Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Скоростные неоднородности земной коры и верхней мантии и сейсмические структуры центральной части Азии

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Скоростные неоднородности земной коры и верхней мантии и сейсмические структуры центральной части Азии"

На правах рукописи

Середкина Алена Игоревна

Скоростные неоднородности земной коры и верхней мантии и сейсмические структуры центральной части Азии

Специальность:25.00.10- геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

25 АПР 2013

Иркутск -2013

005057749

005057749

Рабо та выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте земной коры Сибирского отделения Российской академии паук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Мельникова Валентина Ивановна

Официальные оппопенты:

Яновская Татьяна Борисовна, доктор физико-математических наук, профессор СГ76ГУ,

Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет

Косарев Григорий Леонидович, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИФЗ РАН, Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта, лаборатория 201 сейсмологических исследований

Ведущая организации:

Федеральное государственное

бюджетное учреждение пауки Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

Защита состоится «__»__2013 г. в _ часов на заседании

диссертационного совета Д 002.001.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук по адресу: Д 242,123995, ГСП-5, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, строение 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН.

Автореферат разослан «_»__2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук о.В. Пилипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Центральная часть Азии, включающая в себя Сибирскую платформу на севере и структуры Монголо-Охотского складчатого пояса на юге, пользуется повышенным вниманием исследователей в области наук о Земле. Особый интерес вызывают внутриконтинентальные районы, тектоническая активность которых обусловлена процессами рифтогенеза и интенсивного горообразования, причины которых до сих пор остаются дискуссионными [Molnar, Tapponnier, 1975; Зонеишайн, Савостин, 1979; Logatchev, Florensov, 1978; Zorin et al„ 1990; Логачев, 2003; Зорин и др., 2006; 2006а]. На рассматриваемой части Азиатского континента к ним относится Байкальская рифтовая зона и высокогорные сооружения Южной Сибири и Западной Монголии.

В практическом отношении увеличение плотности населения и развитие хозяйственной деятельности па данных территориях в совокупности с их высокой сейсмической активностью требуют детальных оценок сейсмической опасности.

Решению этих фундаментальных (разработка объективных геодинамических моделей) и практических (прогноз сейсмической опасности) задач может способствовать увеличение наших знаний о глубинном строении, сейсмичности, очаговых параметрах землетрясений и напряжениях, действующих в литосфере, а также о взаимосвязи между ними.

Цель исследований

Целью диссертационной работы является исследование возможных связей между сейсмичностью, сейсмотектоническими деформациями земной коры и глубинным строением коры и верхней мантии центральной части Азии.

Задачи исследований

В рамках проведенного исследования были поставлены следующие задачи.

1. Изучение горизонтальных неоднородностей коры и верхней мантии по данным о характере дисперсии скоростей волн Рэлея:

• выбор и обработка записей поверхностных волн от сильных удаленных землетрясений (Mw>5.5) методом спектрально-временного анализа с целью получения дисперсионных кривых групповых скоростей вдоль сейсмических трасс эпицентр-станция;

• построение карт распределения групповых скоростей основной моды волн Рэлея в пределах области исследования с использованием метода поверхностно-волновой томографии;

• построение трехмерных моделей распределения скоростей поперечных сейсмических волн в коре и мантии Азиатского континента путем обращения

локальных дисперсионных кривых групповых скоростей воли Рэлея, полученных 1з результате поверхностно-волновой томографии.

2. Расчет тензора сейсмического момента (ТСМ) прибайкальских землетрясений средних магнитуд (,<V/W>4.4) по поверхностным волнам:

• выбор и обработка записей поверхностных воли от региональных землетрясений методом спектрально-временного анализа с целью получения амплитудных спектров волн Рэлея и Лява;

• тестирование используемой методики на региональных сейсмических событиях, имеющих решения ТСМ в мировых сейсмологических агентствах;

• расчет ТСМ землетрясений Прибайкалья и Забайкалья, произошедших с 2000 по 2011 г. включительно.

3. Определение сейсмотектонических деформаций земной коры по данным о механизмах очагов землетрясений.

4. Совместное рассмотрение полученных результатов изучения глубинного строения, напряженно-деформированного состояния земных недр и данных о сейсмичности исследуемого региона.

Научная новизна работы

Впервые исследовано трехмерное распределение скоростей поперечных сейсмических волн на Азиатском континенте до глубин ~ 700 км на основании представительной выборки дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея. При обработке записей поверхностных волн применялась программа спектрально-временного анализа, созданная в Институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (ИТПЗ РАН) под руководством проф. A.JI. Левшина. Картирование скоростей поверхностных волн осуществлялось методом поверхностно-волновой томографии для случая сферической поверхности. Алгоритм и программа разработаны проф. Санкт-Петербургского университета Т.Б. Яновской. Построение карт распределения скоростей поперечных сейсмических волн и вычисление двумерных скоростных разрезов выполнялось с использованием программы, в основе которой лежит алгоритм, разработанный в ИТПЗ РАН под руководством проф. А.Л. Левшина. Автор программы к. ф.-м. н. Д.Е. Локштанов. Для визуализации полученных результатов использовались пакеты программ GMT 3.4, Mapinfo, Grapher и Surfer.

Для землетрясений Прибайкалья и Забайкалья (jV/w>4.4) рассчитан тензор сейсмического момента по поверхностным волнам с помощью впервые использованной в регионе методики. Программа написана в ИТПЗ РАН под руководством к. ф.-м. н. Б.Г. Букчина.

Определение сейсмотектонических деформаций земной коры исследуемой части Азиатского континента осуществлялось по программе Seismotectonic INFO, созданной к. ф.-м. н. H.A. Сычевой под руководством д. ф.-м. н. С.Л. Юнги.

Впервые на качественном уровне получены соотношения между режимами сейсмотектонических деформаций, сейсмичностью и глубинным строением земной коры и мантии центральной части Азии.

Практическая значимость

Новые сведения о характере дисперсии групповых скоростей волн Рэлея на Азиатском континенте, а также данные о 'ГСМ прибайкальских землетрясений могут быть использованы в дальнейшем в различных научных исследованиях. Результаты решения поставленных в диссертационной работе фундаментальных задач крайне важны как для оценки сейсмической опасности исследуемой территории, так и для разработки объективных геодинамических моделей развития региона.

