Упругие свойства и широтная зональность литосферы Среднеуральской области повышенной сейсмичности по данным многоволновых глубинных сейсмических зондирований

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.

1. Алейников А.Л. (1989) Исследование состава и динамических условий формирования земной коры Среднего Урала на основе геофизических моделей. Дисс. … докт. геол.-мин. наук. Свердловск: СГИ, 290 с.

2. Алейников А.Л., Беллавин О.В., Халевин Н.И. (1978) Система линеаментов и особенности размещения полезных ископаемых в Уральском регионе. Упругие волны промышленных взрывов и исследование земной коры Урала. Сб. ст. Свердловск: УНЦ АН СССР, 30-36.

3. Алейников А.Л., Немзоров Н.И., Халевин Н.И. (1986) Многоволновая сейсмика при изучении недр рудных районов. М.: Наука, 112 с.

4. Атлас “Опорные геолого-геофизические профили России. Глубинные сейсмические разрезы по профилям ГСЗ, отработанным в период с 1972 по 1995 год”. (2013) СПб: электронное издание Роснедра ВСЕГЕИ. https://karpinskyinstitute.ru/ru/info/seismic/

5. База данных “Землетрясения России”. [Электронный ресурс]. URL: http://eqru.gsras.ru (дата обращения 12.05.2024).

6. Берлянд Н.Г. (1982) Районирование Урала по типу строения земной коры. Сов. геол., 11, 78-87.

7. Геология и полезные ископаемые России. (2011) В 6 т. Т. 1. Запад России и Урал. Кн. 2. Урал. СанктПетербург: Изд-во ВСЕГЕИ, 584 с.

8. Геотраверс “ГРАНИТ”: Восточно-Европейская платформа – Урал – Западная Сибирь (строение земной коры по результатам комплексных геолого-геофизических исследований). (Под ред. С.Н. Кашубина). (2002) Екатеринбург: Гл. упр-е природных ресурсов и охраны окр. среды МПР России по Свердл. обл., Баженовская геофизическая экспедиция, 312 с.

9. Гуляев А.Н., Осипова А.Ю. (2019) Зоны возможного возникновения очагов ощутимых землетрясений на Урале. Изв. вузов. Горн. журн., 8, 68-80.

10. Дружинин В.С., Гуляев А.Н., Колмогорова В.В., Парыгин Г.И., Уткин В.И., Кашубин С.Н. (2004) О тектонической природе уральских землетрясений. Геофизика, 3, 56-65.

11. Дружинин В.С., Кашубин С.Н., Вальчак В.И., Кашубина Т.В., Рыбалка А.В. (1985) Глубинное строение Урала по меридиональному профилю ГСЗ Нижняя Тура–Орск. Сов. геол., 1, 74-86.

12. Дружинин В.С., Колмогорова В.В., Кусонский О.А., Парыгин Г.И., Пустовалов Н.А., Силина И.К. (2007) Сведения о сейсмичности Среднего Урала по инструментальным данным. Геофизика XXI столетия: 2006 г. Сб. тр. Восьмых геофизических чтений им. В.В. Федынского. Тверь, 169-178.

13. Дружинин В.С., Осипов В.Ю. (2016) Субширотные дислокации земной коры Уральского региона – звенья системы линеаментов Евразийского континента. Уральск. геофиз. вестн., 2(28), 33-47.

14. Дружинин В.С., Осипов В.Ю., Начапкин Н.И. (2015) Субширотные дислокации в модели земной коры Приуральской области Западно-Сибирской геосинеклизы. Уральск. геофиз. вестн., 2(26), 13-23.

15. Егоркин А.В. (1996) Многоволновые глубинные сейсмические исследования. Геофизика, 4, 25-30.

16. Егоркин А.В. (2000) Геологическая информативность многоволнового ГСЗ на примере изучения севера европейской части России. Регион. геол. и металлогения, 10, 85-93.

17. Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики ВосточноЕвропейской платформы. (2007) (Под ред. Н.В. Шарова, А.А. Маловичко, Ю.К. Щукина). Кн. 1: Землетрясения. Петрозаводск: Карельск. НЦ РАН., 381 с.

18. Кашубин С.Н. (1984) Методика анализа физических свойств горных пород при региональных сейсмических исследованиях (на примере Тагильско-Магнитогорского прогиба). Геофизические методы поисков и разведки рудных и нерудных месторождений. Свердловск, 83-91.

19. Кашубин С.Н. (1994) Многоволновая сейсмометрия при изучении структуры, состава и динамического состояния земной коры Урала. Дисс. … докт. геол.мин. наук. Свердловск: ИГ УрО РАН, 43 с.

20. Кашубин С.Н., Дружинин В.С. (1999) Развитие метода ГСЗ на Урале.Физика Земли, 7-8, 30-43.

