УДК 550.834.38:551.241(571.56=15)

Г. П. АВЕТИСОВ, А. Л. ПИСКАРЕВ (НПО «Севморгео»)

Глубинное строение Западной Якутии по данным обменных волн землетрясений

    Метод обменных волн землетрясений (МОВЗ) к настоящему времени довольно широко применяется для исследования глубинного строения земной коры и верхней мантии. Использование его оправдано как на этапе детального изучения относительно небольших по площади участков, так и на рекогносцировочном этапе при исследовании крупных регионов.

   В течение 1974-1976 гг. авторами проведены исследования МОВЗ в Западной Якутии по профилю меридионального простирания от г. Мирный до побережья моря Лаптевых; наблюдения выполнены в 10 точках (см. рисунок). Отбор сейсмограмм и выделение обменных волн велись на основе достаточно хорошо разработанных критериев и методических рекомендаций [3, 6, 10, 13 и др.].

Глубины залегания границ обмена рассчитывались по формуле Хазегава:

   Для получения скоростного разреза использовались следующие материалы:

   1) значения «поверхностной» скорости Vо, рассчитанные по сейсмологическим данным [14]; установлено, что Vо соответствует скорости в слое с мощностью, примерно равной длине волны [1, 2];

2)                    2) результаты работ ТСЗ-ГСЗ в Западной Якутии [4, 12];

    3) результаты работ МОВ и данные сейсмокаротажа скважин по различным участкам Западной Якутии;

   4) лабораторные определения на образцах пород, отобранных в районе работы сейсмологических станций;

   5) литературные данные о скоростях сейсмических волн в отдельных слоях земной коры и в среднем по земной коре [5, 9 и др.].

  Оценка параметра К проводилась по данным ТСЗ-ГСЗ, лабораторным определениям, а также по известным зависимостям его от литологии, глубины залегания и скорости продольных волн [7, 11].

   Известно, что в любом геофизическом методе существуют критерии для геологической привязки границ раздела, получаемых в результате анализа физических полей. В МОВЗ такими критериями служат динамические и кинематические особенности обменных волн. В качестве основных динамических критериев нами использовались параметр п, показывающий процентное отношение количества волн PS конкретной группы к общему числу принятых в обработку землетрясений, и отношение А_рs/А_рр где А_рs - амплитуда обменной волны на горизонтальных составляющих, а А_рр - амплитуда продольной волны. Кинематические различия волн оценивались по значениям Dt_ps группы и по разбросу Dt_ps в пределах группы (dDt_ps). В соответствии с выразительностью обменных волн все границы обмена разделены на три класса: 1 - опорные границы, образующие доминирующие волны PS (А_рs/A_pp>0,3-0,4, п>60%, dDt_ps=0,05 с); II - опорные границы, образующие интенсивные волны PS (А_рs/A_pp=0,2-0,3, п=40-60%,  0,05 c<dDt_ps~0,1 с); III - промежуточные границы, образующие слабоинтенсивные нерегулярные обменные волны (А_рsв/А_рр<0,2, п<40%, dDt_ps>0,1 с).

   В свете современных представлений о модели земной коры наиболее выдержанными границами считаются поверхность и подошва консолидированной коры, хотя и их выразительность может меняться в значительной степени. Так, поверхность консолидированной коры перестает быть опорной сейсмической границей, если она перекрыта карбонатными отложениями. Именно этот случай наблюдается на северо-востоке Сибирской платформы, где, кроме того, широко развиты трапповые образования, значительно усложняющие разрез и обусловливающие повышение скорости в осадочном чехле. Поэтому на данном этапе исследований, который несомненно является рекогносцировочным, достаточно уверенно можно отождествлять лишь подошву земной коры. Остальные границы, намеченные в разрезе, расширяют наши представления о структуре коры, позволяют более обоснованно выделять и сравнивать различные тектонические блоки.

   С подошвой земной коры мы связываем наиболее интенсивные обменные волны в нижней части временн6го разреза. Обозначим ее М, а все границы выше - К с соответствующим индексом (номер растет от верхних к нижним границам), границу ниже М - М₁. Совпадение индексов границ на разрезах, исследованных различными станциями (за исключением М), не определяет геологического тождества границ.

