Глуб стр Кот и Лях

Аннотация

Проведены сейсмологические наблюдения в трех точках Новосибирских островов. По результатам обработки записей обменных волн землетрясений получены сейсмогеологические разрезы земной коры в районе точек наблюдений. Скоростная дифференциация в земной коре слабая. Выделяются две опорные границы в консолидированной коре на глубинах 12-14 км (предположительно поверхность древнего фундамента) и 21-24 км (поверхность «базальтового» слоя). Мощность земной коры 32-34 км.

Илл. 1, табл. 2, библ. 10 назв.

Новосибирские острова относятся к одним из наименее изученных в геологическом отношении районов Советского Союза. Первые и до 1972 г. единственные геофизические исследования были проведены в 1963-1965 гг. и ограничились мелкомасштабными гравиметрической и аэромагнитной съемками, позволившими получить осредненные и весьма приблизительные представления о глубинном строении земной коры.

В 1972 г. в связи с задачей создания на арктических островах геологических реперов для последующей привязки к ним данных по шельфу на Новосибирских островах начаты комплексные геолого-геофизические исследования, частью которых и явились точечные сейсмологические наблюдения.

Наблюдения велись в течение полевых сезонов 1972-1974 гг. станциями, установленными в районе станции Темп (о. Котельный), полярной станции Кигилях и становища Дымнoe (о. Бол. Ляховский). Использовались комплекты региональных сейсмических станций, позволяющих регистрировать смещения почвы с увеличением 60-70·10³ в диапазоне периодов 0,1-1.0 сек.

По эпицентральным расстояниям D° землетрясения распределены довольно равномерно от 20 до 85°. Распределение по азимутам на эпицентр a° весьма неравномерно. Подавляющее большинство землетрясений имеет a° = 140-220°. К ним относятся практически все землетрясения из азиатской части Тихоокеанского сейсмического кольца, а также из самой восточной части Средиземноморского кольца. Зарегистрировано несколько землетрясений Аляски и Алеутской дуги с D° = 80-100° и единичные землетрясения Европы, а также Южной и Центральной Америки.

Отбор сейсмограмм и их обработка велись на основе известных принципов и критериев. Большая продолжительность наблюдений в каждом пункте (1,5 мес. в становище Дымное и 4-5 мес. на станции Темп и полярной станции Кигилях) позволила получить большое количество материала и использовать для интерпретации лишь самые надежные записи (см. рис.).

В одном и том же пункте на записях различных землетрясений регистрируется разное количество обменных волн. Это обусловлено, с одной стороны, особенностями частотного спектра каждого землетрясения, с другой стороны, - фильтрующими особенностями различных границ раздела.

Для привязки полученных обменных волн к геологическим границам использовались динамические особенности волн, количество определений той или иной волны, а также все имеющиеся данные о геологическом строении района исследований, позволяющие предвычислить времена запаздывания. Результаты выделения обменных волн и отождествления их с геологическими границами представлены в табл. 1.

Оценивая весь материал по обменным волнам PS и сравнивая его с материалом, полученным в других районах, необходимо отметить относительно слабую выразительность обменных волн, что значительно усложняет их выделение. В какой-то степени получение сложной волновой картины предполагалось еще до начала проведения сейсмологических наблюдений на основании геологических данных о наличии мощных толщ высокоскоростных отложений (плотные известняки и доломиты, песчаники, граниты, кристаллические сланцы) в верхних частях разрезов земной коры островов Котельный и Бол. Ляховский. Усложнение волновой картины в подобных случаях вызывается следующими причинами:

1. Уменьшением углов выхода волн и, следовательно, уменьшением отношения амплитуд обменной и продольной волн на горизонтальных составляющих.

2. Уменьшением времени запаздывания обменных волн, приводящим к ухудшению разрешенности

записи.

3. Слабой скоростной дифференциацией внутри высокоскоростных пород и на контакте их с подстилающими отложениями.

