.15 км/с в юго-восточной половине профиля и в центральной части Баргузино-Витимского массива в пределах Муйской глыбы [Puzirev et al., 1979; Пузырев, 1981] (Х = 745–805 км) в северо-западной половине профиля (см. рис. 2а).
Пониженные значения граничной скорости Р‑волн от границы М в 7.8‒8.0 км/с отмечены в области сочленения Баргузино-Витимского массива и Бодайбино-Патомской складчатой системы Байкальской складчатой области (Х = 825–945 км). На других участках установлены нормальные значения граничной скорости продольных волн в 8.1 ± 0.1 км/с (см. рис. 2а). В целом, полученное распределение граничной скорости на профиле 1-СБ коррелирует с ее площадным распределением по материалам ГСЗ 70–80-х годов прошлого столетия [Puzirev et al., 1979; Пузырев, 1993; Крылов и др., 1990; Мишенькин и др., 1999; Суворов и др., 2002] и с результатами площадных сейсмологических исследований в пределах Забайкалья [Соловьев и др., 2017б].
Граничная скорость S-волн имеет повышенные значения в 4.85–4.95 км/с в юго-восточной части профиля 1-СБ (см. рис. 2б). В северо-западной части граничная скорость S-волн по границе М в целом изменяется от 4.6 до 4.9 км/с. Более высокие значения скорости S-волн (более 4.7 км/с) отмечаются в пределах Баргузино-Витимского массива (особенно в районе Муйской глыбы) и в северо-западной части Бодайбино-Патомской складчатой системы (см. рис. 2б). Пониженные значения граничной скорости S-волн по границе М в 4.6 км/с отмечены в области сочленения Баргузино-Витимского массива и Бодайбино-Патомской складчатой системы, Западно-Становой складчатой системы и Баргузино-Витимского массива (см. рис. 2б).
Чрезвычайно неоднородна по распределению скоростей Р- и S-волн верхняя часть земной коры до глубин 10–15 км (см. рис. 2). По данным продольных волн на глубинах 5–15 км в пределах профиля выделяются несколько высокоскоростных блоков со скоростью 6.3‒6.5 км/с. Зоны повышенных скоростей прослеживаются в северо-западной части Газимурского блока, Пришилкинской зоне, Букачача-Сырыгичинском блоке, Баргузино-Витимском массиве, в области сочленения Баргузино-Витимского массива и Бодайбино-Патомской складчатой системы и в северо-западной части Бодайбино-Патомской складчатой системы.
Зоны пониженных скоростей (6.0–6.1 км/с) на тех же глубинах выделяются в центральной части Газимурского блока, в области сочленения Букачача-Сырыгичинского и Жирекенского блоков, в юго-восточной и центральной части Баргузино-Витимского массива и в центральной части Бодайбино-Патомской складчатой системы. Значения пластовой скорости в средней части земной коры составляют 6.4–6.5 км/с; в нижней части разреза – 6.6–6.7 и 6.7–6.8 км/с для юго-восточной и северо-западной частей профиля соответственно (см. рис. 2а).
По данным S-волн выделяются зоны пониженных значений скорости (около 3.4–3.5 км/с) в самой верхней части разреза на юго-востоке профиля в пределах Заурулюнгуйского, Борщовочного и южной части Букачача-Сырыгичинского тектонических блоков (см. рис. 2б), зоны повышенных значений (около 3.6–3.7 км/с) в Газимурском блоке, Пришилкинской зоне, Жирекенском и Букачача-Сырыгичинском блоках. В северо-западной его части наиболее высокими значениями скорости поперечных волн в верхней части земной коры (3.65–3.75 км/с) характеризуются высокогорные участки в пределах Селенгино-Станового блока Селенгино-Становой складчатой системы, Баргузино-Витимского массива и Патомского нагорья Байкальской складчатой области (см. рис. 2б).
