 | ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ |
|
|
Глубинное строение вкрест простирания Курильской островной дуги и гравитационная аномалия в редукции Фая (по Watts et al., 1978) I - сейсмические границы по данным МОВЗ (а) и ГСЗ (б); 2 - граница обмена,связываемая с подошвои земной коры; 3-5 - поверхность Мохоровичича по разным авторам: 3 - по 11О , 4 - по 153 , 5 - по 140 ; 6 - изолинии средних скоростей:7-9 - средние значения (7), граничных (8) и Платовых (9) скоростей;10 - разломы; II - пересечения по разрезу профилей ГСЗ; 12 - направление перемещения блоков по разлому |
Глубинный разрез через сейсмофокальную зону вкрест простирания южной Курильской дуги -1-5 - гипоцентры землетрясений с характеристикой энергетического класса К от К=16 и) до К=10-П (5); 6-8 - слои земной коры: 6 - слой осадочных и вулканогенно-осадочных пород, 8 -базальтовый слой; 9 – граница земной коры; 10 – астеносферные слои пониженной скорости; П -фокальная зона землетрясений; 12 - слой с аномально высокими скоростями сейсмических волн;13 - подъем флюидов и легкоплавких компонентов; 14 – вероятные первичные области магмообразования |
|
ГРАВИТАЦИЯ
На карте гравитационного поля в свободном воздухе видно, что островной дуге в целом соответствует положительная аномалия интенсивностью до 200-250 мГл, сопряженная с трицательной аномалией (до 300 мГл) Курило-Камчатского желоба и со спокойным полем Курильской глубоководной котловины.
В пределах островной дуги максимальные значения приурочены к невулканической Малой дуге и подводному хребту "Витязя"), менее интенсивные аномалии до 150 мГл - к вулканической дуге с несколько пониженным полем или со значениями, близкими к полю вулканической дуги в междуговом прогибе.
Отмеченный характер гравитационного поля в свободном воздухе несколько нарушается в пределах пролива Буссоль (Центральные Курилы), где узкая поперечная зона с пониженными значениями гравитационного поля делит дугу на два участка: Северные и Южные Курилы, а ось гравитационного максимума отклоняется в сторону желоба. В эту же сторону отклоняется и вулканический фронт, а его резкий изгиб совпадает с поперечной зоной минимальных значений гравитационного поля. Кроме того, в пределах Центральных Курил подводный хребет "Витязя" выражен менее отчетливо и соответствующая ему положительная гравитационная аномалия уменьшается ниже гравитационного максимума вулканической дуги.
Связь положительных аномалий в свободном воздухе с вулканической дугой подчеркивается не только для островодужной системы в целом, но и для кулисообразно причленяемых вулканических зон и цепей. Такие аномалии характерны для поперечных зон Броутона, Маканруши, Симуширской и вулканов задужной области. Эта связь обусловлена как рельефом вулканических построек, так и повышенной плотностью слагающих их пород.
Для Курильской островной дуги оценки изостатического состояния коры проведены с помощью параметра мощности аномального компенсационного слоя МАКС. Так, ложе Тихого океана и Курильская глубоководная котловина Охотского моря характеризуются изостатическим равновесием, а островная дуга - дефицитом мощности (4-5 км в проливе Буссоль, 6 км -в районе о. Расшуа), а глубоководный желоб – избытком мощности (до 9 км) земной коры. Линейный, вытянутый вдоль всей дуги максимум дефицита мощности земной коры расположен между вулканической и невулканической дугами по междуговому прогибу.
Антиизостатический характер современных тектонических движений в Курильской островной дуге (движений, направленных не на восстановление, а на нарушение изостатического равновесия) соответствует модели субдукции, по которой восходящие движения в пределах островной дуги обусловлены короблением надвинутой литосферной пластины. Восстановление изостатического
равновесия возможно будет только после снятия нагрузки (субдукции).