   Земная кора по сейсмологическим данным (табл. 1) представляется многослойной средой с довольно незначительным колебанием мощности. Однако в соответствии с принятым нами разделением границ обмена на классы в разрезе можно отметить слоистости разного порядка. В районе станций Майский и Айхал земная кора в первом приближении аппроксимируется трехслойной моделью с соотношением мощности слоев, типичным для древних платформ. С подошвой осадочного чехла здесь отождествляется раздел К₁, интенсивные обменные волны от которого регистрируются на более высокочастотных записях. В верхнем слое консолидированной коры отмечаются опорные границы II класса на глубине 8,5 (Майский) и 10 км (Айхал). Все остальные разделы являются промежуточными. На рекогносцировочном этапе исследований наблюдения МОВЗ не позволяют однозначно представить структуру границ раздела, однако стабильность динамических характеристик обменных волн и отсутствие явно выраженной зависимости от частоты позволяют отнести их к границам 1 рода. Не исключено также наличие на границах раздела переходных слоев, имеющих малую суммарную мощность (~0,1 длины волны).

   Для разреза в районе станции Моркока характерна хорошая расслоенность верхней его части. Раздел К₁, являющийся опорной границей 1 класса, отождествляется с поверхностью консолидированной коры. В ее пределах также отмечается опорная граница I класса, делящая консолидированную кору на два слоя, однако глубина ее значительно меньше, чем в районе станций Майский и Айхал (12 против 23 и 26 км). Внутри нижнего слоя обнаруживается скоростная дифференциация на глубинах 27 (граница II класса) и 35 км (граница III класса).

   Распределение опорных и промежуточных границ раздела, а следовательно, и соотношение мощностей слоев земной коры в районе станции Вилюй практически такое же, как и в районе станции Майский, но скоростная дифференциация разреза здесь хуже. Возможно это связано с изменением структуры глубинных границ раз­дела, а именно с появлением переходных слоев, где происходит плавное изменение скорости. Отсутствие обменных волн от поверхности консолидированной коры, по-ви­димому, вызвано увеличением скорости в осадочном чехле (на станции Вилюй отме­чена Vо=6,5 км/с, а на станции Майский Vо=6,0 км/с) в результате значительно более широкого развития в разрезе пород трапповой формации.

   Таким образом, на участке исследования станциями Майский, Вилюй, Моркока и Айхал регионально прослеживаются подошва земной коры (раздел М) и с перерывом (станция Вилюй) поверхность консолидированной коры (раздел K_I). Кроме того, внутри консолидированной коры отмечаются две опорные границы: на глубинах 8-12 км (К₂, К₁, К₂, К₃) и 23-27 км (К₄, К₃, К₃., K₅). Резкость каждой из этих границ различна, причем улучшению резкости одной соответствует ухудшение другой.

   Сравнив данные МОВЗ и ТСЗ [12] по этому участку, отметим следующее.

  1. По материалам МОВЗ земная кора расчленяется значительно более детально, чем по данным ТСЗ, что обусловлено разными возможностями обеих модификаций.

   2. Внутрикоровая опорная граница на глубинах 8-12 км прослеживается как по данным МОВЗ (К₂, К_l, К₂, К₃), так и ТСЗ (К₂) (табл. 2).

   Наилучшее совпадение данных получено на станции Моркока, стоявшей непосредственно на профиле ТСЗ (только здесь эта граница является по данным МОВЗ опорной 1 класса), худшее - на станции Майский, хотя разница в зафиксированных глубинах находится в пределах погрешности измерений. Практически непосредственно через станцию Майский проходил маршрут Мирный - Русская Речка, на котором раздел К₂ вообще отсутствует, а на глубине 16 км прослеживается раздел К₃. На станции Майский, кроме того, регистрируется промежуточная граница на глубине 15±2 км, Необходимо отметить, что наличие внутрикоровой опорной границы в верхах консолидированной коры не является особенностью данного региона. Эта граница обнаружена во многих районах СССР и за рубежом как по данным МОВЗ, так и ТСЗ, обозначается А или Г и считается рядом исследователей опорным разделом одного порядка с границей М [8]. Геологическая трактовка ее разнообразна: она стратиграфически привязывается к интервалу разреза от поверхности палеозойского фундамента до горизонта внутри «базальтового» слоя, но наиболее часто ее интерпретируют как горизонт внутри «гранитного» слоя.