Пониженные значения скорости S-волн (3.0–3.3 км/с) установлены на участках межгорных впадин (Муйско-Кондинская впадина, 740–790 км и др.) и на участке Ангаро-Ленской моноклизы Сибирской платформы. На глубинах 10–15 км скорость поперечных волн в целом по профилю возрастает до 3.65–3.75 км/с. Значения пластовой скорости S-волн в нижней части земной коры по профилю составляют 3.85–3.95 км/с в юго-восточной части профиля и 3.75–3.85 км/с – в северо-западной.
По соотношению скоростей P- и S-волн в верхней коре профиля явно выделяются значительные участки пониженных значений отношений Vp/Vs (1.60–1.70) (рис. 3а). В самой верхней части земной коры это блоки: Заурулюнгуйский (30–60 км), Газимурский (100–210 км) и Букачача-Сырыгичинский (360–450 км, на глубине 10–15 км). В северо-западной половине профиля участки с такими значениями отношений Vp/Vs на глубинах 3–25 км (640–870 км) пространственно совпадают с крупными хребтами: Каларским, Южно- и Северо-Муйским и Делюн-Уранским. Под Каларским и Делюн-Уранским хребтами зоны пониженных отношений Vp/Vs расположены на меньших глубинах, чем под Южно- и Северо-Муйским. Между крупными хребтами в верхней части земной коры выделяются зоны повышенных отношений Vp/Vs в 1.75–1.80. В Бодайбино-Патомской складчатой системе (930–1120 км) зоны пониженных отношений Vp/Vs (1.60–1.70) прослеживаются на небольших глубинах (3–10 км). На участке 875–925 км указанная система отделена от Баргузино-Витимского массива зоной повышенных отношений Vp/Vs (1.75–1.80), прослеживающейся до глубины 25 км.
Аналогично отношению скоростей P- и S‑волн установлено распределение значений коэффициента Пуассона (σ) (см. рис. 3б). Наиболее контрастные его изменения в верхней коре на глубинах 8‒20 км отмечены на участках Газимурского блока (σ = 0.21–0.27), в области сочленения Аргунского массива с Монголо-Забайкальской складчатой системой (σ от 0.22 до 0.30), в пределах Жирекенского блока (σ = 0.20–0.26), в области сочленения Западно-Становой складчатой системы и Баргузино-Витимского массива (σ = 0.20–0.26), в пределах Баргузино-Витимского массива (σ = 0.20–0.28) и в Бодайбино-Патомской складчатой системе (σ = 0.21–0.25) (см. рис. 3б).
Работы ГСЗ в створе опорного профиля 1-СБ выполнялись в рамках методики точечных сейсмических зондирований [Пузырев, 1975, 1993; Крылов, 2006]. Согласно данной методики точность определения полученных выше скоростей в статье составляет ±0.1 км/с, а границ ~3% от глубины.
К АНАЛИЗУ СЕЙСМИЧНОСТИ В СТВОРЕ ПРОФИЛЯ 1-СБ
С использованием полученной в пределах профиля 1-СБ сейсмической информации по данным разнополяризованных Р- и S-волн проведен анализ аномалий в распределении упругих параметров и сейсмичности вдоль профиля (по данным многолетних наблюдений, см. рис. 1б). Достаточно информативными по изучению зон неоднородностей как в верхней части земной коры, так и в целом во всей земной коре и мантии являются структурные параметры среды (мощности отдельных слоев и всей толщи коры), активные разломы и упругие параметры среды [Glaznev et al., 1989; Wang et al., 2013; Artemieva et al., 2002; Carbonell et al., 2013; Пузырев, 1993; Соловьев и др., 2003]. Для верхней толщи земной коры сейсмоактивных зон информативным является также параметр K* = Vp/(γ ‒ 1), где γ = Vp/Vs, связанный со скоростями P- и S-волн. В сейсмологии этот параметр называется фиктивной скоростью. Повышенные значения параметра K* (до 9–10 км/с) отвечают кристаллическим породам с высоким содержанием кремнезема (SiO2), с повышенным модулем сдвига и удельной энергоемкости [Крылов, 2006]. Детальный анализ площадного распределения параметра K* в Алтае-Саянском регионе показал его высокую информативность при выявлении неоднородностей в земной коре, к границам которых тяготеют крупнейшие землетрясения [Соловьев и др., 2007]. Так, протяженная 90-километровая афтершоковая зона Чуйского землетрясения 2003 г. (с М = 7.3) коррелирует с зоной перехода от высоких (до 9.2 км/с) к низким (до 8.0–8.2 км/с) значениям исследуемого параметра. При этом сама афтершоковая зона (длинная ось эллипса афтершоков) расположена по касательной к границам блоков с неоднородным строением. Подобный факт отмечен также и для крупного Урэг-Нурского землетрясения 1970 г. (с М = 7.0) на юге Алтая. По-видимому, области среды между однородными (по упругим свойствам) блоками менее прочны (более нарушены региональными и локальными разломами), что способствует распространению в них афтершокового процесса с высвобождением накопленной в земной коре энергии.
