3D-тектонический анализ полей сейсмичности в южных районах Дальнего Востока России

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью выяснения тектонических причин землетрясений в Дальневосточном регионе России и анализом связи интенсивности сейсмических событий с реологическим состоянием тектонических сред. Цель работы: обоснование связи распределений гипоцентров и магнитуд землетрясений с глубинным строением и реологическим состоянием тектонических сред в земной коре и верхней мантии Северо-Восточной Азии. Методика исследований: построение 3D-моделей распределений гипоцентров и магнитуд землетрясений и на этой основе - послойных схем и разрезов распределений средних магнитуд. Результаты. В распределениях гипоцентров и магнитуд землетрясений обнаружена вертикальная дискретность, связанная с реологической неоднородностью тектонических сред в земной коре и верхней мантии. Районы, характеризуемые повышенными магнитудами землетрясений (М=3,5-6) в верхнем слое земной коры до глубины 10-15 км, пространственно коррелируются с древними метаморфическими комплексами, обнажающимися в Алдано-Становом блоке Северо-Азиатского и северном фланге Северо-Китайского кратонов. В пределах Амурской плиты максимумы магнитуд приурочены к блокам кратонного типа: Аргуно-Мамынскому, Дягдагачинскому и Цзямусы-Буренинскому. По глубине залегания и форме верхнего сейсмического слоя в этих блоках можно судить о глубине залегания, вертикальной мощности и поведении кровли кристаллического слоя земной коры, а также о степени нарушенности коры, обусловленной дизъюнктивными и вулканическими процессами. В частности, установлено погружение гранитно-метаморфического слоя земной коры Северо-Китайского кратона под Цзямусы-Буренинский террейн и кристаллических комплексов Алдано-Станового щита под Монголо-Охотскую и Сихотэ-Алинскую складчато-надвиговые системы. В акваториях окраинных морей максимумами магнитуд отображаются островные дуги (Сахалинская, Курильская), в фундаменте которых присутствуют высокоплотные океанические ультрабазиты. Пониженными и низкими магнитудами землетрясений (М=2,5-3,2) отмечаются зоны пониженной вязкости в нижнем слое земной коры, подкоровом слое верхней мантии и астеносфере, где они коррелируются с низкими удельными электрическими сопротивлениями и пониженной скоростью распространения сейсмических волн. Обнаружены три геометрических типа таких зон: вертикальные линейные, слоисто-горизонтальные и локальные изометричные. Первые совпадают со структурами растяжения литосферы и магмопроницаемыми зонами глубинных разломов, вторые - с границами раздела структурно-вещественных комплексов в разрезах, а третьи - с центрами тектоно-магматических структур плюмовой природы. Во всех случаях зоны низкой сейсмичности сопровождаются комплексом геолого-геофизических признаков, указывающих на флюидную, магматическую или тектоническую проработку соответствующих им геологических структур. Охарактеризована вертикальная прерывистость и продольная неоднородность сейсмофокальных зон в Охотоморском и Япономорском регионах. В Охотоморском регионе пододвигание (субдукция) тихоокеанской литосферы под Охотоморскую плиту читается в разрезах M(x,y,z)-модели, однако это пододвигание уверенно прослеживается только до глубины 100 км.

The relevance of the research is caused by the need to detect tectonic reasons of earthquakes in the Far East Russia and to analyze the relation of seismic intensity with rheological state of tectonic media. The aim of the research is to justify the relation of earthquake hypocenter and magnitude distributions with a deep structure and rheological state of tectonic media in the crust and the upper mantle of Northeast Asia. The method used in the study: 3D modeling of earthquake hypocenters and magnitudes distributions and development of layer-bylayer schemes and sections of average magnitude distributions on this basis. Results. In distributions of hypocenters and magnitudes of earthquakes the authors have found out vertical resolution. It is related with rheological heterogeneity of tectonic media in the crust and the upper mantle. The areas characterized by increased magnitudes of earthquakes (M=3,5-6) in the upper layer of the crust up to the depth of 10-15 km are spatially correlated with ancient metamorphic complexes. They are outcropped in the Aldano-Stanovy shield of North Asian craton and the northern flank of North Chinese cratons. Within the Amur plate the maxima of magnitudes are dated for blocks of cratonic type: Arguno-Mamynsky, Dyagdagachinsky and Tszyamusy-Bureninsky. By the depth and shape of the upper seismic layer in these blocks it is possible to define the depth, thickness and behavior of the crystal crust layer roof, as well as the degree of a rework of the crust caused by disjunctive and volcanic processes. In particular, the authors determined the immersion of a granite-metamorphic layer of the crust in the North Chinese craton under Tszyamusy-Bureninsky terrane and crystal complexes of the Aldano-Stanovoy shield under Mongolo-Okhotskaya and Sikhote-Alin fold-thrusted systems. In margin seas the maxima of magnitudes coincide with island arcs (Sakhalin, Kuril) in which basement there are high density oceanic ultrabasites. Zones of lowered viscosity are associated with lowered and low magnitudes of earthquakes (M=2,5-3,2) in the lower crust, subcrustal layer of the upper mantle, and an asthenosphere where they are correlated with low electric resistance and lowered seismic velocity. Three geometrical types of such zones: vertical linear, layered in horizontal, and local izometric are found. The first ones coincide with lithosphere stretching structures and magma-permeable zones of deep faults. The second zones coincide with the boundaries of tectonic layers in sections, and the third ones coincide with the centers of tectonic-magmatic structures of the plume nature. In all cases the low seismicity zones are followed by a complex of geologic-geophysical signs indicating fluid, magmatic or tectonic rework of geological structures corresponding to them. The paper characterizes vertical discontinuance and longitudinal heterogeneity of seismic focal zones in the Sea of Okhotsk and Japanese regions. In the region of Okhotsk Sea the Pacific lithosphere subduction under the plate of the Sea of Okhotsk shows itself in the sections of M (x,y,z)-model, however this subduction is traced only up to the depth of 100 km.