Современный вулканизм, сопровождаемый увеличением давления, вздутием коры и подъемом расплава, также нарушает изостатическое равновесие в сторону увеличения дефицита мощности земной коры. Если максимум вертикальных тектонических движений приходится на невулканическую (тектоническую) дугу, а максимум нарушения изостатического равновесия, связанного с вулканизмом на вулканическую, то наложение этих процессов приводит к тому, что максимум дефицита мощности земной коры располагается между ними. Невулканическая дуга имеет более интенсивный характер гравитационных аномалий в свободном воздухе и в изостатической редукции, чем вулканическая, хотя последняя и занимает более высокий гипсометрический уровень.
Вулканическая дуга в целом и отдельные участки, такие как поперечные зоны Броутона, Маканруши, Симуширская, характеризуются положительными гравитационными аномалиями в редукции Фая, хотя интенсивность их ниже, чем аномалий невулканической дуги. Интенсивность аномалий в задужной вулканической зоне ниже, чем во фронтальной, но это вызвано вкладом тектонических движений в нарушением изостазии, которые больше в переднедужной области, чем в задужной. Однако все участки с большой плотностью вулканических построек отмечены высокими аномалиями в редукции Фая.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное поле прилегающей части Тихого океана, включая вал Зенкевича и океанский склон глубоководного желоба, неоднородно. Для примыкающейк Южным Курилам плиты характерны полосовые магнитные аномалии северо-восточного простирания.Полосы прямой и обратной намагниченности в размытом виде прослеживаются и в нижней половине переднедужного склона желоба, хотя океаническая коры здесь погружается под островную дугу. Эти аномалии как бы просвечиваются сквозь вышележащие образования островодужного склона.
К северным Курилам и южной Камчатке примыкает участок Тихоокеанской плиты со спокойным
магнитным полем (чередование зон слабых положительных и отрицательных аномалий).
Трансформные разломы северо-западной части Тихоокеанской плиты маркируются линейными положительными аномалиями, секущими и полосовые аномалии, и зону спокойного поля. Наиболее отчетливо это видно на разломе Тускарора, перпендикулярном простиранию полосовых аномалий напротив о. Кунашир.
Аномалии переднедужного склона глубоководного желоба имеют генеральное северо-восточное простирание, которое нарушается поперечными аномальными зонами. На южном участке склона линейные северо-восточные аномалии, параллельные простиранию оси желоба, как бы продолжают полосовые аномалии Тихоокеанской плиты, но более размыты, на северном участке они накладываются на мозаичное спокойное полеТихоокеанской плиты.
Для осевой части желоба характерно поле примыкающих участков Тихоокеанской плиты: на южном отрезке ей соответствует отрицательная аномалия, напротив Хоккайдо ось желоба косо сечет полосовые аномалии, на северном - она режет как положительные, так и отрицательные участки мозаичного поля. Невулканической дуге с хр. "Витязя" и примыкающим участкам склона желоба соответствует положительная региональная магнитная аномалия, называемая Восточно-Курильской. Эта аномалия, имеющая слабовозмущенный характер и достигающая интенсивности 900 нТ, протягивается к востоку от Большой Курильской гряды более чем на 1500 км. В северной половине она осложняется кососекущими и субмеридиональными отрицательными аномалиями, а в месте резкого изгиба центральной части дуги - субширотной отрицательной аномалией.
Вулканической дуге соответствует зона резко возмущенного магнитного поля с локальными положительными и отрицательными аномалиями отдельных вулканических построек, наложенными на общий отрицательный региональный фон. Над крупными островами Большой Курильской гряды наблюдаются знакопеременные аномалии с интенсивными максимумами на границе островов, а над обособленными островами-вулканами - положительные аномалии интенсивностью 150-300 нТ, обусловленные источниками приповерхностного залегания. К подводным вулканам приурочены локальные положительные аномалии и сопряженные с ними отрицательные аномалии до 1000 нТ. Магнитоактивные тела вулканической дуги располагаются в пределах вулканогенно-осадочной толщи. Аномальное магнитное поле в районе вулканической дуги практически целиком определяется вулканическими постройками и в меньшей степени - погребенными магматическими телами. На общем отрицательном региональном фоне вулканические постройки выделяются локальными изометричными положительными и отрицательными аномалиями.