Ниже, на профиле 1-СБ, проведен подобный анализ пространственной связи параметра К* и других физически содержательных параметров (распределения коэффициента Пуассона, модулей сдвига и др.) с сейсмичностью территории Забайкалья. Распределение параметра K* по профилю 1-СБ (рис. 4б) для верхней части земной коры показывает, что чрезвычайно неоднородной является земная кора области сочленения Аргунского массива и Монголо-Забайкальской складчатой системы Амурской складчатой области, Селенгино-Становой складчатой области, северо-западной части Баргузино-Витимского массива Байкальской складчатой области и юго-восточной части Бодайбинско-Патомской складчатой системы, где в глубинном распределении параметра K* (на глубинах 5–20 км) отмечается чередование зон пониженных (7.1–8.0 км/c) и повышенных (до 9.2–10.5 км/с) значений. Достаточно контрастными выглядят эти зоны и в отношении скоростей Vp/Vs и значениях коэффициента Пуассона (см. рис. 3).
Проведенный анализ сейсмичности (см. рис. 4а) в 50-километровой полосе профиля показывает, что около 85% землетрясений (из выделенных 4800 событий с магнитудой от 1.4 до 6.2) приходятся на участок 670–820 км в пределах Байкальской рифтовой зоны. Здесь, в непосредственной близости от профиля 1-СБ (около 70 км на северо-восток от места пересечения с профилем ГСЗ 1983 г., см. рис. 1б), в 1957 г. произошло крупнейшее Муйское землетрясение с магнитудой 7.6 [Солоненко, 1968; Соловьев, 1985].
Выраженной локальной сейсмичностью, хотя и менее сильной, чем в рифтовых впадинах, отмечается участок Х = 420–480 км в пределах Нерча-Юмурченского блока Селенгино-Становой складчатой области (рис. 5); слабо сейсмичной является зона Амурской складчатой области и Бодайбино-Патомской складчатой системы (см. рис. 1б, 5).
Из графиков на рис. 4а и 5 следует также, что даже при малом количестве событий в южной части площади выделенная сейсмическая энергия достаточно ощутима. Высокая контрастность зоны (Х = 210–260 км) в параметрах Vp/Vs, σ и K*, а также регистрация в районе Борщовочного хребта Балейского землетрясения с М = 4.7 (см. рис. 5) указывают на вероятность возникновения сильных землетрясений и в других малосейсмичных зонах, где по сейсмическим данным отмечены значительные неоднородности в верхней части земной коры. Подобный факт возникновения сильных землетрясений при в целом слабой и умеренной сейсмичности территории ранее отмечен был исследователями и для Западного Забайкалья [Мельникова и др., 2014].
К таким “потенциально сейсмичным” зонам, кроме выделенных выше областей с повышенной сейсмичностью, можно отнести участки Х = 260–290 км (в пределах Борщовочного хребта), Х = 320–380 км (в пределах Шилкинского хребта), Х = 610–650 (Витимское плоскогорье), Х = = 1000–1040 км (северо-восток Бодайбино-Патомской складчатой системы) (см. рис. 1, 5).