Защищаемые положения

1. Трехмерная модель распределения скоростей поперечных волн, рассчитанная на основе данных о характере дисперсии групповых скоростей волн Рэлея, полученных для более чем 3 200 сейсмических трасс (диапазон периодов колебаний 10-250 с), отражает особенности строения земной коры и мантии центральной части Азии до глубин ~ 700 км.

2. Во всем интервале исследуемых глубин наблюдаются существенные горизонтальные неоднородности. Наиболее контрастными по перепаду скоростей поперечных сейсмических волн являются горизонтальные неоднородности в литосфере, распределение которых тесно связано с геологическим строением области исследования.

3. Скоростные неоднородности верхней мантии центральной части Азии оказывают существенное влияние на характер напряженно-деформированного состояния земной коры и формирование сейсмических структур.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на Всероссийском научном симпозиуме с международным участием, посвященном памяти академика РАН H.A. Логачева, «Кайнозойский континентальный рифтогенез» (2010г., г.Иркутск), на V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (2010 г., г. Новосибирск), на XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (2011г., г.Иркутск), на VI Международной сейсмологической школе «Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных» (2011г., г.Апатиты), на III научно-технической конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России» (2011г., г.Петропавловск-Камчатский), на Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, посвященной 100-летию академика A.A. Трофимука, «Трофимуковские чтения молодых ученых - 2011» (2011 г., г. Новосибирск),

на IX Российско-Монгольской конференции по астрономии и геофизике (2011г., г.Иркутск), на XXXIII Генеральной Ассамблее Европейской Сейсмологической Комиссии (2012г., г.Москва), на III Тектонофизической конференции в ИФЗ РАН «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле» (2012 г., г. Москва).

Основные положения диссертационной работы представлены в 18 публикациях, из них 2 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора

Автором составлена представительная выборка дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея. Построены карты распределения групповых скоростей и скоростей поперечных сейсмических волн в пределах области исследования. Для последних рассчитаны двумерные скоростные разрезы вдоль шести выбранных профилей.

По записям широкополосных станций глобальной сети получены амплитудные спектры волн Рэлея и Лява землетрясений Прибайкалья и Забайкалья. Определены параметры тензора сейсмического момента 37 сейсмических событий средних магнитуд (A/w>4.4).

На основании самостоятельно составленного каталога выполнен расчет сейсмотектонических деформаций земной коры центральной части Азии и проведен анализ всех полученных результатов.

Объем и структура диссертации

Объем диссертационной работы составляет 165 страниц машинописного текста, включая 35 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 250 наименований, 90 из которых - публикации в зарубежных изданиях. Работа включает в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложение. Приложение содержит 8 таблиц и 2 рисунка.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д. г.-м. н. В.И. Мельниковой и к. ф.-м. н. В.М. Кожевникову за постоянное внимание к работе и большую поддержку на всех этапах ее выполнения. Также автор благодарит за поддержку и доброжелательное отношение к работе д. ф.-м. н. Р.Э. Татевосяна, к. ф.-м. н. Ж.Я. Аптекман, к. ф.-м. н. В.В. Быкову и всех помогавших ему сотрудников ИФЗ РАН. Кроме того, автор признателен за сотрудничество к. г.-м. н. O.A. Соловей.

Автор глубоко признателен Байкальскому Филиалу Геофизической Службы СО РАН за возможность использования сейсмограмм региональных сейсмических станций и отдельно главному геофизику H.A. Гилевой.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обсуждается актуальность темы исследования, формулируется цель работы и решаемые задачи, отмечается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Гсолого-геофизичсская изученность центральной части Азии» приведены общие сведения о геологическом строении и результатах геофизических исследований изучаемой области, приведена информация о сейсмичности, механизмах очагов землетрясений и сейсмотектонических деформациях литосферы, а также сделан обзор работ, направленных на выявление связей между сейсмичностью и глубинным строением.

Область исследования охватывает различные тектонические структуры. Ее северная часть представлена стабильной докембрийской Сибирской платформой. На юге и юго-востоке расположены обширные складчатые сооружения Центральной и Восточной Монголии, а также Забайкалья и Северного Китая. В настоящее время эти территории характеризуются процессами умеренного горообразования. Центральная и юго-западная части рассматриваемой области представлены регионами интенсивного горообразования Южной Сибири и Западной Монголии (Алтай, Саяны, Хангайское поднятие), а также Байкальской рифтовой зоной.

Из проведенного в первой главе анализа литературных источников можно заключить, что рассматриваемые геологические структуры существенно различаются по глубинному строению, что проявляется в вариациях мощности земной коры, скорости распространения сейсмических волн, плотности и величины теплового потока. При этом наибольший контраст в глубинном строении земной коры и верхней мантии наблюдается между регионами, отличающимися один от другого тектонической и сейсмической активностью.

Для каждой решаемой задачи в первой главе обосновывается актуальность и научная новизна.

Развитие в последние десятилетия глобальной сети цифровых сейсмических станций, доступность баз данных, а также разработка новых методов обработки и интерпретации записей предоставили широкие возможности для исследования глубинного строения Земли методом поверхностных волн. В настоящее время этот метод применяется как для изучения планеты в целом, так и отдельных ее регионов. Не составляет исключения и Азиатский континент. Однако большинство из предшествующих исследований, основанных на использовании групповых скоростей поверхностных волн, ограничено глубинами 350-400 км \Ritzwoller, Ье\$Ып, 1998; УШахепог е1 а1, 2001; Уапо^кауа, КогИеуткоу, 2003; ЬеузЫп с1 а1, 2005; Яновская, Кожевников, 2006], а результаты, рассчитанные до глубин 600 км по фазовым скоростям, имеют невысокое разрешение из-за малого количества исходных сейсмических трасс [Яновская

и др., 2008; Соловей, Кожевников, 2008; Коэюевников, Соловей, 2010]. В рамках глобальной поверхностно-волновой томографии [Nakanishi, Anderson, 1983; Dziewonski, 1984] исследования скоростной структуры среды до глубин 600 км и более также характеризуются сильным сглаживанием результатов картирования, поскольку они основаны на выборках дисперсионных кривых для сверхдлинных трасс. Проведенное в диссертационной работе исследование позволило с хорошим разрешением извлечь информацию о скоростной структуре земной коры и мантии до глубин ~ 700 км на основании представительных данных о дисперсии групповых скоростей волн Рэлея.

