Геодинамические модели глубинного строения

Нефтегорское землетрясение 28 мая 1995 г.

Нефтегорское землетрясение произошло на Северном Сахалине 28 мая 1995 г. (координаты 52.60 ⁰ с. ш. и 142.80 ⁰в. д.). Очаг землетрясения находился на глубине около 18 км, магнитуда Ms = 7.2 по шкале Рихтера (Рогожин, 1996). В результате землетрясения образовался сейсморазрыв север-северо-восточного простирания протяженностью около 40 км.
a	b
Рисунок 3. Геологическая карта (a) и сейсмичность (b) Северного Сахалина. 1 – Квартер; 2 – Плиоцен; 3 – Неоген; 4 – Миоцен; 5 – Верхний мел; 6 – Офиолиты на п-ове Шмидта; 7 – Офиолиты, простирающиеся вдоль восточного побережья Сахалина; 8 – разломы; 9 – землетрясения; 10 – фокальный механизм Нефтегорского землетрясения 25 мая 1995 года. Разлом представляет собой правосторонний сдвиг, перемещение по которому достигало 8.1 м, а вертикальная составляющая 1.5 - 2 м. Пространственно Нефтегорский сейсморазрыв связан с Верхне-Пильтунским разломом, осложняющим на севере Сахалина неогеновые и четвертичные преимущественно песчано-глинистые отложения мощностью до 6 и более километров. Верхне-Пильтунский разлом составляет северное звено крупного глубинного Центрально-Сахалинского разлома, прослеживающегося вдоль всего острова. Многочисленные сейсмогенные подвижки по Верхне-Пильтунскому разлому, как показали исследования (Рогожин, 1996; Семенов и др., 1996), происходили, неоднократно в голоцене. Нефтегорское землетрясение 1995 г. – лишь одна из многих сейсмокатастроф, связанных с подвижками по этому разлому.

Древняя субдукционная зона – граница между
впадиной Дерюгина и Северо-Сахалинским осадочным бассейном

Северный Сахалин состоит из Северо-Сахалинского бассейна, западного обрамления впадины Дерюгина и разделяющего их офиолитового комплекса. Расположенный на п-ове Шмидта офиолитовый комплекс сложен перидотитами, гарцбургитами и дунитами. С гипербазитами по тектоническому контакту, выраженному зоной серпентинитов, соприкасается толща шаровых лав базальтов, андезито-базальтов, кератофиров и туфов мощностью до 600 м с линзами яшм, кремнистых туфоалевролитов и известняков. Кремнистые породы содержат меловые радиолярии (Алексейчик и др., 1963; Рождественский, 1988, 2000). Среди вулканических пород выделены бониниты, характерные для фронтальной части островных дуг (Высоцкий и др., 1998). На толщу шаровых лав надвинута чешуя габбро и габбро-диабазов мощностью до 900 м, прорванных дайками диабазов и плагиогранитов. В зоне разлома, ограничивающего перидотитовый массив с запада, встречаются крупные блоки габбро, диоритов и плагиогранитов, возраст которых (К-Ar метод) 87.1 млн. лет (Рождественский, 2000). Перидотиты вдоль контакта с габбро сильно серпентинизированы, а габбро превращены в родингиты. По данным аэромагнитной съемки массив гипербазитов п-ова Шмидта прослеживается в Охотском море в юго-восточном направлении вдоль восточного побережья Сахалина на 1200 км при ширине до 30 км (Корнев, 1990) и связан с глубинным разломом, перекрытым в настоящее время кайнозойскими отложениями. В магнитном поле эта зона представляет собой пояс высокоградиентных аномалий, интенсивность которых достигает 1300 нТл (Родников и др., 1996).
Предполагается, что офиолитовый комплекс фиксирует положение древней сейсмофокальной зоны – позднемезозойской зоны субдукции океанической коры Охотского моря под структуры Сахалина (Гранник, 1991; Родников и др., 2002).

Рисунок 4. Магнитная карта Северо-Сахалинского региона. (Красный, 1990). Положительная магнитная аномалия вдоль восточного побережья Сахалина фиксирует положение офиолитового комплекса.

Подтверждением развития в позднем мезозое субдукционной зоны служит выделенная на Восточном Сахалине позднемеловая-палеогеновая Восточно-Сахалинская вулканическая дуга, состоящая из фрагментов вулканических островов, сложенных андезитами, дацитами, риолитами и их туфами известково-щелочной серии (Гранник, 1999). Распространение андезитовой цепи вулканов вдоль восточного Сахалина свидетельствует о том, что глубина до субдукционной зоны, где располагались в то время магматические очаги, составляла 70–100 км. Толщина реконструированной сейсмофокальной зоны примерно составляет 80 км, а угол наклона около 450 (Гранник, 1999). За вулканической дугой в позднем мелу на Северном Сахалине располагался задуговой бассейн, сложенный терригенными, кремнистыми и карбонатными породами, а перед дугой располагался глубоководный желоб, фиксирующий субдукцию плиты Охотского моря под Сахалин.