   3. По материалам ТСЗ не отмечается опорная граница на глубине 23-27 км.

Это обстоятельство может быть вызвано двумя причинами: невыдержанностью границы по площади и наличием переходного слоя, характеризующегося планым изменением скорости, мощность которого мала для волн PS, но велика для отраженных волн (» 100-700 м).

   4. По материалам МОВЗ не выделяются две опорные границы одного класса в нижней части коры. На всех четырех станциях выше и ниже раздела М зарегистрированы границы с перепадом глубины до 10 км, но ни одна из них не может быть отнесена к опорной. Не исключено, что это также связано со структурой границ раздела, обусловливающей их частотную избирательность и вызывающей значительное увеличение интенсивности регистрируемых ТСЗ волн. Подобное явление характерно для случая, когда граница представлена пачкой тонких слоев. В пользу этого свидетельствуют и обнаруженные на ряде ТСЗ докритические отражения, Интересно сравнить (табл. 3) данные о глубине раздела М по МОВЗ и границ М₁ и М₂ по ТСЗ (значения глубин по ТСЗ взяты в тех же точках, что и в табл. 2).

   Очевидно, что раздел М, выявленный по данным МОВЗ на станциях Майский и Вилюй, соответствует разделу М₂, прослеженному по ТСЗ, в то же время по сейсмологическим данным отмечаются промежуточные границы на глубинах, близких к М₁. В точке маршрута ТСЗ Мирный - Русская Речка, ближайшей к станции Майский, глубина М₁ 42 км, а М₂ 47 км. На станции Моркока раздел М совпадает с М₁ (ТСЗ), а граница М₁ (МОВЗ) с границей М₂ (ТСЗ). Раздел М, зарегистрированный станцией Айхал, занимает промежуточное положение между М₁ и М₂. Это сравнение, на наш взгляд, свидетельствует о сложной меняющейся структуре рассматриваемых границ, что определяет избирательность их к тем или иным волнам.

   Практически полное отсутствие обменных волн на сейсмограммах станций Далдын и Силигир свидетельствует об очень слабой скоростной дифференциации среды. Под станцией Далдын весьма неуверенно отмечается лишь внутрикоровая граница на глубине 10-11 км, а под станцией Силигир -  граница на глубине 48 км, отождествляемая нами с разделом М. Отсутствие четких границ является следствием наличия в верхней части разреза мощной толщи высокоскоростных пород со значениями скоростей, свойственными низам земной коры (Vо=6,7-6,8 км/с). Учитывая данные ТСЗ по маршруту Шологонцы - Джарджан и прилегающим к нему участкам маршрутов Мирный - Шологонцы и Муна - Урюнг-Хая [4], по которым также отмечено исчезновение сейсмических границ, можно сделать вывод о том, что подобный разрез земной коры характерен для весьма обширной части территории Западной Якутии. 

   На станциях Оленек, Халганнах, Уджа, Чочурдах (табл. 4) кроме раздела М выделено несколько внутрикоровых границ. Общая мощность земной коры здесь меньше, чем по данным более южных станций, и колеблется от 40 до 44 км, скоростная дифференциация разреза значительно хуже, в связи с чем границы разделены на опорные и промежуточные довольно условно. Ни на одной из этих станций не зарегистрированы интенсивные обменные волны, которые позволили бы отнести какую-либо границу к опорной I класса. Земная кора в этом районе представляется градиентной средой с довольно плавным увеличением скоростей с глубиной.