На о. Бол. Ляховский малая скоростная дифференциация пород, по-видимому, в неменьшей степени вызвана повышенной тектонической деятельностью, устанавливаемой по многочисленным землетрясениям в прилегающем районе моря Лаптевых и на территории острова и приводящей к размазыванию и дроблению контактов между отложениями и изменению пород в результате метаморфизма. Снижение резкости границ внутри консолидированной коры, а также отсутствие уверенных обменных волн от границ в верхней мантии указывает на достаточно глубинный характер изменения литосферы.

Кроме указанных в табл. 1 волн от опорных границ раздела, на некоторых сейсмограммах в точке Темп неуверенно выделяется волна обратной полярности с Dps-p = 1,1-1,2 сек. Эта волна образуется на подошве карбонатной толщи с более низкоскоростными подстилающими отложениями. Малая интенсивность волны, а отсюда ненадежное выделение ее на сейсмограммах связаны, по-видимому, с особенностями границы обмена, например с наличием не скачкообразного, а плавного перехода к нижележащей толще. На о. Котельный нигде не встречены выходы отложений древнее нижнего ордовика, а последний представлен доломитами и известняками. О литологии отложений, подстилающих карбонатную толщу, можно делать лишь предположения. Отметим, что на о. Беннетта обнажаются песчаники, алевролиты и аргиллиты нижнего и среднего ордовика, там же встречены отложения среднего и верхнего кембрия, представленные переслаиванием аргиллитов, алевролитов и очень крепких окварцованных известняков; на о. Бол. Ляховский известны кристаллические сланцы нижнего протерозоя.

На одной из записей станции в пункте Темп землетрясения из Китая с a° = 225° достаточно четко выделяется волна с Dps-p = 0,8 сек. Отсутствие ее на других сейсмограммах объясняется тем, что граница, на которой происходит этот обмен, существует лишь к западу от станции, а количество землетрясений из западных румбов весьма мало. По мнению Д.А. Вольнова, эта волна связана с подошвой терригенно-карбонатной толщи D₃ - С₁, прослеживаемой на западном берегу о. Котельный и на о. Бельковский.

Расчет глу6ин залегания границ обмена произведен по известной формуле:

Значения кажущейся скорости определялись по сейсмограммам; скорость продольных волн рассчитывалась по значениям пластовых скоростей, для получения которых использовались следующие данные:

1) результаты сейсморазведочных работ на архипелаге и в прилегающих акваториях;

2) лабораторные определения скоростей сейсмических волн по образцам пород, отобранным на архипелаге; 3) значения «поверхностной» скорости Vо, полученной дифференциальным методом;

4) литературные данные о скоростях сейсмических волн в отдельных слоях земной коры и в среднем по земной коре [4-6, 9, 10].

Оценка параметра К производилась по результатам сейсморазведочных работ на архипелаге, измерениям на образцах, а также по известным зависимостям К от вещественного состава пород, скорости и глубины их залегания [2, 7].

Привлечение различных данных позволило не только проконтролировать значения скоростных параметров пород, но и получить дополнительные сведения о геологическом разрезе, попутно проверив некоторые методические выводы, сделанные ранее. Параметрические наблюдения на обнажениях, проделанные нами в 1972 г., а также измерения на образцах дали значения скорости в карбонатной толще о. Котельный 6,5-6,7 км/сек, которые прекрасно совпадают с величиной «поверхностной» скорости, полученной под станцией в пункте Темп (6,6-6,7 км/сек). Как 6ыло показано ранее на материалах 3емли Франца-Иосифа [1], величина «поверхностной» скорости, рассчитанная дифференциальным методом [8], соответствует скорости в слое примерно равном длине волны. Регистрируемые нашей аппаратурой волны имеют длину 5-7 км, т.е. мощность слоя со скоростью 6,6-6,7 км/сек. не менее 5-7 км. Измерения скорости на образцах горных пород о . Бол. Ляховский дали следующие значения: граниты - 5,7-5,8 км/сек; кристаллические сланцы протерозоя - 5,9-6,4 км/сек, кварцевые сланцы и песчаники пермского возраста - 4,8-5,5 км/сек. Средняя скорость всей толщи в большой степени зависит от соотношения мощностей указанных пород и имеет, по-видимому, значительные коле6ания для различных участков острова. Для точки Кигилях Vо = 5,9-6,0 км/сек, а для точки Дымное - 5,3-5,4 км/сек. Сопоставляя эти значения с измерениями на образцах, можно сделать вывод о том, что толща в районе станции Кигилях сложена главным образом кристаллическими сланцами PR₁, прорванными интрузиями гранитов. Отложения Р либо отсутствуют, либо мощность их невелика. В то же время уменьшение Vо в районе Дымного свидетельствует о повышенной мощности пермских отложений, которая, по-видимому, не менее 1 км. Совокупность всех полученных данных позволила рассчитать сейсмогеологические разрезы земной коры в районе станций наблюдения (та6л. 2) и сделать следующие основные выводы:

1. Скоростная дифференциация земной коры и верхней мантии в исследуемом районе слабая, что связано с вещественным составом пород и, по-видимому, с высокой неотектонической активностью.

2. Хотя общая мощность земной коры под станциями примерно одинакова (32-34 км), внутрикоровое строение различно.

3. Толща пород на о.Котельном состоит из двух мощных комплексов: верхнего, представленного высокоскоростными карбонатными отложениями, и нижнего, представленного более низкоскоростными породами. Толща пород на о. Бол. Ляховский по данным обменных волн не расчленяется, однако в районе станции Дымное по уменьшению значения Vо предполагается увеличение мощности пермских отложений.

4. К западу от станции Темп появляется толща осадочных отложений, перекрывающих карбонатную толщу.

5. Под станциями о. Бол. Ляховский мощность «базальтового» слоя больше, чем под станцией Темп на 4-6 км.

6. Высокие скорости сейсмических волн в верхних частях разреза (6,5-6,6 км/сек на о. Котельном, 5,9-6,0 км/сек на о.Б.Ляховском) свидетельствуют о повышенной дислоцированности отложений.

Проведенные исследования позволили лишь наметить основные черты глубинного строения земной коры западной и южной частей архипелага. Для более детального изучения необходимо покрыть архипелаг сетью точек наблюдений, расположенных на различных островах, а в пределах их - на различных структурных зонах. Весьма важным представляется перенесение наблюдений на восточные участки архипелага, перекрытые мощным чехлом мезокайнозойских отложений.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Аветисов Г.П. Углы выхода продольных сейсмических волн по наблюдениям станций Земли Франца-Иосифа. - В кн.: Геофизические методы разведки в Арктике, вып. 9. Л., 1974, с. 96-101.

2. Булин Н.К. Величина параметра Vp/Vs в земной коре при наличии осадочного слоя. Прикладная геофизика, 1968, вып. 52, с. 73-82.

3. Геология СССР, том XXVI. Острова Советской Арктики. Геологическое описание, М., «Недра», 1970, 547 с.

4. Деменицкая Р.М. Кора и мантия Земли. М., «Недра», 1967, 280 с.

5. Деменицкая Р.М., Киселев Ю.Г. Особенности строения, морфологии осадочного чехла центральной части хребта Ломоносова по данным сейсмических исследований. - В кн.: Геофизические методы разведки в Арктике, вып. 5. Л., 1968, с. 33-46.

6. Косминская И.П. Метод глубинного сейсмического зондирования земной коры и верхов мантии. М., «Недра», 1968, 227 с.

7. Ляховицкий Ф.М. 3ависимость отношения скоростей Vp/Vs от величины скорости Vp - В кн.: Научная конференция вузов СССР с участием н.-и. институтов, 1969, секция «Акустика горных пород». Тез. докл. М., 1969, с. 11-12.

8. Саваренский Е.Ф. По поводу дифференциального метода в сейсмологии и об углах выхода сейсмической радиации в Пулково. - Труды Геофизического института АН СССР, 1948, № 1(128), с. 11-29.

9. Справочник геофизика, т. IV, М., Гостоптехиздат, 1960, 749 с •.

10. Справочник физических констант горных пород. М., «Мир», 1969, 543 с.