Геодинамическая модель глубинного строения региона

Через древнюю субдукционную зону, вулканическую островную дугу, впадину Дерюгина и Северный Сахалин был построен глубинный геолого-геофизический разрез.
Геологическое строение дано по (Богданов и Хаин, 2000; Родников и др., 1996; Biebow et al., 2000; Rodkin and Rodnikov, 1996; Rodnikov et al., 2001, 2008), строение коры по (Косминская и др., 1987; Piip and Rodnikov, 2004), строение верхней мантии по (Родников и др.,1996, 2002), значения теплового потока по (Смирнов, 1986; Смирнов и Сугробов, 1980; Pollak et al., 1991), сейсмичность по ежегоднику Землетрясения Северной Евразии, 1992–2003, (ред. О. Е. Старовойт), а также по (Юнга и Рогожин, 2000).

Рисунок 5. Геодинамическая модель глубинного строения региона Нефтегорского землетрясения.
Справа: карта-схема расположения профиля. Вверху: распределение измеренных значений теплового потока (мВт/м ²) вдоль профиля. Очаг Нефтегорского землетрясения связан с подвижками, происходящими в древней субдукционной зоне.
Геологический возраст: MZ – Мезозой, Pg – Палеоген, N – Неоген, Q – Четвертичные отложения.

Построенная модель глубинного строения литосферы под Нефтегорским землетрясением показала, что Северный Сахалин состоит из Северо-Сахалинской осадочной впадины, западного обрамления впадины Дерюгина и разделяющего их офиолитового комплекса (Родников и др., 2002; Rodnikov et al., 2008).
Впадина Дерюгина образовалась на месте древнего глубоководного желоба, после того как в позднемеловоепалеогеновое время плита Охотского моря субдуцировала под вулканическую дугу (Гранник, 1999; Родников и др., 2002). Она выполнена кайнозойскими, преимущественно глубоководными, морскими терригенными и кремнисто-терригенными отложениями толщиной до 12 км. В неогене в результате раскрытия рифтовой структуры Татарского пролива субдукция прекратилась, а желоб превратился в осадочный бассейн (Родников и др., 1996; Rodnikov et al., 2001).
Олигоцен-нижнемиоценовый комплекс составляет нижнюю часть осадочной толщи. Он слагает отдельные изолированные рифтовые грабены, сформировавшиеся в условиях глубоководного желоба. Мощность этих отложений составляет 3–5 км. Верхняя основная часть разреза сложена миоцен-четвертичными осадками, выполняющими крупные прогибы, отделенные от поднятий листрическими сбросами. Верхи разреза сложены диатомовыми пелитами с прослоями пирокластических пород.
Слоистая толща впадины Дерюгина повсеместно смята в складки и разбита разломами, осложняющими борта впадины (Biebow et al., 2000). Разломы отражают современную тектоническую обстановку региона, обусловленную, по-видимому, глубинными процессами. Активная современная тектоника подчеркивается высокими значениями теплового потока, достигающими 200 мВт/м ² (Смирнов, 1986), гидротермальной деятельностью (Обжиров и др., 1999) и сейсмическими проявлениями, приуроченными в основном к западному борту впадины Дерюгина (Рогожин, 1996), где выходит на поверхность древняя сейсмофокальная зона.
Мощный осадочный чехол впадины залегает на неровной поверхности акустического фундамента со скоростями сейсмических волн 6.2–6.4 км/с. Скорости по поверхности Мохо пониженные до 7.6 км/с (Piip and Rodnikov, 2004). Толщина фундамента незначительная – не больше 10 км, обусловленная процессами растяжения и последующего прогибания. Тектоническая активность, проявившаяся в регионе Охотского моря, в частности во впадине Дерюгина, обусловлена процессами, протекающими в верхней мантии. Здесь на небольшой глубине (25–30 км) после завершения процессов субдукции возник астеносферный диапир, содержащий магматические очаги с высокими температурами, достигающими 1100 ⁰C (Родников и др., 2002).
Над древней субдукционной зоной располагается Северо-Сахалинский осадочный бассейн, сформировавшийся на месте позднемеловой задуговой впадины. Протяженность его в северо-западном направлении составляет 900 км при ширине в 80–120 км. Фундамент сложен триасо-раннемеловыми вулканогенно-кремнистыми и, в отдельных случаях, позднемеловыми вулканогенными отложениями. Он расположен на глубине до 5–12 км, а на обрамляющих и внутренних поднятиях до 1.5–3 км (Родников и др., 1996).
Образование задугового бассейна связывается с апвеллингом астеносферного диапира к коре, расчленением коры в конце позднего мела на систему узких горстов и грабенов и накоплением фаций начального рифтогенеза ( Rodnikov et al., 2001; Родников и др., 2005). Породы бассейна представлены переслаиванием терригенных, кремнисто-терригенных и карбонатно- вулканогенно-кремнистых пород (Родников и др., 1996). Магматические породы, связанные с развитием задугового бассейна, относятся к известково-щелочным и щелочным сериям. Они представлены габбро, гранодиоритами и толеитами, сходными с океаническими оливиновыми базальтами, андезитами, сменяющимися вверх по разрезу дацитами и риолитами. Возраст осадочных пород устанавливается по фауне иноцерамов и аммонитов, а также по радиоляриям, как верхнемеловой (Гранник, 1999). В олигоценовую эпоху продолжалось заполнение грабенов терригенными, а затем кремнисто-глинистыми отложениями мощностью до 3.5 км. Следующему миоценовому этапу максимального расширения в Северо-Сахалинском бассейне соответствует мощный (до 10 км в отдельных грабенах) комплекс пород – сначала глубоководные, а потом все более мелководные песчано-глинистые отложения. Для плиоценового этапа развития бассейна, как и предыдущих, характерно накопление песчано-глинистых осадков. В результате плиоценово- четвертичной тектонической активизации сформировались слабо интенсивные пологие пликативные структуры. Тепловой поток в этом бассейне характеризуется средними значениями, а астеносфера по данным электромагнитных исследований расположена в настоящее время на глубине около 70 км (Родников и др., 1996).