Образцы горных пород Курильских островов и подводных гор сильно дифференцированы по магнитным свойствам. Наиболее намагничены основные вулканические породы. Донные осадки немагнитны.
Курильской глубоководной котловине соответствует отрицательное магнитное поле без резких возмущений. Оно отличается от магнитного поля вулканической дуги отсутствием локальных аномалий вулканических построек.Верхние кромки магнитовозмущающих тел Курильской глубоководной котловины расположены в "базальтовом" слое, а нижние - уходят в верхнюю мантию.
СЕЙСМОФОКАЛЬНАЯ ЗОНА
Сейсмофокальная зона представляет собой сейсмоактивный слой мощностью 75 км, наклоненный от глубоководного желоба под островную дугу. Угол наклона достигает максимальных значений (~50°) в пределах Центральных Курил, уменьшаясь до 44-46° на Камчатском отрезке и до 38° в районе северо-восточного Хоккайдо и Кунашира. Изменения угла наклона отражаются в характере изоглубин до центральной плоскости сейсмофокальной зоны . Резкий изгиб изоглубин наблюдается в Центральных Курилах в районе о. Симушир.
В пределах сейсмофокального слоя наибольшая концентрация землетрясений приходится на интервал от 0 до 100-150 км, на промежуточных глубинах (100-300 км) отмечается ослабление сейсмической активности, а глубже 300-350 км - усиление активности глубоких землетрясений. Таким же образом распределяется и значение энергии землетрясений. Для Японской дуги гипоцентры землетрясений концентрируются вблизи кровли и подошвы сейсмофокального слоя с минимумом активности между ними. Это двухслойная сейсмофокальная зона и механизм ее очагов землетрясений отличается от однослойного случая. Не исключено, что двухслойное строение сейсмофокальной зоны может быть выявлено и для Курило-Камчатской дуги.
Наибольшие глубины погружения сейсмофокальной зоны в мантию до 650 км отмечаются в средней части Курильской дуги, в районе резкого изгиба изоглубин до центральной плоскости сейсмофокальной зоны. На флангах дуги (южная Камчатка и северо-восточный Хоккайдо) глубина
погружения зоны уменьшается до 350-400 км. На продольных разрезах разрезах отмечено скопление гипоцентров землетрясений V-образной формы, протягивающееся до глубины100-200 м и являющееся отражением мощных поперечных и субпоперечных разломов (Тараканов Р.З.).
Наряду с землетрясениями от сейсмофокальной зоны, падающей под островную дугу, отмечаются близповерхностные землетрясения под самой островной дугой. Между последними и сейсмофокальной зоной наблюдается асейсмичный клин, совпадающий с мантийным клином. Проекция угла асейсмичного клина на поверхность называется асейсмичным фронтом.
Асейсмичный фронт (проекция клина на поверхность) располагается между глубоководным желобом и вулканическим фронтом и совпадает с невулканической дугой.
Изучение механизма очагов землетрясений дает информацию о региональном поле напряжений в районе Курильской островной дуги.Вдоль дуги или под небольшим углом к ней преобладают напряжения сжатия, а в районе центральных Курил, в районе изгиба сейсмофокальной плоскости, являются напряжения растяжения, ориентированные вблизи поверхности субвертикально, а на глубине 80-100 км - субгоризонтально. Изгиб сейсмофокальной плоскости вызван естабильностью локального поля напряжений.
С увеличением глубины меняется характер поля напряжения под островной дугой: расширяется область распространения локального поля растяжения, связанного с подошвой сейсмофокальной зоны, а область поля сжатия, приуроченного к кровле фокального слоя, поле напряжения смещается в сторону Охотского моря.