Результаты решения задач, связанных с реконструкцией полей напряжений и деформаций литосферы Азии, полученные по геолого-структурным, геодезическим и сейсмологическим данным [Молнар и др., 1995; Юнга, ¡996; Calais et al., 2003; Мельникова, 2008], обнаруживают высокую степень согласованности. При этом следует подчеркнуть, что использование сейсмологических методов требует корректных оценок очаговых параметров землетрясений. А наиболее полные характеристики очага, как известно, можно получить путем расчета тензора сейсмического момента сейсмического события.

В настоящее время параметры тензора сейсмического момента (ТСМ) землетрясений по всему миру (Mw> 5) регулярно определяются и публикуются различными сейсмологическими учреждениями. Специальные исследования также в большинстве случаев посвящены сильным землетрясениям [Chen, Molnar, 1977; Doser, 1991; 1991а; Lasserre et ai, 2001; Emmerson et al., 2006; Barth, Wenzel, 2010]. В сейсмически активном регионе Прибайкалья и Забайкалья процент событий, для которых определен ТСМ, невелик (~ 1-2%). Этот недостаток был частично восполнен автором для региональных землетрясений средних магнитуд (Mw>4.4). С помощью впервые использованной в регионе методики был рассчитан тензор сейсмического момента по поверхностным волнам, что в дальнейшем позволило осуществить более корректные оценки напряженно-деформированного состояния земной коры.

Поиск взаимосвязи между глубинным строением земной коры и верхней мантии с коровой сейсмичностью направлен на выявление современной активности земных недр и познание основных закономерностей формирования сейсмических структур. На данный момент те немногие работы, которые посвящены данному вопросу [Крылов, Ten, 1995; Wang et al, 2002; Копничев, Соколова, 2003; Lei, Zhao, 2009; Robert et ai, 2010; Кадурин и др., 2011; Zhang et al., 2011], не лишены недостатков, связанных с малой глубинностью исследований и с несоответствием масштабов рассматриваемых неоднородностей среды с размерами очаговых зон землетрясений, что не позволило сделать определенных выводов о связи сейсмичности с происходящими эндогенными процессами. В результате проведенного автором исследования представительного исходного материала на качественном уровне были получены соотношения между глубинным

строением, напряженно-деформированным состоянием земных недр и сейсмичностью центральной части Азии.

Во второй главе «Исследование глубинной структуры методом нозерхностно-волновой томографии» описана методика и приведены результаты построения трехмерной модели распределения скоростей поперечных сейсмических волн в земной коре и верхней мантии исследуемой области.

Изучение горизонтальных неоднородносгей коры и верхней мантии основывалось на данных о дисперсии групповых скоростей волн Рэлея. Вычисления значений групповых скоростей проводились по записям поверхностных волн от сильных {М>5.5) удаленных землетрясений на каналах LHZ цифровых широкополосных сейсмических станций сетей IRIS. Всего было использовано 145 землетрясений, зарегистрированных в период с 1991 по 2009 г. Диапазон расстояний от эпицентров выбранных для анализа землетрясений до регистрирующих станций составил I 500-16 ООО км, что в подавляющем большинстве случаев позволило выделить основную моду волны Рэлея в пределах диапазона периодов колебаний от 10 до 250 с. В результате с помощью процедуры спектрально-временного анализа [Левшин и др., 1986] были получены дисперсионные кривые групповых скоростей основной моды волн Рэлея для более чем 3 200 сейсмических трасс, пересекающих область исследования в различных направлениях (рис. 1).

Рис. I. Используемые сейсмические трассы. Область исследования обозначена красным

контуром.

Оценка ошибок определения значений групповых скоростей осуществлялась по воспроизводимости дисперсионных кривых: дисперсионные кривые для близких трасс усреднялись и вычислялись стандартные отклонения скоростей на соответствующих периодах от их

средних значений. В качестве погрешностей определения принимались удвоенные значения этих отклонений. Анализ погрешностей показал, что наименьшие относительные ошибки (0.1-0.5%) приурочены к интервалу периодов 50-175 с. На периодах от 200 до 250 с их величины возрастают и находятся в пределах 0.5-0.8%. Наибольшие ошибки определения (около 1%) наблюдаются на периодах 10-40 с.

Картирование групповых скоростей осуществлялось методом двумерной томографии по программе, разработанной профессором Санкт-Петербургского университета Т.Б. Яновской для случая сферической поверхности Щитмар, Яновская, 1987; Yanovskaya et al., 2000; Яновская, 2001]. Всего было построено 18 карт вариаций групповых скоростей основной моды волн Рэлея относительно средней для исследуемой области дисперсионной кривой. Разрешение результатов картирования оценивалось путем вычисления эффективного радиуса осреднения R(/i, ip) [Яновская, 2001]. Примеры карт вариаций скоростей с разрешением для периодов 20, 50, 150 и 200 с показаны на рис. 2, 3.

Из рис. 3. видно, что наилучшее разрешение результатов картирования групповых скоростей получено для структур Монголо-Охотского складчатого пояса (R<450 км, Т=20-150 с), в то время как для Сибирской платформы значения эффективного радиуса осреднения несколько выше. Также следует отметить ухудшение разрешения с увеличением периода, связанное с уменьшением количества трасс, пересекающих исследуемую область.

Анализ карт распределения групповых скоростей для отдельных периодов позволяет получить общее представление о крупномасштабных горизонтальных неоднородностях глубинного строения. Для более детального исследования региона и определения глубины залегания выявленных неоднородностей была предпринята попытка вычисления карт распределения скоростей поперечных сейсмических волн (¿'-волн). Расчет параметров моделей среды, удовлетворяющих локальным дисперсионным кривым, осуществлялся с помощью минимизации невязок между теоретическими и экспериментальными значениями горизонтальной медленности (величина, обратная групповой скорости). Исходя из рассматриваемого диапазона периодов колебаний, глубинность метода близка к 700 км. В качестве исходной модели среды была принята плоскопараллельная модель, представляющая собой 2 слоя коры и 7 слоев мантии на полупространстве, варьируемыми параметрами служили скорости поперечных волн в слоях коры и мантии и мощности слоев коры. Начальные значения искомых величин были взяты из сферически симметричной модели PREM [Dziewonski, Anderson, 1981].

20 с 50 с

!—■- ...............I : ¡.^-^.-..¡^.лаамимшмш^и^щ

-20.0 -10.0 -5.0 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 5.0 10.0 20.0

Рис. 2. Распределения вариаций групповых скоростей волн Рэлея (8и/Ьтср). Над каждой картой указаны соответствующий период и средняя групповая скорость.