21. Кашубин С.Н., Дружинин В.С., Гуляев А.Н., Кусонский О.А., Ломакин В.С., Маловичко А.А., Никитин С.Н., Парыгин Г.Н., Рыжий Б.П., Уткин В.И. (2001) Сейсмичность и сейсмическое районирование Уральского региона. Екатеринбург: УрО РАН, 124 с. ISBN: 5-7691-1212-3

22. Кашубин С.Н., Петров О.В., Мильштейн Е.Д., Винокуров И.Ю., Вяткина Д.В., Кашубина Т.В., Крупнова Н.А., Кудрявцев И.В., Сакулина Т.С., Татаринов В.Ю., Яварова Т.М. (2022) Опыт многоволновой сейсморазведки при изучении земной коры континентов и океанов. СПб., ВСЕГЕИ, 112 c. (Тр. ВСЕГЕИ. Нов. сер. Т. 361). ISBN 978-5-00193-246-8

23. Колмогорова В.В., Дружинин В.С., Алиевский М.Я., Парыгин Г.И. (2005) Сейсмичность и упругие свойства литосферы в зоне сочленения Восточно-Европейской платформы и Урала. Глубинное строение. Геодинамика. Мониторинг. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей. Мат-лы третьих научных чтений памяти Ю.П. Булашевича. Екатеринбург, 34-35.

24. Колмогорова В.В., Дружинин В.С., Парыгин Г.И., Алиевский М.Я. (2004) Сейсмичность и упругие свойства земной коры Среднего Урала в районе Уральской сверхглубокой скважины. Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов. Мат-лы Всеросс. конф. с междунар. участием: Т. 1. Архангельск, 424-427.

25. Крылов С.В., Мишенькин Б.П., Мишенькина З.Р., Петрик Г.В., Сергеев В.Н., Шелудько И.Ф., Тен Е.Н., Кульчинский Ю.В., Мандельбаум М.М., Селезнев В.С., Соловьев В.М., Суворов В.Д. (1993) Детальные сейсмические исследования литосферы на Ри Sволнах. Новосибирск: Наука. Сибирск. издат. фирма, 199 с.

26. Крылов С.В., Тен Е.Н. (1995) Прочностные и упругие свойства очаговых зон сильных землетрясений на участках Байкальского и Северо-Тянь-Шаньского районов. Геология и геофизика, 2, 137-150.

27. Мартышко П.С., Федорова Н.В., Рублев А.Л. (2024). Об источниках магнитных аномалий в земной коре Среднего Урала. Геодинамика и тектонофизика, 15(3), 0763. https://doi.org/10.5800/GT-2024-15-3-0763. EDN: JSSZJC

28. Мишенькина З.Р., Шелудько И.Ф., Крылов С.В. (1983) Использование линеаризованной обратной кинематической задачи для двумерных полей рефрагированных волн. Численные методы в сейсмических исследованиях. Новосибирск: Наука, 140-152.

29. Осипова А.Ю., Осипов В.Ю., Бызов Д.Д. (2024) Сейсмичность и сейсмический режим территории Свердловской области. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 1, 42-51. DOI: 10.31857/S0869780924010052

30. Павленкова Н.И. (2011) Реологические свойства верхней мантии северной Евразии и природа региональных границ по данным сверхдлинных сейсмических профилей. Геология и геофизика, 52(9), 1287-1301.

31. Пузырев Н.Н., Крылов С.В., Мишенькин Б.П. (1975) Методика рекогносцировочных глубинных сейсмических исследований. Новосибирск: Наука, 160 с.

32. Пузырев Н.Н., Тригубов А.В., Бродов Л.Ю., Ведерников Г.В., Лебедев К.А., Оболенцева И.Р., Лебедева Г.Н. (1985) Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн. М.: Недра, 277 с.

33. Филатов В.В. (1990) Теория и практика геодинамического анализа гравитационного поля (на примере рудных районов Урала). Дисс. … докт. геол.-мин. наук. Свердловск: СГИ, 376 с.

34. Халевин Н.И., Алейников А.Л., Колмогорова В.В., Немзоров Н.И., Парыгин Г.И., Постникова А.М. (1980) Совместное использование продольных и поперечных волн промышленных взрывов. Росс. геол. и геофиз., 4, 87-96. (In Eng.)

35. Халевин Н.И., Колмогорова В.В., Юнусов Ф.Ф. (1987) Земная кора и верхняя мантия осевой зоны Урала по данным многоволновой сейсмики. Физика Земли, 3, 3-13.

36. Червяковский Г.Ф., Таврин И.Ф., Ярош А.Я., Ананьева Е.М., Дорофеев Б.В., Родионов П.Ф. (1966) Широтные и субширотные структуры Урала. Сов. геол., 11, 34-43.

37. Avtoneyev S.V., Anan’yeva Y.M., Bashta K.G., Bellavin O.V., Bulashevich Y.P., Druzhinin V.S., D’yakonova A.G., Zoloyev K.K., Kolmogorova V.V., Koroteyev V.A., Nikonova F.I., Popov B.A., Puchkov V.N., Rapoport M.S., Rybalko V.M., Ryzhiy B.P., Semenov B.G., Tavrin I.F., Tiunova A.M.N., Fedorova N.V., Kachray Y.V., Chursin A.V., Shapiro V.A., Shchapov V.A. (1992) Deep structure of the Urals from geophysical data. Int. Geol. Rev., 34(3), 263-279. https://doi.org/10.1080/00206819209465602

38. Brown D., Carbonell R., Kukkonen I., Ayala C., Golovanova I. (2003) Composition of the Uralidecrust from seismic velocity (Vp, Vs), heat flow, gravity, and magnetic data. Earth Planet. Sci. Lett., 210, 333-349.

39. Carbonell R., Perez-Estaun A., Gallart J., Diaz J., Kashubin S., Mechie J., Stadtlander R., Schulze A., Knapp J.H., Morozov A. (1996) A crustal root beneath the Urals: wide-angleseismic evidence. Science, 274, 222-224.