Рисунок 6. Схема горизонтальных деформаций земной поверхности региона Нефтегорского землетрясения за период 1970–1997 гг. (Василенко и др., 2001; Воейкова и др., 2007), дополненная эпицентрами землетрясений.
1-линеаменты, 2-флексуры, 3-глубинные разломы, 4-разломы, 5-очаги землетрясений, 6-смещение пункта геодезической сети.

В результате подвижек, происходящих по древней субдукционной зоне, расположенной под Сахалином, в земной коре происходят значительные перемещения по многочисленным разломам и деформация земной поверхности. Образовалась система разломов в коре, включающая линеаменты, глубинные разломы, сбросы, взбросы, сдвиги и флексуры (рисунок 6).
Вдоль разломов образовались приразломные впадины и блоки. Кора региона находится в постоянном движении. Отмечаются как горизонтальные, так и вертикальные перемещения (Воейкова и др., 2007). Повторные GPS-измерения в эпицентральной зоне Нефтегорского землетрясения выполнялись в 1995–1997 гг. В результате землетрясения в эпицентральной зоне произошли значительные правосторонние смещения земной поверхности. В окрестностях Нефтегорска величина правостороннего сдвига составила 4 м, а амплитуда взброса составила 75 см (Василенко и др., 2001; Воейкова и др., 2007).

Формирование и дальнейшее развитие осадочных бассейнов, расположенных на Северном Сахалине, таких как впадина Дерюгина, образовавшаяся на месте глубоководного желоба, или Северо-Сахалинский осадочный бассейн, наследовавший структуры задуговой впадины, обусловлено субдукционными процессами, протекавшими в позднемеловую-раннепалеогеновую эпоху и активизированными в последующее время, о чем свидетельствует непрекращающиеся сейсмические подвижки в регионе (Rodnikov, 2007). Расположение древней субдукционной зоны под Сахалином, являющейся причиной сильных землетрясений, делает этот регион одним из сейсмоопасных на территории России.

Построенная модель глубинного строения литосферы региона Нефтегорского землетрясения показала, что Северный Сахалин состоит из Северо-Сахалинской осадочной впадины, западного обрамления впадины Дерюгина, и разделяющего их офиолитового комплекса.
Впадина Дерюгина образовалась на месте древнего глубоководного желоба, после того как в позднемеловое-палеогеновое время плита Охотского моря субдуцировала под вулканическую дугу, расположенную вдоль Сахалина, а Северо-Сахалинский бассейн сформировался в то время на месте задуговой впадины.
Офиолитовый комплекс, сложенный ультраосновными породами, фиксирует положение древней субдукционной зоны, действующей примерно 100–60 млн. лет назад. На поверхности субдукционная зона проявляется в виде глубинных разломов, простирающихся вдоль Сахалина. Очаг Нефтегорского землетрясения непосредственно образовался в связи с активизацией этой древней субдукционной зоны.
Расположение под Сахалином древней субдукционной зоны, являющейся причиной сильных землетрясений, делает этот регион одним из сейсмоопасных на территории России.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Гранты № 12-05-00029-а и № 12-01-90418-Укр_а.