Рис. 3. Эффективный радиус осреднения (Я). Над каждой картой указан соответствующий период.

Рис. 4. а - положение профилен, для которых рассчитаны двумерные скоростные разрезы 5'-волн; б - пример скоростного разреза поперечных волн, соответствующих профилю Б-Б . Над разрезом приведен рельеф вдоль профиля с указанием высот над уровнем моря.

Результаты картирования групповых скоростей волн Рэлея (рис. 2), скоростей £-волн (рис. 6), а также вертикальные скоростные разрезы, полученные вдоль выбранных профилей (рис. 4), позволили выявить ряд закономерностей в глубинном строении области исследования:

1. На всем интервале исследуемых глубин (до 700 км) наблюдаются существенные горизонтальные неоднородности.

В результате но рассчитанным скоростным разрезам были построены карты распределения вариаций скоростей относительно среднего скоростного разреза для глубин от 10 до 700 км (рис. 6), а также двумерные скоростные разрезы вдоль шести профилей, пересекающих исследуемую область в различных направлениях (пример одного из профилей приведен на рис. 4).

700

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Расстояние, град.

2. Наиболее контрастными по перепаду скоростей являются неоднородности до глубин ~ 400 км.

3. Горизонтальные неоднородности в литосфере тесно связаны с геологическим строением области исследования. До глубин порядка 200 км регионы интенсивного горообразования Южной Сибири, Западной Монголии и Северного Китая характеризуются минимальными скоростями поперечных волн. Под остальными структурами Монголо-Охотского складчатого пояса (Байкальская рифтовая зона, Забайкалье, Восточная Монголия и СевероВосточный Китай) скорости 5-волн несколько выше, но, тем не менее, ниже, чем под Сибирской платформой.

4. Горизонтальные неоднородности в мантии на глубинах более 250 км практически не связаны с особенностями геологического строения области исследования.

5. Толщина литосферы тесно связана с тектонической активностью крупных геологических структур области исследования. Под тектонически активными регионами Южной Сибири и Западной Монголии кровля астеносферы находится в непосредственной близости от подошвы коры. При переходе к платформенным и субплатформенным областям она плавно погружается, достигая глубин ~ 200 км под Сибирской платформой.

6. Различия между регионами наблюдаются не только в толщине литосферы, но и в степени развитости астеносферного слоя. Так, если его мощность под структурами Монголо-Охотского складчатого пояса изменяется в диапазоне 80-150 км, то под Сибирской платформой он утоняется (мощность ~ 50 км), причем на отдельных участках настолько, что с помощью используемого метода выделить его невозможно.

В третьей главе «Механизмы очагов и сейсмотектонические деформации» описаны методы и результаты расчетов тензора сейсмического момента землетрясений Прибайкалья и Забайкалья средних магнитуд и сейсмотектонических деформаций земной коры исследуемой области по сейсмологическим данным.

Для более корректного решения задач, связанных с расчетом сейсмотектонических деформаций по сейсмологическим данным, в Прибайкалье и Забайкалье была внедрена новая для региона методика расчета тензора сейсмического момента (в приближении двойной пары сил) по поверхностным волнам [Букчин, 1989; Lasserre et al., 2001] и определены очаговые параметры 37 землетрясений средних магнитуд (Mw>4.4). Для этого использовались спектры основной моды волн Рэлея и Лява, полученные в результате обработки записей широкополосных станций сейсмических сетей IRIS, GEOFON и GEOSCOPE методом спектрально-временного анализа. В качестве дополнительной привлекалась информация о знаках первых вступлений объемных волн на региональных станциях. Предварительно было проведено тестирование данной методики на землетрясениях с известными решениями тензора сейсмического момента в мировых сейсмологических агентствах.

Важной характеристикой сейсмоактивной области является режим сейсмотектонического деформирования (СТД) земной коры, установленный по совокупным данным о фокальных механизмах очагов землетрясений. Расчет СТД был выполнен по методу [Юнга, 1979; Юнга, 1990] для 23 групп землетрясений с максимальным количеством событий в группе, равным 36 (всего использовано 242 землетрясения с А4>4.0, произошедших за период 1950-201 I гг.).

96° 100= 104" 108" 112° 116° 120° 124'

Рис. 5. Карта эпицентров исследуемых прибайкальских землетрясений (2000-201 1 гг.). Желтым цветом окрашены эпицентры сейсмических событий, имеющих решения ТСМ в ОСМГ каталоге, красным цветом - эпицентры событий, для которых подобные решения отсутствуют. Стереограммы решений механизмов очагов (нижняя полусфера) приведены

только для сейсмических событий, о ТСМ которых нет информации в мировых сейсмологических агентствах. На врезке показано положение рассматриваемого региона

на Азиатском континенте.

Проведенный сейсмотектонический анализ показал, что на территориях высокогорных сооружений Северного Китая, Западной Монголии и Южной Сибири, а также областей умеренного горообразования Центральной Монголии доминирующими являются режимы сжатия, сжатия со сдвигом и сдвига (рис. 7). В Байкальской рифтовой зоне вид СТД строго соответствует главному структурному плану рифта: при переходе от его центральной части к субширотным флангам доминирующее северо-западное удлинение сменяется сдвиговым режимом.

Объективность проведенных расчетов подтверждает тог факт, что полученные новые данные не противоречат результатам предыдущих исследований [Сапъков и др., 2002; 2005; Calais et al., 2003; Apel et ai, 2006; Мельникова. 2008; Frankel et al., 2010; Лухнев и др., 2010].

В четвертой главе «Соотношение между сейсмотектоническими деформациями земной коры, сейсмичностью и глубинной структурой»

проведен совместный анализ результатов, полученных в предыдущих главах.

С целью выявления возможных связей между распределением скоростных неоднородностей в коре и верхней мантии с коровой сейсмичностью на карты вариаций скоростей поперечных волн были нанесены эпицентры сильных землетрясений (М>6.0), произошедших на рассматриваемой территории с 1900 по 2011 г. (рис. 6). Всего было отобрано 118 сейсмических событий с глубиной не более 55 км, таким образом, из рассмотрения исключены глубокофокусные землетрясения, приуроченные к зоне субдукции (район побережья Японского моря).