   Всеми четырьмя станциями зарегистрирован и прослежен лишь раздел М; опорная граница К₁ отмечается станциями Халганнах, Уджа и Чочурдах. Наблюдаемое увеличение глубины залегания раздела К₁ с юга на север, по-видимому, обусловлено погружением пород нижнепалеозойского карбонатного комплекса под толщу пермских и мезо-кайнозойских песчано-глинистых отложений. На основании данных о скоростях распространения волн, которые получены по измерениям на образцах, отобранных на Уджинской антиклинали, резкой скоростной границей следует считать контакт именно этих отложений, а не поверхность фундамента. В пользу отождествления границы К₁ с разделом в осадочном слое свидетельствует низкое значение «поверхностной» скорости (3,3 км/с), зафиксированное станцией Чочурдах. Увязка всех остальных границ обмена в разрезе между станциями и их геологическая интерпретация не могут быть обоснованно сделаны без привлечения дополнительных материалов.

   Сравнение с данными ТСЗ по этому району возможно лишь для станции Халганнах, которая располагалась практически на линии профиля Муна - Урюнг-Хая [4], остальные станции находились от профилей ТСЗ на расстоянии 130 (Чочурдах), 65 (Уджа) и 230 км (Оленек). Опорная внутрикоровая граница, прослеживаемая по профилю ТСЗ на глубинах 19-22 км, не отмечается по данным МОВЗ. На станциях Халганнах и Оленек возможно ей соответствует раздел К₄ (19 и 22 км). Подошва земной коры по данным ТСЗ залегает на глубинах 38-42 км против 40-44 км по МОВЗ. К северо-востоку от станции Чочурдах отмечается уменьшение мощности земной коры до 38 км.

   Таким образом, проведенные исследования продемонстрировали хорошие возможности МОВЗ при изучении глубинного строения таких труднодоступных и удаленных регионов, как Западная Якутия, и подтвердили целесообразность их проведения в более широком масштабе. Надежность и точность получаемой информации несомненно возрастут при комплексировании исследований МОВЗ с ГСЗ.

      СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     

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

2. Аветисов Г. П. О глубинном строении земной коры в районе острова Большого Ляховского а западной часта острова Котельного по сейсмологическим данным. - ­В кн.: Геология и полезные ископаемые Новосибирских о-вов и о-ва Врангеля. Л., изд. НИИГА, 1975, с. 43-47.

3. Андреев С. С. Изучение глубинного строения земной коры при помощи обменных волн PS, регистрируемых при землетрясениях. - Изв. АН СССР. Серия геофиз., 1957, № 1, с. 21-29.

4. Бабаян Г. Д., Подваркова И. В., Уаров В. Ф. Некоторые черты строения земной коры Анабарской антеклизы и прилегающих районов Лено-Анабарского и Пред­верхоянского прогибов по данным ТСЗ. - В кн.: Новые данные о геологии и неф­теносности Якутской АССР. Якутск, 1974, с. 6-21.

5. Беляевскuй Н. А. Земная кора в пределах территории СССР. М., Недра, 1974.

6. Булuн Н. К, Сытин Ю. И. Опыт применения сейсмологических исследований для изучения глубинного строения земной коры на территории Туркмении. - Труды ВСЕГЕИ. Новая серия, 1960, вып. 42, с. 38-69.

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

8. Булuн Н. К Об одной сейсмической границе в консолидированной земной коре Евразии. - Изв. АН СССР. Серия геол., 1974, NQ 8, с. 5-25.

9. Вольвовскuй И. С. Сейсмические исследования земной коры в СССР. М., Недра, 1973.

10. Жuгальцев А. А. Динамические характеристики обменных волн. - Труды Ин-та физики Земли АН СССР, 1962, № 25 (192), с. 325-388.

11. Ляховuцкuй Ф. М. Зависимость отношения скоростей Vр/Vs от величины скорости Vр. - В кн.: Научная конференция вузов СССР с участием науч.-исслед. ин-тов. Секция «Акустика горных пород». М., 1969, с. 11-12.

12. Некоторые черты строения земной коры Якутской алмазоносной провинции / Г. Д. Бабаян, И. В. Подваркова, В. Ф. Уаров, М. Ф. Черных. - Сов. геология, 1975, NQ 12, с. 118-124.

13. Померанцева И. В., Мозженко А. Н. Сейсмические исследования с аппаратурой «Земля». М., Недра, 1977.

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