Имеется прямая корреляция соотношение вулканизма и сейсмичности. Пространственная сопряженность этих явлений не вызывает сомнений, вулканический пояс располагается над сейсмофокальной зоной при ее глубине от 90 до 300 км. В районе Курильской дуги пояс вулканов расположен над глубинами в 120-240 км до центральной плоскости сейсмофокальной зоны. Однако в отдельных районах прямая корреляция вулканизма и сейсмоактивности сменяется на обратную и вулканизм и сейсмичность проявляются как несовместимые процессы. Этот случай соответствует минимуму сейсмической активности как по числу, так и по энергии землетрясений и располагается на глубинах 100-300 км как раз под вулканическим поясом.Более того, непосредственно под вулканами имеются асейсмичные окна.
Параметры сейсмофокального слоя прямо или косвенно влияют на температуру, давление и состав плавящегося субстрата, количество и состав летучих элементов, условия подъема и излияния магмы. К числу этих параметров относятся глубина до сейсмофокальной плоскости, расстояние от глубоководного желоба до вулканического фронта (другими словами - угол поддвига) и скорость движения субдуцируемой плиты.
Глубина до сейсмофокальной плоскости определяет (Р-Т)-условия магмообразования при плавлении сейсмофокального слоя или в случае плавления мантийного клина над сейсмофокальным слоем.
Наблюдается положительная корреляция между вулканической активностью и глубокими землетрясениями с гипоцентрами на глубинах более 100 км. Извержения вулканов провоцируются усилением сейсмической активности (извержение вулкана Шивелуч в 1964 г.).
Поперечная минералого-петрохимическая зональность в пределах островной дуги демонстрирует связь вещественного состава лав с глубиной до сейсмофокальной зоны. Выявлена также зональность в распределении редких и редкоземельных элементов, изотопов стронция и неодима в химическом составе лавах и зональность в распределении ксенолитов, выносимых лавами.
ТЕПЛОВОЙ ПОТОК
Минимальные значения теплового потока приурочены к глубоководному желобу, невулканической дуге и зонам максимальной концентрации землетрясений глубин до 100 км, а максимальные - к вулканической дуге и Курильской глубоководной котловине. Область высоких значений теплового потока является областью высокой контрастности: здесь имеются аномалии, превышающие фон в 5 раз рядом с точками весьма низких значений теплового потока. Например, в зоне проявления подводного вулканизма в задужной области о. Итуруп обнаружен локальный участок, где на расстоянии 20-25 км тепловой поток изменяется от 38,5 до 345 мВт. В целом область высокотемпературногото нестационарного поля совпадает с зонами современного вулканизма.
В пределах однотипных тектонических структур разного возраста тепловой поток различен: чем древнее возраст тектоно-магматической активности, тем ниже тепловой поток. Исключение -области современного вулканизма, наложенные не разновозрастные структуры, где тепловой поток нестационарен.
В распределении глубинных температур по профилям ГСЗ вкрест Курильской островной
дуги также имеются свои закономерности: выделяются две зоны максимальных температур, одна из которых приурочена к вулканической дуге с небольшим смещением в задужную сторону (Охотского моря), вторая - к Курильской глубоководной котловине. Изотерма 1200°С в этих зонах находится на глубине 25-30 км. Высокий градиент температур приурочен к прогибу между вулканической и невулканической дуг.
В районе субдукции отмечается инверсия температур, вызванная поддвиганием холодной Тихоокеанской плиты.
Отмечается также связь теплового поля с вулканизмом. Область максимальных значений и максимальной контрастности теплового потока соответствует задужной области вулканической активности, под которой отмечаются и максимальные расчетные глубинные температуры.
На температурном разрезе через о-в Итуруп геоизотерма 1200°С имеет три пика. Главный из них с высотой подъема до глубины 27 км ниже уровня моря расположен под задужной вулканической зоной, два других с глубиной 35 и 34 км – под фронтальными вулканами островной дуги и под Курильской глубоководной котловиной.