Аналогичным образом было проведено совместное рассмотрение полученных вариаций скоростей поперечных волн в коре и верхней мантии и сейсмотектонических деформаций земной коры исследуемой части Азиатского континента (рис. 7).

В результате проведенного анализа (рис. 4,6,7) можно сделать следующие выводы:

1. Определенные связи между сейсмичностью, сейсмотектоническими деформациями и особенностями глубинного строения исследуемой области наблюдаются в интервале глубин от 20 до 200 км включительно.

2. Большинство сильных коровых землетрясений приурочено к регионам с пониженными скоростями поперечных волн в нижней части коры и в верхней мантии (регионы интенсивного горообразования Южной Сибири, Западной Монголии и Северного Китая), а также к районам с высоким (около 2%) горизонтальным градиентом вариаций скоростей (северо-восточный фланг Байкальской рифтовой зоны).

3. Уровень сейсмической активности обратно пропорционален толщине литосферы.

4. В областях с низкоскоростной структурой верхней мантии преобладают сжимающие усилия, а в районах высокоградиентных скоростных аномалий - растягивающие.

Магнитуда О 27.0 О 6.5-6.9 О 6.2-6.4 О 6.0-6.1

20 км

50 км

100 км

Рис. 6. Карты горизонтальных вариаций скоростей поперечных волн (сГУУУ8 ср) и эпицентры сильных землетрясений (А4>6.0). Над каждой картой указаны соответствующая глубина и средняя скорость.

косой

сдвиг

вертикальное сжатие

транспрессия

растяжение

транстенсия

,00' nu dVs/Vs ср, %

f^F i ! 1 ) I ■ f ■

-20.0 -5.0 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Рис. 7. Карты горизонтальных вариаций скоростей поперечных волн (<1\УУ5 ср) и режимы сейсмотектонических деформаций земной коры (классификация режимов СТД по [Юнга, 1997]). Над каждой картой указана соответствующая глубина.

L

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках диссертационной работы были проведены исследования по нескольким направлениям. Для изучения скоростной структуры земной коры и верхней мантии с помощью процедуры спектрально-временного анализа была получена представительная выборка дисперсионных кривых групповых скоростей основной моды волн Рэлея на интервале периодов 10-250 с для более чем 3 200 сейсмических трасс. Использование современных методов интерпретации, в данном случае метода поверхностно-волновой томографии, позволило иа основе выборки дисперсионных кривых вычислить карты распределения групповых скоростей волн Рэлея для периодов колебаний от 10 до 250 с. Также были рассчитаны и построены карты распределения скоростей поперечных сейсмических волн для глубин от 10 до 700 км и двумерные скоростные разрезы вдоль шести профилей, пересекающих область исследования в различных направлениях.

Проведенные исследования коры и верхней мантии центральной части Азии подтвердили существование различий в глубинном строении между рассматриваемыми тектоническими провинциями: Сибирской платформой на севере Азиатского континента и структурами Монголо-Охотского складчатого пояса на юге. В распределении горизонтальных неоднородностей верхней мантии был отмечен ряд закономерностей, в том числе касающихся мощности литосферы и астеносферы в различных регионах.

С помощью новой для Прибайкалья методики расчета тензора сейсмического момента (в приближении двойной пары сил) по поверхностным волнам дополнена информация об очаговых параметрах региональных землетрясений средних магнитуд и улучшено качество оценок фокальных механизмов в тех случаях, когда их решения другими способами имели неоднозначность.

Результаты определений ТСМ прибайкальских землетрясений, а также доступные данные о фокальных механизмах очагов землетрясений центральной части Азии использовались для дальнейших расчетов сейсмотектонических деформаций земной коры области исследования. Подтверждены основные тенденции в напряженно-деформированном состоянии земной коры, выявленные ранее по геологическим, сейсмологическим и геодезическим данным.

На заключительном этапе проведен комплексный анализ полученных результатов и на качественном уровне выявлены связи между распределением скоростных неоднородностей в земной коре и верхней мантии, сейсмичностью и напряженно-деформированным состоянием земной коры.

Полученные результаты крайне важны как для разработки объективных геодинамических моделей сейсмоактивных регионов, так и для детальных оценок их сейсмической опасности.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ссрсдкина А.И. Углы падения сейсмических волн в оценке скоростных характеристик земной коры Южного Байкала // Вестник Иркутского государственного технического университета. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. №1(60). С. 51-57.

2. Радзиминович Я.Б., Мельникова В.И., Середкина А.И., Гилева H.A., Радзиминович H.A., Папкова A.A. 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.

3. Середкина А.И., Мельникова В.И., Гилева H.A. Скоростные модели среды и механизм очага землетрясения // Кайнозойский континентальный рифтогенез. Материалы симпозиума, посвященного памяти H.A. Логачева. Иркутск. 2010. Т. 2. С. 120-123.

4. Середкина А.И. Скоростные модели среды и углы падения сейсмических волн // Электронный сборник тезисов 5-й Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. Новосибирск. 2010. http://sibconf.igm.nsc.ru

5. Середкина А.И. Тензор момента центроида Култукского землетрясения 27 августа 2008 г. (Южный Байкал) по поверхностным волнам // Строение литосферы и геодинамика. Материалы XXIV Всероссийской молодежной конференции / Под ред. Е.В. Склярова. Иркутск. 2011. С. 211-212.

6. Середкина А.И., Соловей O.A. Поверхностно-волновая томография Азии по групповым скоростям волн Рэлея // Строение литосферы и геодинамика. Материалы XXIV Всероссийской молодежной конференции/Под ред. Е.В. Склярова. Иркутск. 2011. С. 213-214.

7. Середкина А.И. Тестирование методики расчета тензора сейсмического момента по поверхностным волнам для прибайкальских землетрясений // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы Шестой Международной сейсмологической школы. Обнинск. 2011. С. 316-320.

8. Середкина А.И. Очаговые параметры прибайкальских землетрясений 17 сентября 2003 г. (MPSP=4.8) и 6 января 2006 г. (MPSP=A.l) // Сборник докладов III научно-технической конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России».

Петропавловск-Камчатский. 2011.

http://emsd.ru/files/konfl 11009/pdf/sb/index.html.

9. Середкина А.И. Механизмы очагов прибайкальских землетрясений по поверхностным волнам // Трофимуковские чтения молодых ученых 2011. Труды всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, посвященной 100-летию академика A.A. Трофимука. Новосибирск. 2011. С. 417-420.

