620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
Vera V. Kolmogorova
100 Amundsena st., Ekaterinburg 620016
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
Gennady I. Parygin
100 Amundsena st., Ekaterinburg 620016
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
Anastasia Yu. Osipova
100 Amundsena st., Ekaterinburg 620016
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
Vyacheslav Yu. Osipov
100 Amundsena st., Ekaterinburg 620016
Объект исследования. Литосфера Среднеуральской области повышенной сейсмичности.
Цель исследования. Изучение упругих свойств и широтной зональности земной коры и верхней мантии этой области по данным многоволновых глубинных сейсмических зондирований и сопоставление выявленных особенностей глубинного строения с расположением тектонических землетрясений.
Материал и методы исследования. По результатам переинтерпретации уральских материалов глубинных сейсмических зондирований методом двумерной сейсмической томографии построены градиентные скоростные разрезы земной коры и верхов верхней мантии по меридиональному профилю Вижай–Нижняя Тура–Орск и фрагментам двух геотраверсов: Костомукша–Нижний Тагил–Семипалатинск (Рубин-1) и Нижний Тагил–Уренгой (Рубин-2). Разрезы в изолиниях равных скоростей, построенные по первым вступлениям продольных и поперечных волн независимо друг от друга, пересчитаны на основе известных функциональных и корреляционных зависимостей в разрезы, отражающие распределение в земной коре ряда упругих параметров: плотности, коэффициента Пуассона, отношения скоростей распространения продольных и поперечных волн, модуля объемного сжатия и модуля сдвига.
Результаты. Получены новые данные о глубинном строении Среднеуральской области. По материалам меридионального профиля Вижай–Нижняя Тура–Орск установлено, что Тагильский прогиб, по сравнению с Магнитогорским, характеризуется менее мощной и более высокоскоростной корой по распространению как продольных волн Vp, так и поперечных волн Vs, при этом отношение скоростей Vp/Vs в ней пониженное по сравнению с корой Магнитогорского прогиба, что свидетельствует о большей тектонической нарушенности. В средней части земной коры выделен ослабленный, разупрочненный слой, отличающийся пониженной скоростью продольных волн Vp и пониженными значениями параметра Vp/Vs и коэффициента Пуассона. К этому слою приурочено большинство очагов местных землетрясений. Выделены и физически охарактеризованы контрастные по плотности и упругим параметрам блоки в земной коре, в том числе широтные зоны повышенной трещиноватости. Эти зоны соответствуют в основном широтным дислокациям, выделенным ранее по другим критериям, уточняют их расположение и упругие свойства. Выявлен один из признаков подобных, секущих уральские структуры, трещиноватых зон – повышенная скорость распространения поперечных волн при пониженной скорости продольных. Показана приуроченность эпицентров уральских землетрясений к местам пересечения двух субмеридиональных зон, пограничных между орогеном и обрамляющими его прогибами, с выделенными широтными зонами повышенной трещиноватости.
Выводы. Совместная интерпретация продольных и поперечных волн позволила получить новую информацию о глубинном строении Среднеуральской области повышенной сейсмичности и объяснить закономерность локализации эпицентров уральских землетрясений в этой области ее повышенной тектонической нарушенностью. Результаты исследования подтверждают геологическую информативность многоволновой сейсмики и могут быть использованы в дальнейшем для оценки вещественного состава земной коры, ее напряженно-деформированного состояния, истории развития, а также для сейсмического и минерагенического прогнозирования.
Research subject. Lithosphere of the Middle Urals region with increased seismicity.
Aim. Study of the elastic properties and latitudinal zoning of the earth’s crust and upper mantle in the region based on multiwave deep seismic sounding data and the comparison of the identified features of the deep structure with the location of tectonic earthquakes.
Materials and Methods. The gradient velocity sections of the earth’s crust and upper mantle were constructed along the Vizhay– Nizhnyaya Tura–Orsk meridional profile and the fragments of two geotraverses: Kostomuksha–Nizhniy Tagil–Semipalatinsk (Rubin-1) and Nizhniy Tagil–Urengoy (Rubin-2) based on the results of reinterpretation of the Ural deep seismic sounding (DSS) materials using two-dimensional seismic tomography. Sections in isolines of equal velocities were constructed from the first arrivals of compression and shear seismic waves independently of each other and recalculated on the basis of known functional and correlation dependencies into sections reflecting the distribution of a number of elastic parameters in the earth’s crust: density, Poisson’s ratio, Vp/Vs values, bulk and shear modulus.
Results. New data about the deep structure of the Middle Urals region is obtained. Based on materials from the meridional Vizhay–Nizhnyaya Tura–Orsk profile it has been established that the Tagil trough as compared to the Magnitogorsk trough, is characterized by a less thick and higher-speed crust, both in the Vp speed of propagation of compression waves and in the Vs speed of shear waves. At the same time, the Vp/Vs velocity ratio in it is reduced as compared to the Magnitogorsk trough, which indicates greater tectonic disturbance. In the middle part of the earth’s crust a weakened, softened layer is identified, characterized by a reduced Vp velocity of compression waves and reduced Vp/Vs values and Poisson’s ratio. The hypocenters of local earthquakes are mainly confined to this layer. Blocks in the earth’s crust with contrasting density and elastic properties, including latitudinal zones of increased fracturing, have been identified and physically characterized. These zones correspond mainly to latitudinal dislocations, identified earlier according to other criteria, and clarify their location and elastic properties. One of the signs of similar fractured zones cutting across the Ural structures has been identified, namely an increased speed of propagation of shear waves at a reduced speed of compression. The epicenters of Ural earthquakes are confined to the intersection of high-velocity blocks of the earth’s crust of the Tagil-Magnitogorsk trough and Cis-Ural foredeep with identified latitudinal zones of increased fracturing.
Conclusion. The combined interpretation of compression and shear seismic waves made it possible to obtain new data on the deep structure of the Middle Ural region of increased seismicity and to explain the pattern of localization of the epicenters of the Ural earthquakes in this region by its increased tectonic disturbance. The results of the study confirm the geological informational content of multiwave seismicity and can be used in the future to assess the material composition of the earth’s crust, its stress-strain state, development history, as well as for seismic and mineragenic forecasting.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.