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ СРЕДЫ В РАЙОНЕ МУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 1957 г. с М = 7.6
Детальные сейсмические исследования 1970–1980 гг. в Муйском регионе установили, что и спустя два десятилетия после Муйского землетрясения земная кора находится в напряженном состоянии; выявлено ее неоднородное строение по параметрам: мгновенная прочность на сдвиг, упругая энергоемкость, коэффициент Пуассона, отношение скоростей Р- и S-волн [Пузырев, 1993; Мишенькин и др., 1999]. Значительный контраст отмечается также и по рассчитанному в настоящей статье параметру K* в верхней коре района Муйского землетрясения на профиле ГСЗ 1983 г. (см. рис. 1б, 6), что еще раз подтверждает его информативность как вторичного параметра при анализе сейсмогенных зон.
Пониженные значения параметра К* (8.0–8.2) отмечаются на участке Кондинской впадины (Х = = 230–270 км), повышенные значения К* (до 9.0–9.8) – на участках хребтов Станового нагорья (Х = 160–230 км) (см. рис. 6). Зона с повышенными значениями К* характеризуется также повышенными значениями скорости продольных волн во всей толще земной коры и обособляется исследователями как зона сейсмического затишья [Пузырев, 1993]. На ортогональном профиле 1-СБ указанная высокоскоростная зона (по параметру К*) обособляется на участке Х = 730–770 км (см. рис. 4б), а зона с пониженными значениями К* на участке Х = 780–810 км. Наглядно зону сейсмического затишья в месте пересечения профилей 1-СБ и ГСЗ 1983 г. иллюстрируют карты эпицентров землетрясений с М ≥1.4 и их плотности по данным за период 1975–2014 гг. (рис. 7).
Площадка осреднения составляет для карты плотности по φ = 0.05°, по λ = 0.07°, что примерно соответствует прямоугольнику 6 × 4 км. Из сравнения фрагментов разрезов по параметру К* на рис. 4б и рис. 6 следует также, что более сильный контраст в значениях К* отмечается на ортогональном профиле 1-СБ: от 7.4 до 10.5 км/с на профиле 1-СБ и от 8.2 до 10.0 км/с на профиле ГСЗ 1983 г.
Выделяемое под зоной сейсмического затишья в области пересечения профилей в земной коре высокоскоростное тело на основе анализа ряда вторичных параметров среды (плотности, модулей объемного сжатия, удельной упругой энергоемкости, сдвига и др.) охарактеризовано исследователями как область аккумуляции упругой потенциальной энергии, разрядка которой на краевых его участках привела к возникновению крупных землетрясений (Северобайкальского 1917 г. и Муйского 1957 г. соответственно в западной и восточной его ограничениях) [Пузырев, 1993; Мишенькин и др., 1999]. Исследователями особо подчеркивается повышение в его пределах модуля сдвига на 15‒20% от среднего значения в изученной области. Вследствие этого тело обладает относительно повышенной способностью к накоплению упругой потенциальной энергии при его деформировании приложенными силами. Пониженный контраст в значениях К* на профиле ГСЗ 1983 г. в районе Муйского землетрясения по сравнению с более сильным его изменением на профиле 1-СБ может быть обусловлен повышенной разрушенностью среды зоны Муйского землетрясения. Для данного участка отмечается более высокая плотность эпицентров землетрясений (см. рис. 7); кроме того, аномальные участки с пониженными значениями К* в сопредельных с высокоскоростным блоком на профилях сильно отличаются по значениям коэффициента Пуассона: более низкие значения σ (около 0.25) отмечены в зоне Муйского землетрясения, в то время как на участке Х = 780‒810 км на профиле 1-СБ коэффициент Пуассона повышен до 0.28. Повышенный контраст аномалий в верхней коре в северо-западной части выделенного тела свидетельствует о сильном напряженном состоянии рассматриваемой зоны, разрядка которого может привести к катастрофическому землетрясению, подобного Муйскому. Начавшаяся в 2014 г. в Муяканском хребте, в непосредственной близости от профиля 1-СБ (порядка 50 км), мощная Муяканская последовательность землетрясений с главным толчком 23.05.2014 г. (M = 5.5) и большой серией афтершоков, в том числе и крупных [Мельникова и др., 2019], свидетельствует о начавшейся разрядке зоны с выделением значительной энергии. Примечательно, что примерно 100 лет назад (1917 г.) практически в этой зоне произошло крупное Северобайкальское землетрясение с магнитудой M = 6.6 (φ = 56.0, λ = 113.8) [Соловьев, 1985; Новый каталог, 1977].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ
Протяженный 1200-километровый опорный геолого-геофизический профиль 1-СБ пересекает ряд крупных тектонических структур Центрально-Азиатского складчатого пояса: Аргунский массив и Монголо-Забайкальскую складчатую систему Амурской складчатой области, Селенгино-Становую и Байкальскую складчатые области, Ангаро-Ленскую моноклизу Сибирской платформы. Столь разный состав крупных тектонических структур в пределах профиля, различающихся историй развития, характером сочленения и напряженного состояния, находит свое отражение и в сильном различии упругих и структурных параметров среды. В створе профиля 1-СБ установлено сложное неоднородное строение земной коры и верхней мантии. Граница Мохоровичича в юго-восточной части профиля залегает практически горизонтально на небольших глубинах около 40 км; в северо-западной части профиля отмечены сильные изменения ее глубин от 40 км во впадинах до 48 км в районе крупных хребтов, таких как Южно-Муйский, Северо-Муйский и Делюн-Уранский. Сильно изменяются и значения граничной скорости по границе М – от повышенных значений в 8.4–8.5 км/с для Р-волн и 4.90–4.95 км/с для S-волн (в особенности в юго-восточной части профиля) до пониженных значений в 7.8–8.0 км/с для Р-волн и 4.6–4.7 км/с для S-волн на участке Байкальской рифтовой зоны в северо-западной части профиля. Сильное неоднородное строение среды по значениям скоростей упругих волн, отношениям скоростей Vp/Vs и коэффициенту Пуассона установлено для верхней и средней коры. Наиболее контрастные их изменения в верхней кристаллической коре на глубинах 8–20 км отмечены на участках Газимурского блока, в области сочленения Аргунского массива с Монголо-Забайкальской складчатой системой, в пределах Жирекенского блока, в области сочленения Западно-Становой складчатой системы и Баргузино-Витимского массива, в пределах Баргузино-Витимского массива и в Бодайбино-Патомской складчатой системе. Крупные неоднородности среды складчатых областей в условиях повышенного напряженного состояния являются индикаторами сейсмичности. Анализ сейсмичности территории Прибайкалья и Забайкалья и глубинного строения на профиле 1-СБ показал на приуроченность зон повышенной сейсмичности к выделенным блокам земной коры с неоднородным скоростным строением. Повышенной неоднородностью в верхней части земной коры по данным скоростей упругих Р- и S-волн, отношению Vp/Vs, коэффициенту Пуассона и параметру К* в створе профиля, характеризуется район Байкальской рифтовой зоны, главным образом его центральная часть Х = 700–810 км. Различие в этих индикативных параметрах в сопредельных блоках кристаллической коры в рассматриваемой зоне на глубинах 5–15 км достигает большой величины в 40%. Выделенный на участке пересечения профиля 1-СБ с профилем ГСЗ 1983 г. блок с повышенными значениями упругих параметров и модуля сдвига, пониженными значениями отношений Vp/Vs и коэффициента Пуассона рассматривается как накопитель упругой потенциальной энергии, которая может разряжаться на краях. Именно в восточном его ограничении, в перемычке Муйско-Кондинской и Намаркитской впадин, и произошло крупнейшее Муйское землетрясение [Солоненко, 1968; Пузырев, 1993]. Земная кора этого участка спустя более полувека после землетрясения находится в напряженном состоянии, о чем свидетельствует значительное количество регистрируемых землетрясений (см. рис. 7). Контраст сейсмических аномалий на профиле 1-СБ в северо-западном ограничении выделенного блока более сильный, чем на участке Муйского землетрясения, что может свидетельствовать о повышенном здесь напряженном состоянии и может привести к крупнейшему землетрясению. Интенсивный афтершоковый процесс Муяканских землетрясений с 2014 по 2021 гг. указывает на начавшуюся разрядку этой напряженной зоны, в которой более 100 лет назад уже было крупное Северобайкальское землетрясение с М = 6.6.