10. Ссредкнна А.И., Соловей O.A. Строение мантии Центральной Азии по дисперсии групповых скоростей волн Рэлея // Трофимуковские чтения молодых ученых 2011. Труды всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, посвященной 100-летию академика A.A. Трофимука. Новосибирск. 2011. С. 420-422.

11. Мельникова В.И., Гилева H.A., Арефьев С.С., Быкова В.В., Ссредкнна А.И. Сейсмотектонические деформации очаговой зоны Култукского землетрясения 2008 г. с Mw=6.3 (Южный Байкал) по данным о фокальных механизмах афтершоков // Геодинамика. Геомеханика и геофизика. Материалы XI всероссийского семинара. Респ. Бурятия, 25 31 июля 2011. ИНГГ СО РАН. 2011. С. 6.

12. Ссредкнна А.И. Очаговые параметры сильных землетрясений Прибайкалья и Забайкалья (2002-2006 гг.) по телесейсмическим наблюдениям // Тезисы докладов IX Российско-Монгольской конференции по астрономии и геофизике. Иркутск. 2011. С. 21.

13. Середкина А.И. Тензор момента центроида Онотского землетрясения 23 февраля 2005 г. с MPSP=5.0 (Восточный Саяи) по поверхностным волнам // Геология и геоэкология: исследования молодых. Материалы XXII конференции молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента профессора К.О. Кратца. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2011. С. 162-165.

14. Seredkina A.I., Kozhevnikov V.M., Melnikova V.l., Solovey O.A. Correlation between seismicity and S-wave velocity structure of the crust and upper mantle in Central Asia // Book of abstracts. The 33rd General Assembly of the European Seismological Commission. 2012. P. 14.

15. Melnikova V.l., Gilyova N.A., Arefyev S.S., Bykova V.V., Seredkina A.I. Source zone of the large earthquake of 2008 in South Baikal // Book of abstracts. The 33rd General Assembly of the European Seismological Commission. 2012. P. 463.

16. Середкина А.И. Тензор сейсмического момента прибайкальских землетрясений (2000 2011 гг.) по телесейсмическим наблюдениям // Материалы докладов третьей тектонофизической конференции «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле». 2012. Т. 2. С. 177-180.

17. Середкина А.И., Кожевников В.М., Мельникова В.И., Соловей O.A. Анализ соотношений между особенностями глубинного строения верхней мантии и коровой сейсмичностью Центральной Азии // Материалы докладов третьей тектонофизической конференции «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле». 2012. Т. 2. С. 402-405.

18. Гилева H.A., Мельникова В.И., Радзиминович Я.Б., Очковская М.Г., Середкина А.И. Акуликанские землетрясения 4 декабря 2006 г. с Mw=5.2, 10=7 и 11 декабря 2006 г. с Mw=4.9, 10=7 (Прибайкалье) // Землетрясения Северной Евразии, 2006 год. Обнинск: ГС РАН, 2012. С. 428-442.

Середкина Алена Игоревна

Скоростные неоднородности земной коры и верхней мантии и сейсмические структуры центральной части Азии

Автореф. дисс. на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 31 января 2013 г. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии ИЗК СО РАН

V

\

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Середкина, Алена Игоревна, Иркутск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЗЕМНОЙ КОРЫ

На правах рукописи

04201355206

СЕРЕДКИНА АЛЕНА ИГОРЕВНА

СКОРОСТНЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ЗЕМНОЙ КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АЗИИ

Специальность: 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор геол.-мин. наук В.И. Мельникова

Иркутск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ

ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АЗИИ 10

1.1. Основные черты геологического строения 10

1.2. Геофизические данные 15

1.3. Глубинное строение 18

1.3.1. Строение земной коры 19

1.3.2. Строение верхней мантии и толщина литосферы 22

1.4. Сейсмичность 23

1.5. Механизмы очагов землетрясений 26

1.6. Напряженно-деформированное состояние литосферы 27

1.7. Связь между глубинным строением и сейсмичностью 30

1.8. Выводы 32 ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИННОЙ СТРУКТУРЫ

МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНО-ВОЛНОВОЙ ТОМОГРАФИИ 34

2.1. Исходные данные 34

2.1.1. Обработка записей поверхностных волн 3 5

2.1.2. Погрешности определения групповых скоростей 41

2.2. Метод и результаты картирования групповых скоростей 43

2.3. Распределения скоростей £-волн 49

2.4. Распределения скоростей ¿>-волн вдоль профилей 57

2.5. Выводы 67 ГЛАВА III. МЕХАНИЗМЫ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ 69

3.1. Тензор сейсмического момента прибайкальских землетрясений

(М*> 4.4) 69

3.1.1. Методика расчетов 70

3.1.2. Результаты расчетов 77

3.2. Сейсмотектонические деформации 85

3.2.1. Методика расчетов 85

3.2.2. Результаты расчетов 90

3.3. Выводы 93 ГЛАВА IV. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКИМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗЕМНОЙ КОРЫ, СЕЙСМИЧНОСТЬЮ И ГЛУБИННОЙ СТРУКТУРОЙ 95

4.1. Глубинное строение и сейсмичность 95

4.2. Глубинное строение и сейсмотектонические деформации

земной коры 99

4.3. Выводы 105 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106 ЛИТЕРАТУРА 108 ПРИЛОЖЕНИЕ 134

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований

Центральная часть Азии, включающая в себя Сибирскую платформу на севере и структуры Монголо-Охотского складчатого пояса на юге, пользуется повышенным вниманием исследователей в области наук о Земле. Особый интерес вызывают внутриконтинентальные районы, тектоническая активность которых обусловлена процессами рифтогенеза и интенсивного горообразования, причины которых до сих пор остаются дискуссионными [Мо1паг, Тарропшег, 1975; Зоненшайн, Савостин, 1979; Ьо§а1сЬеу, Р1огепБОУ, 1978; гопп & а1., 1990; Логачев, 2003; Зорин и др., 2006; 2006а]. На рассматриваемой части Азиатского континента к ним относится Байкальская рифтовая зона и высокогорные сооружения Южной Сибири и Западной Монголии.

В практическом отношении увеличение плотности населения и развитие хозяйственной деятельности на данных территориях в совокупности с их высокой сейсмической активностью требуют детальных оценок сейсмической опасности.

