0-20 км (верхняя кора), средняя скорость в слое 5,5 км/c;
20-35 км (нижняя кора), средняя скорость в слое 7,0 км/с;
35-90 км (слой верхней мантии), средняя скорость в слое 8,0 км/с.
Исходя
из точности входных данных, горизонтальный размер блоков, в которых
определяется значение невязки скорости ( Vp),
составляет 50х50 км. Методика решения томографической задачи изложена в [18].
Многократным перемещением рассчетной схемы значения Vp
получены в ячейках, составляющих по горизонтали ~ 17х17 км. Расчеты выполнены
совместно с сотрудниками ОИФЗ РАН И.А.Саниной и М.Ю.Степановой.
|
Рис. 4 |
Фрагменты
восстановленной трехмерной скоростной модели (для района Южной Камчатки)
представлены на рис.4. Они иллюстрируют
существенно новую информацию о распределении скоростных неоднородностей
изученного объема среды. Поля невязок свидетельствуют о резкой скоростной
дифференциации литосферы под Камчаткой, анизотропии упругих параметров,
различии структурных планов скоростных аномалий земной коры и слоя верхней
мантии. В целом поля невязок в слоях можно разбить на отдельные зоны (блоки),
которые характеризуются различными скоростными свойствами. На рис. 4а нанесены
примерные границы этих блоков, которые в пределах Южной Камчатки мы будем
именовать согласно [33].
В
верхней коре (0-20км) значения скорости Vp изменяются от 5,2 до 6,0 км/с.
Скоростные аномалии, имеющие изометрическую форму, вытянуты в цепочки,
ориентированные вкрест простирания Камчатки (рис.4А).
Они имеют продолжение в акватории. Северная из них, которая характеризуется
наиболее высокой скоростью, располагается в районе мыса Шипунский. В южной
части выделяется цепочка аномалий пониженной скорости. Она пересекает сушу и
продолжается в шельфовой зоне в районе Мутновско-Вилючинского блока. В
акватории (на продолжении Асачинского блока) она граничит с аномалией
повышенных значений скорости.
В
нижней коре (20-35км) выделяется высокоскоростная аномалия в районе Шипунского
блока (рис.4В). Здесь отмечены наиболее
высокие значения скорости Vp (6,7км/с). Южнее Авачинского блока слой нижней
коры является низкоскоростным, при этом низкие значения скорости характерны как
для района Восточно- Камчатского вулканического пояса, так и Центральной
депрессии и шельфовой зоны. Следует отметить корреляцию высокоградиентной
скоростной зоны в южной части Авачинского залива по всей мощности коры. Она
располагается примерно на продолжении Асачинского блока в океан. Последний,
согласно [33], расположен на границе зоны перехода Южной Камчатки к структурам
Центральной части полуострова. Согласно полученным данным она продолжается в
акватории.
В
слое верхней мантии (35-90км) выделяются две области (блоки), различные по
скоростным свойствам (рис.4С). Граница между
ними проходит ~ на уровне Вилючинско-Мутновской группы вулканов. Северный блок
характеризуется пониженными значениями скорости. Здесь располагаются
действующие вулканы (в частности, Авачинко-Корякской группы). Слой верхней
мантии в южном блоке в целом более высокоскоростной. При этом самые высокие
значения скорости отмечены в южной части акватории Авачинского залива и самой
южной оконечности полуострова.
|
Рис. 5 |
Анализируя
поля невязок в целом по всей изученной мощности литосферы, можно сделать вывод,
что высокоградиентную зону, разделяющую Южную Камчатку на суше и в акватории на
две различные по упругим свойствам области, можно характеризовать как
сквозькоровый глубинный разлом, имеющий продолжение в мантии. Обращают на себя
внимание некоторые закономерности в распределении вулканических групп на
скоростных схемах. Так в верхней коре они, как правило, приурочены к границам
раздела контрастных скоростных неоднородностей и не обязательно связаны с
низкоскоростными аномалиями. В связи с этим можно согласиться с выводами,
сделанными в [34], что в соотношении вулканизма с тектоникой примат принадлежит
последней. В поле невязок скорости верхней мантии тоже не наблюдается связи
вулканов с определенными аномалиями. В северной части они связаны с
низкоскоростной мантией (~7,3-7,5км/с), а в южной-нормальными значениями Vp
(~8,0км/с).