В створе профиля 1-СБ выделен также ряд других неоднородных участков, как с выраженной локальной сейсмичностью (участок Х = 420–480 км в пределах Нерча-Юмурченского блока Селенгино-Становой складчатой области), так и потенциальных зон, в которых могут произойти достаточно ощутимые землетрясения. К ним можно отнести участки Х = 260–290 км (в пределах Борщовочного хребта), Х = 320–380 км (в пределах Шилкинского хребта), Х = 610–650 (Витимское плоскогорье), Х = 1000–1040 км (северо-восток Бодайбино-Патомской складчатой системы).
Список литературы
Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Моpaлев В.М. Глобальная тектоника, магматизм и металлогения. М.: Недра, 1976. 232 с.
Кашубин С.Н., Петров О.В., Мильштейн Е.Д. и др. Глубинное строение земной коры и верхней мантии Северо-Восточной Евразии // Региональная геология и металлогения. 2018. № 76. С. 9–21.
Крылов С.В., Мандельбаум М.М., Селезнев В.С. и др. Детальные глубинные сейсмические исследования в Верхнеангарском районе Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 1990. Т. 31. № 7. С. 17‒27.
Крылов С.В. Сейсмические исследования литосферы Сибири. Избранные труды. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2006. 345 с.
Мельникова В.И., Радзиминович Я.Б., Гилева Н.А. и др. Балейское землетрясение 6 января 2006 г.: отражение современной тектонической активности Восточного Забайкалья // Доклады Академии наук. 2011. Т. 437. № 6. С. 828‒832.
Мельникова В.И., Гилева Н.А., Радзиминович Я.Б., Масальский О.К. О возможности возникновения сильных землетрясений в Западном Забайкалье // Материалы Российской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева “Геофизические методы изучения земной коры”. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2014. С. 194‒198.
Мельникова В.И., Гилева Н.А., Середкина А.И., Папкова А.А. Сброшенные и кажущиеся напряжения в очаговых зонах сильных Муяканских землетрясений (Mw = 4.5–5.5) в 2014–2015 гг. (Байкальская рифтовая зона) // Материалы XVII Всероссийского совещания с международным участием “Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса: от океана к континенту” 15‒20 октября 2019 г. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2019. № 17. С. 173–175.
Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В. и др. Изучение земной коры и верхней мантии в Байкальской рифтовой зоне методом глубинного сейсмического зондирования // Физика Земли. 1999. № 7‒8. С. 74‒93.
Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. М.: Наука, 1977. 536 с.
Пузырев Н.Н. Методика рекогносцировочных глубинных сейсмических исследований.-Новосибирск: Наука, 1975. 158 с.
Пузырев Н.Н. Недра Байкала (по сейсмическим данным). Новосибирск: Наука, 1981. 105 с.
Пузырев Н.Н. Детальные сейсмические исследования литосферы на P- и S-волнах. Новосибирск: Наука, 1993. 199 с.
Радзиминович Я.Б., Мельникова В.И., Середкина А.И. и др. Землетрясение 6 января 2006 г. (Mw = 4.5): редкий случай проявления сейсмической активности в Восточном Забайкалье // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 10. С. 1430‒1444.