Решению этих фундаментальных (разработка объективных геодинамических моделей) и практических (прогноз сейсмической опасности) задач может способствовать увеличение наших знаний о глубинном строении, сейсмичности, очаговых параметрах землетрясений и напряжениях, действующих в литосфере, а также о взаимосвязи между ними.

Цель исследований

Целью диссертационной работы является исследование возможных связей между сейсмичностью, сейсмотектоническими деформациями земной коры и глубинным строением коры и верхней мантии центральной части Азии.

Задачи исследований

В рамках проведенного исследования были поставлены следующие задачи.

1. Изучение горизонтальных неоднородностей коры и верхней мантии по данным о характере дисперсии скоростей волн Рэлея:

• выбор и обработка записей поверхностных волн от сильных удаленных землетрясений (М^>5.5) методом спектрально-временного анализа с целью получения дисперсионных кривых групповых скоростей вдоль сейсмических трасс эпицентр-станция;

• построение карт распределения групповых скоростей основной моды волн Рэлея в пределах области исследования с использованием метода поверхностно-волновой томографии;

• построение трехмерных моделей распределения скоростей поперечных сейсмических волн в коре и мантии Азиатского континента путем обращения локальных дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея, полученных в результате поверхностно-волновой томографии.

2. Расчет тензора сейсмического момента (ТСМ) прибайкальских землетрясений средних магнитуд 4.4) по поверхностным волнам:

• выбор и обработка записей поверхностных волн от региональных землетрясений методом спектрально-временного анализа с целью получения амплитудных спектров волн Рэлея и Лява;

• тестирование используемой методики на региональных сейсмических событиях, имеющих решения ТСМ в мировых сейсмологических агентствах;

• расчет ТСМ землетрясений Прибайкалья и Забайкалья, произошедших с 2000 по 2011 г. включительно.

3. Определение сейсмотектонических деформаций земной коры по данным о механизмах очагов землетрясений.

4. Совместное рассмотрение полученных результатов изучения глубинного строения, напряженно-деформированного состояния земных недр и данных' о сейсмичности исследуемого региона.

Научная новизна работы

Впервые исследовано трехмерное распределение скоростей поперечных сейсмических волн на Азиатском континенте до глубин ~ 700 км на основании представительной выборки дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея. При обработке записей поверхностных волн применялась программа спектрально-временного анализа, созданная в Институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН (ИТПЗ РАН) под руководством проф. A.JI. Левшина. Картирование скоростей поверхностных волн осуществлялось методом поверхностно-волновой томографии для случая сферической поверхности. Алгоритм и программа разработаны проф. Санкт-Петербургского университета Т.Б. Яновской. Построение карт распределения скоростей поперечных сейсмических волн и вычисление двумерных скоростных разрезов выполнялось с использованием программы, в основе которой лежит алгоритм, разработанный в ИТПЗ РАН под руководством проф. A.JI. Левшина. Автор программы к. ф.-м. н. Д.Е. Локштанов. Для визуализации полученных результатов использовались пакеты программ GMT 3.4, Mapinfo, Grapher и Surfer.

Для землетрясений Прибайкалья и Забайкалья (Mv>4.4) рассчитан тензор сейсмического момента по поверхностным волнам с помощью впервые использованной в регионе методики. Программа написана в ИТПЗ РАН под руководством к. ф.-м. н. Б.Г. Букчина.

Определение сейсмотектонических деформаций земной коры исследуемой части Азиатского континента осуществлялось по программе Seismotectonic INFO, созданной к. ф.-м. н. H.A. Сычевой под руководством д. ф.-м. н. С.Л. Юнги.

Впервые на качественном уровне получены соотношения между режимами сейсмотектонических деформаций, сейсмичностью и глубинным строением земной коры и мантии центральной части Азии.

Практическая значимость

Новые сведения о характере дисперсии групповых скоростей волн Рэлея на Азиатском континенте, а также данные о ТСМ прибайкальских землетрясений могут быть использованы в дальнейшем в различных научных исследованиях. Результаты решения поставленных в диссертационной работе фундаментальных задач крайне важны как для оценки сейсмической опасности исследуемой территории, так и для разработки объективных геодинамических моделей развития региона.

Защищаемые положения

1. Трехмерная модель распределения скоростей поперечных волн, рассчитанная на основе данных о характере дисперсии групповых скоростей волн Рэлея, полученных для более чем 3 200 сейсмических трасс (диапазон периодов колебаний 10-250 с), отражает особенности строения земной коры и мантии центральной части Азии до глубин ~ 700 км.

2. Во всем интервале исследуемых глубин наблюдаются существенные горизонтальные неоднородности. Наиболее контрастными по перепаду скоростей поперечных сейсмических волн являются горизонтальные неоднородности в литосфере, распределение которых тесно связано с геологическим строением области исследования.

3. Скоростные неоднородности верхней мантии центральной части Азии оказывают существенное влияние на характер напряженно-деформированного состояния земной коры и формирование сейсмических структур.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на Всероссийском научном симпозиуме с международным участием, посвященном памяти академика РАН H.A. Логачева,

«Кайнозойский континентальный рифтогенез» (2010 г., г. Иркутск), на V Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (2010 г., г. Новосибирск), на XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (2011г., г.Иркутск), на VI Международной сейсмологической школе «Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных» (2011г., г.Апатиты), на III научно-технической конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России» (2011г., г.Петропавловск-Камчатский), на Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, посвященной 100-летию академика A.A. Трофимука, «Трофимуковские чтения молодых ученых - 2011» (2011 г., г. Новосибирск), на IX Российско-Монгольской конференции по астрономии и геофизике (2011г., г.Иркутск), на XXXIII Генеральной Ассамблее Европейской Сейсмологической Комиссии (2012 г., г. Москва), на III Тектонофизической конференции в ИФЗ РАН «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле» (2012 г., г. Москва).

Основные положения диссертационной работы представлены в 18 публикациях, из них 2 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора

Автором составлена представительная выборка дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея. Построены карты распределения групповых скоростей и скоростей поперечных сейсмических волн в пределах области исследования. Для последних рассчитаны двумерные скоростные разрезы вдоль шести выбранных профилей.

По записям широкополосных станций глобальной сети получены амплитудные спектры волн Рэлея и Лява землетрясений Прибайкалья и Забайкалья. Определены параметры тензора сейсмического момента 37 сейсмических событий средних магнитуд (Mw>4.4).