Обратимся
к сопоставлению полученных результатов с данными других геолого-геофизических
исследований. Северо-западное простирание цепочек скоростных аномалий в верхней
коре находит отражение на суше в виде Петропавловск-Малкинской зоны поперечных
дислокаций [7]. На поперечное простирание третичных структур в свое время
обратил внимание А.Н.Тихонов [7]. Этот вопрос широко дискутировался в научной
литературе, и предполагается, что северо-западное простирание меловых и более
древних структур не является доминирующим. Однако, из приведенных выше
скоростных моделей видно, что в изученном блоке литосферы Южной Камчатки и
прилегающей акватории развиты структуры северо-западного простирания, которые,
возможно, имеют продолжение в Тихий океан. Следует отметить, что аномалиям
пониженных скоростей в земной коре на юге Авачинского залива отвечают аномалии
пониженных значений поля силы тяжести, обусловленных отрицательной структурой в
рельефе океанического дна (рис.5) [21].
В
нижней части земной коры сохраняются аномалии повышенных скоростей в районе
Шипунского и Асачинского блоков. Аномалия в районе м.Шипунский также выражена
повышенными электрическим сопротивлением и полем силы тяжести. На основании
этого можно предполагать, что здесь земная кора по всей мощности насыщена более
плотными породами, по-видимому, поступившими из верхней мантии.
В
верхней мантии область пониженных скоростей в районе вулканов
Авачинско-Корякской группы выражена также повышенной электропроводностью, что
связывается с подъемом астеносферного слоя до глубины 50 км (см. рис.1). Аномальные свойства верхней мантии на
глубинах 35-90 км могут быть обусловлены наличием магматических расплавов.
2. Глубинное строение района Авачинско-Корякской
группы вулканов
Современные
вулканы располагаются в районах, где наиболее активно протекают геодинамические
процессы в литосфере, выраженные повышенной сейсмичностью, магматизмом и
гидротермальной активностью. Изучение глубинного строения современных вулканов
имеет важное значение для развития теоретической геологии и геодинамики. Практическое
значение имеет поиск геотермальных месторождений, связанных с магматическими
очагами, питающих вулканы. На Южной Камчатке геофизическими методами наиболее
изучен район Авачинско-Корякской группы вулканов, расположенный ~ в 50км от
г.Петропавловск-Камчатский. Действующими и наиболее крупными из вулканов этой
группы являются Корякский и Авачинский. Вулканические постройки сложены
четвертичными и современными эффузивно-пирокластическими образованиями. Они
приурочены к Авачинской депрессии, выполненной палеоген-неогеновыми
вулканогенно-осадочными породами. Депрессия является составной частью так
называемой Петропавловск-Малкинской зоны поперечных дислокаций, имеющей
северо-западное простирание. Большую роль в строении зоны играют разломы
северо-западной ориентировки, определяющие ее блоковое строение [7]. В районе
Авачинско-Корякской группы вулканов проведены гравиметрические [13],
сейсмологические [2,8,9 и др.], и электромагнитные [12,14,17] исследования. К
настоящему времени мы располагаем большим объемом геофизических данных,
комплексный анализ которых с привлечением современных методик дает возможность
разработать глубинную модель земной коры района Авачинско-Корякской группы
вулканов и протекающих здесь геодинамических процессов.
Сейсмологические исследования
|
Рис. 6 |
Результаты
сейсмологического "просвечивания" литосферы под Авачинско-Корякской
группой вулканов позволили предположить существование на глубинах 20-90 км
одной или двух неоднородностей, обусловивших затухание сейсмических волн от
камчатских землетрясений [10,31,32 и др.]. В области границы М она
предположительно имеет вытянутую форму, совпадающую по простиранию с
вулканической группой. Согласно нашим построениям, изложенным выше, этот район
приурочен к низкоскоростной мантии и располагается в зоне высоких градиентов
скорости Vp в верхней коре. Эти данные не противоречат полученным ранее, так
как значения скорости под вулканами практически совпадают и сохраняется
простирание предполагаемых аномалий затухания и зон высоких градиентов Vp.
|
Рис. 7 |
В
80-90-е годы в районе Авачинско-Корякской группы вулканов выполнены
сейсмические исследования с использованием землетрясений и взрывов [2,8,9,15 и
др.]. На сейсмическом разрезе выделены зоны аномальных значений скорости (Vp)
и поглощения Р-волн (рис.6). Зона А
характеризуется повышенным поглощением высокочастотной части спектра
сейсмических сигналов. Подошва этой зоны располагается не глубже, чем 3 км и,
очевидно, представлена смесью твердой и расплавленной фаз глубинного вещества.