Соловьев В.М., Селезнев В.С., Дучков А.Д., Лисейкин А.В. Деформационно-прочностное районирование земной коры Алтае-Саянской складчатой области // Международная конференция “Проблемы сейсмологии III-го тысячелетия”. Новосибирск, 2003. С. 332‒337.
Соловьев В.М., Селезнев В.С., Еманов А.Ф. и др. Глубинное строение литосферы Алтае-Саянского региона по данным промышленных взрывов, землетрясений и мощных вибрационных источников // Международный научно-практический семинар “Модели строения земной коры и верхней мантии”. СПб.: ВСЕГЕИ, 2007. С. 201–206.
Соловьев В.М., Селезнев В.С., Сальников А.С. и др. Особенности сейсмического строения структур забайкальской части Центрально-Азиатского складчатого пояса в створе опорного геофизического профиля 1-СБ // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2016. Т. 2. № 2. С. 234–238.
Соловьев В.М., Сальников А.С., Селезнев В.С. и др. Глубинные сейсмические исследования на Байкало-Патомском фрагменте восточного участка опорного профиля 1-СБ // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2017а. Т. 2. № 4. С. 106–112.
Соловьев В.М., Чечельницкий В.В., Сальников А.С. и др. Особенности скоростного строения верхней мантии Забайкалья на участке Монголо-Охотского орогенного пояса // Геодинамика и тектонофизика. 2017б. Т. 8. № 4. С. 1065–1082.
Соловьев С.Л. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Сейсмичность. Новосибирск: Наука, 1985. 192 с.
Солоненко В.П. Сейсмотектоника и современное структурное развитие Байкальской рифтовой зоны // Байкальский рифт. М.: Наука, 1968. С. 57‒71.
Artemieva I.M., Mooney W.D., Perchuc E., Thybo H. Processes of lithosphere evolution: new evidence on the structure of the continental crust and uppermost mantle // Tectonophysics. 2002. V. 358. № 1–4. P. 1–15.
Carbonell R., Levander A., Kind R. The Mohorovičić discontinuity beneath the continental crust: An overview of seismic constraints // Tectonophysics. 2013. V. 609. P. 353–376.
Glaznev V.N., Raevsky A.B., Sharov N.V. A model of the deep structure of the northeastern part of the Baltic Shield based on joint interpretation of seismic, gravity, magnetic and heat flow data // Tectonophysics. 1989. V. 162. № 1‒2. P. 151‒163.
Kashubin S.N., Petrov O.V., Rybalka A.V. et al. Earth’s crust model of the South-Okhotsk Basin by wide-angle OBS data // Tectonophysics. 2017. V. 710‒711. P. 37‒55.
Pavlenkova N.I., Kashubin S.N., Sakoulina T.S., Pavlenkova G.A. Geodinamic mature of the Okhotsk Sea lithosphere. An overview of seismic constraints // Tectonophysics. 2020. V. 777. P. 228–320.
Puzirev N.N., Mandelbaum M.M., Krylov S.V. et al. New data from explosion seismology in the baikalian rift zone // Tectonophysics. 1979. V. 56. № 1‒2. P. 128.
Radziminovich N.A., Bayar G., Miroshnichenko A.I. et al. Focal mechanisms of earthquakes and stress field of the crust in Mongolia and its surroundings // Geodynamics & Tectonophysics. 2016. V. 7. № 1. P. 23‒38.
Suvorov V.D., Mishenkina Z. R., Petrik G. V. et al. Structure of the crust in the Baikal rift zone and adjacent areas from Deep Seismic Sounding data // Tectonophysics. 2002. V. 351. № 1‒2. P. 61–74.
Wang Y., Mooney W.D., Yuan X., Okaya N. Crustal Structure of the Northeastern Tibetan Plateau from the Southern Tarim Basin to the Sichuan Basin, China // Tectonophy-sics. 2013. V. 584. P. 191–208.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Вулканология и сейсмология