На основании самостоятельно составленного каталога выполнен расчет сейсмотектонических деформаций земной коры центральной части Азии и проведен анализ всех полученных результатов.

Объем и структура диссертации

Объем диссертационной работы составляет 165 страниц машинописного текста, включая 35 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 250 наименований, 90 из которых - публикации в зарубежных изданиях. Работа включает в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложение. Приложение содержит 8 таблиц и 2 рисунка.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д. г.-м. н. В.И. Мельниковой и к. ф.-м. н. В.М. Кожевникову за постоянное внимание к работе и большую поддержку на всех этапах ее выполнения. Также автор благодарит за поддержку и доброжелательное отношение к работе д. ф.-м. н. Р.Э. Татевосяна, к. ф.-м. н. Ж.Я. Аптекман, к. ф.-м. н. В.В. Быкову и всех помогавших ему сотрудников ИФЗ РАН. Кроме того, автор признателен за сотрудничество к. г.-м. н. O.A. Соловей.

Автор глубоко признателен Байкальскому филиалу Геофизической службы СО РАН за возможность использования сейсмограмм региональных сейсмических станций и отдельно главному геофизику H.A. Гилевой.

ГЛАВА I. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ АЗИИ

1.1. Основные черты геологического строения

Азиатский континент является составной частью обширного ЕвроАзиатского материка, история формирования которого представляется довольно длительной и сложной. Этот континент, с современных позиций, является композицией различающихся по размерам древних блоков (платформ и микроконтинентов), разделенных между собой разными по ширине и протяженности складчатыми поясами (рис. 1.1) [Кгоро1кт, 1971; Муратов, 1978; Зоненшайн и др., 1990; 1990а].

- область исследования

Рис. 1.1. Схема основных тектонических провинций центральной части Азии поданным [ТектоникаЕвразии, 1966].

1 - платформы, 2 - области складчатости, 3 - области современного интенсивного горообразования. Красным контуром обозначена область исследования.

Как видно из рис. 1.1, исследуемая область охватывает различные тектонические структуры. Ее северная часть представлена стабильной докембрийской Сибирской платформой. На юге и юго-востоке расположены обширные складчатые сооружения Центральной и Восточной Монголии, Забайкалья и Северного Китая. В настоящее время эти территории характеризуются процессами умеренного горообразования. Центральная и юго-западная части рассматриваемой области представлены регионами интенсивного горообразования Южной Сибири и Западной Монголии (Алтай, Саяны, Хангайское поднятие), а также Байкальской рифтовой зоной.

Сибирская платформа расположена на севере Центрально-Азиатского континента и покрыта мощным чехлом дислоцированных палеозойских и мезозойских осадочных отложений. Дорифейский кристаллический фундамент этой структуры отличается сложным рельефом. Глубина его залегания изменяется приблизительно от 1 до 13 км, причем наиболее мощные толщи осадков покрывают платформенные прогибы [Бабаян и др., 1978].

К наиболее высокогорным из рассматриваемых регионов относится восточная часть Тянъ-Шанъской складчатой системы. Современный горный рельеф Тянь-Шаня возник в конце палеогена и неогене в процессе вторичного орогенеза, связанного с коллизией Индостанского континента с окраиной Евразии после закрытия океана Тетис. До кайнозойского воздымания Тянь-Шань представлял собой серию домезозойских складчатых поясов, образовавшихся, главным образом, в каледонскую и герцинскую эпохи орогенеза [Бискэ, 2006].

Территорию Монголии по тектоническим и геоморфологическим признакам можно разделить на три крупных региона: области интенсивного горообразования на западе, умеренного - в центральной части и слабого - на юге и востоке [Зорин и др., 1982].

Область интенсивного горообразования включает в себя горные сооружения Монгольского и Гобийского Алтая, Саяно-Байкальское и

Хангайское поднятие с разделяющей эти структуры зоной Тэс-Селенгинского относительного опускания и Котловиной Больших Озер. Эта область, согласно классификации Н.А. Флоренсова [Флоренсов, 1978], является составной частью обширной Монголо-Сибирской горной страны и характеризуется высокой тектонической активностью.

Монгольский Алтай, будучи ориентированным на северо-запад вдоль западной границы Монголии, образует в стране самую большую и высокую горную цепь шириной 200-300 км, длиной примерно 500 км, средней высотой 2 260 м, а отдельных вершин свыше 4 000 м [Хилько, Курушин, 1982]. Хребет рассечен направленными на северо-запад правосторонними сдвигами. Эти разломы ограничивают блоки поднятий с исключительно плоскими вершинными поверхностями высотой 3 000-3 300 м и впадины асимметричного поперечного сечения. Плоские вершины гор обычно объясняются позднемеловой и палеогеновой эрозией, предшествовавшей неогеновому и четвертичному разломообразованию и поднятию. Впадины также довольно высоки (1 500-2 200 л«) и покрыты маломощными (<200 м) осадками [Хилько, Курушин, 1982].

Горная местность продолжается на восток-юго-восток от Монгольского Алтая как серия поднятых массивов, составляющих Гобийский Алтай. В противоположность Монгольскому Алтаю по ограничивающим горы Гобийского Алтая широтным разломам происходит левостороннее сдвигообразование со взбросовыми компонентами смещения. Гобийский Алтай также состоит из горных блоков с плоскими вершинами, поднятыми на 3 000 м и более, образовавшимися в результате позднемеловой и палеогеновой пенепленизации, и из довольно высоко расположенных впадин. Тектоническая активность здесь, датируемая позднеплиоцен-четвертичным временем, началась несколько позже, чем в Монгольском Алтае [Тимофеев, Николаева, 1982].

Монгольский и Гобийский Алтай отделены от Хангайского высокогорья Котловиной Больших Озер и Долиной Озер. Мощность неоген-

четвертичных осадков в Котловине Больших Озер составляет не менее 500700 м [Девяткин, 1975]. Осадконакопление из Котловины Больших Озер и Долины Озер распространяется и на прилегающие участки Хангая, чего не наблюдается на границе с Монгольским и Гобийским Алтаем.

В отличие от Монгольского и Гобийского Алтая, которые образовались при позднекайнозойском сокращении и утолщении коры, Хангай характеризуется широко изогнутой и поднятой позднемеловой-палеогеновой эрозионной поверхностью, или «сводом» [Девяткин, 1975; 1982; Корина, Николаева, 1982].

Хэ