Выделение зоны В обусловлено наличием в нижней части Авачинской депрессии
мощного волновода с пониженными (~ на 6% относительно вмещающей толщи пород)
значениями скорости Vp. Зона С характеризуется повышенными значениями Vp (до
6,6-6,7 км/c), что может быть связано с глубинной высокоскоростной интрузией.
Зона D выделена как область относительно пониженных значений скорости Vp в
средней части коры под конусом вулкана. Между зонами D и C отмечено отсутствие
отражающих площадок. В целом, распределение отражающих площадок по разрезу
различно. В верхней части они залегают согласно сейсмическим границам, а с
глубины ~ 10 км - практически выполаживаются. Это соответствует существующим
представлениям о природе сейсмических разделов в земной коре и может
свидетельствовать о повышенной трещиноватости пород на этой глубине [9,20].
Возможно, выделенная на разрезе зона повышенной скорости в коре - это область,
в которой трещины "закрыты" остывшим магматическим расплавом,
поступившим сюда из корового магматического очага. На рис.6 также отмечены
некоторые особенности сейсмичности района Авачинского вулкана в период его
активизации в 1994 и 1997 гг. Из этих данных видно, что основная масса землетрясений
происходит в конусе вулкана и в пределах Авачинского грабена до глубины ~ 10
км. Можно предположить, что грабен представляет собой разлом, в котором в
настоящее время протекают активные тектонические процессы. Важно отметить, что
за рассматриваемый период практически не отмечены землетрясения в нижней части
Авачинского грабена. Их основная масса располагается в грабене до глубины ~ 3
км (в частности, за период 1997 г.) и глубже 5-6 км уже в кристаллической коре.
Отсюда можно сделать вывод, что в основании грабена существуют какие-то
специфические условия, в которых породы находятся либо в состоянии повышенной
пластичности, либо трещиноватости с заполнением трещин жидким флюидом. Этим
можно объяснить понижение скорости Vp в основании грабена.
Электромагнитные исследования
|
Рис. 8 |
По
данным региональных исследований методами магнитотеллурического (МТЗ) и
вертикального электрического (ВЭЗ) зондирований получено представление об
обобщенном геоэлектрическом разрезе региона [15]. В верхней части разреза
залегают четвертичные вулканогенные и осадочные образования сопротивлением сотни-первые
тысячи Ом.м и более, мощностью первые сотни метров. Ниже залегает
кайнозойская толща со средним продольным сопротивлением от десятков до первых
сотен Омм. Консолидированный фундамент имеет сопротивление тысячи Ом.м.
Глубинная часть разреза содержит коровый и астеносферный проводящие слои.
|
Рис. 9 |
В
последние годы в районе Авачинско-Корякской группы вулканов выполнен большой
объем более детальных площадных исследований МТЗ, позволяющих получить
дополнительную информацию об электропроводности земной коры. Методика и
результаты качественной интерпретации МТЗ рассмотрены в [14]. Для изучения
глубинной электропроводности использовано около 1000 МТЗ. По данным
интерпретации кривых МТЗ получена карта интегральной проводимости
осадочно-вулканогенного чехла, перекрывающего кристаллический фундамент (рис.7). На этой карте выделена зона повышенной
проводимости, имеющая северо-западное простирание. Ширина зоны меняется от 10
км на юго-востоке до 30 км на северо-западе. Выявленная зона связывается с
грабеном, выполненным преимущественно терригенными отложениями. В районе
Авачинско-Корякской группы вулканов отмечается максимальная проводимость зоны
до 600 См, что может быть обусловлено наличием жидкой фазы (растворов и
магматических расплавов). По результатам интерпретации кривых МТЗ составлена
также схема глубинной электропроводности исследуемой площади. Последняя
районируется на две области с различной электропроводностью земной коры:
юго-западную и северо-восточную (рис.8).
Первая содержит коровый слой повышенной электропроводности. Вторая отмечается
пониженной электропроводностью верхней части коры.
Страницы: 1, 2, 3
|