Тектоническая эволюция Восточной Азии, представляющей собой сложный коллаж разновозрастных геологических структур, издавна привлекает внимание исследователей. Согласно существующим представлениям [1, 2], здесь выделяются Северо-Азиатский и Северо-Китайский кратоны, между которыми зажаты Аргунский (Керулен-Аргуно-Мамынский), Буреинско-Цзямусинский континентальные массивы (супертеррейны), разделенные палеозойскими и позднепалеозойско-раннемезозойскими складчатыми поясами.
Одним из наиболее дискутируемых аспектов является современная геодинамика этого региона, которая обычно рассматривается в русле взаимодействия Евразийской и Амурской плит. Область этого взаимодействия по [3, 4] представляет собой широкую полосу (до 400 км) активизации эндогенных процессов. Северным ограничением этой полосы, протягивающейся от озера Байкал на западе, до Удской Губы Охотского моря на востоке, выступает Олекмо-Становая сейсмическая зона, южным – Тукурингра-Джагдинская.
По существующим представлениям кинематические характеристики взаимодействующих Евразийской и Амурской плит практически идентичны [5], скорость смещения Амурской плиты относительно Евразийской имеет очень малую величину – 1–3 мм/год [6], однако зона их сочленения ярко выражена в градиентах поля напряжений, плотности разрывных нарушений и сейсмичности [7, 8]. Участков инструментальных GPS-наблюдений в пределах Амурской плиты сравнительно немного [6, 9], и они не характеризуют всю ее площадь, что снижает обоснованность представлений об однонаправленности движения слагающих ее блоков и, соответственно, целостности.
Целью данной работы является изучение современной кинематики северной части Аргунского континентального массива на основе GPS-измерений, полученных на Верхнеамурском геодинамическом полигоне. Этот континентальный массив в схемах структурного районирования [1, 3, 4, 8], рассматривается в качестве составной части Амурской литосферной плиты. С севера Аргунский массив отделен от Монголо-Охотского складчатого пояса (МОСП) Южно-Тукурингрским разломом субширотного простирания.
В строении Аргунского континентального массива принимают участие разновозрастные геологические образования. В существующих стратиграфических схемах в качестве «основания» обычно рассматриваются условно раннедокембрийские метаморфические комплексы гонжинской серии [1, 10]. Однако в последние годы показано, что формирование протолитов метаморфических пород гонжинской серии произошло в палеозое и мезозое, а наложенные на них структурно-метаморфические преобразования связаны не с докембрийским, а с мезозойским этапом геологического развития.
Мощные деформированные терригенные толщи юрского возраста слагают Верхнеамурский прогиб [1, 2], расположенный вдоль границы Аргунского континентального массива и Монголо-Охотского складчатого пояса. Л.П. Зоненшайн с соавторами [7] сопоставлял эти толщи с отложениями пассивных континентальных окраин, тогда как Л.М. Парфенов с соавторами [2] предполагал их орогенную природу.
Раннемеловые комплексы представлены интрузиями преимущественно гранитоидного состава, относимыми к верхнеамурскому и буриндинскому комплексам, а также андезитами и дацитами талданского вулканического комплекса [10]. К несколько более поздним относится галькинский бимодальный вулканический комплекс.
Наконец значительная часть Аргунского континентального массива, по крайней мере его восточная часть, перекрыта чехлом рыхлых отложений кайнозойских отложений Амуро-Зейской впадины [10].
Неотектонический этап развития территории Верхнего Приамурья обусловлен продолжающимся сближением под острым углом Евразиатской и Амурской плит. Межплитные и межблоковые движения привели к созданию сложных разломно-блоковых структур современного облика, чье развитие происходит на основе тектонических структур более раннего времени заложения.
Вычисленная средняя мощность земной коры северной части Аргунского массива имеет типичные для континентов значения (40–42 км) и незначительно увеличивается с востока на запад [1]. Модельная глубина залегания подошвы литосферы составляет 85 км на его восточном обрамлении, увеличивается до 100 км в его центральной части и достигает 150 км на его западном фланге [4]. Вычисленная средняя плотность земной коры характеризуется пониженными значениями, и незначительно увеличивается с юга на север от 2,805 г/см3 до 2,826 г/см3. Плотность верхней мантии имеет повышенные значения 3,289 г/см3 и практически не изменяется на всей его площади.
В геоэлектрических полях [1] отчетливо выражены два слоя, верхний соотносится с земной корой и имеет мощность 30–40 км, с типичным сопротивлением 1800–3700 Ом/м. Нижний слой, мощностью 30–60 км и сопротивлением 100–500 Ом/м, соотносится с литосферной мантией. В подошве земной коры выделяется незначительный по мощности высокопроводящий 25–40 Ом/м слой мощностью 5–15 км. На схеме гравитационного поля [10] территории северной части Аргунского массива соответствуют положительные аномалии 30–40 мГал, достигающие значений 55 мГал на его северном обрамлении. На схеме аномалий магнитного поля [10] северная часть Аргунского массива подразделяется на две зоны: восточную, с общей незначительной положительной аномалией до 200 нТл, и западную, с эквивалентной общей отрицательной аномалией. В центральной области на локальных участках аномалии магнитного поля достигают экстремальных значений более 2000 нТл. Тепловой поток на выделяемой площади имеет стационарный характер [1], его интенсивность составляет около 45 мВт/м2 на южном обрамлении и монотонно возрастает в северном направлении, где в области сочленения с МОСП достигает значений 80 мВт/м2. Сейсмический режим на большей части Аргунского массива спокойный, инструментально зарегистрированы лишь отдельные рассеянные по площади и времени сейсмические события малых магнитуд. Однако в зоне влияния Южно-Тукурингрского разлома плотность выделяемой сейсмической энергии значительно возрастает, и как показало случившееся в 2011 г. близи г. Сковородино сейсмическое событие магнитудой 6.1 [11], накапливающиеся на этом участке тектонические напряжения способны продуцировать сильные землетрясения с катастрофическими последствиями, т.к. разлом пересекают действующий нефтепровод ВСТО и строящийся газопровод «Сила Сибири», Транссибирская и Байкало-Амурская железнодорожные магистрали, в зоне влияния разлома также находится Зейская ГЭС.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились в северной части Амурской области (Верхнее Приамурье) на геодинамическом полигоне, охватывающем территорию с координатами от 121 до 128 градусов в.д. и от 53 до 56 градусов с.ш. Данный полигон включает в себя северную часть Аргунского блока, в котором к настоящему времени, организовано 6 точек наблюдения (ZEYA, MAGD, TALD, SKOR, URUH, BUGO) (рис. 1). Данные пункты наблюдений представляют собой закрепленные в коренных породах или бетонных основаниях специальные реперы (стержни из легированной стали). Участки, на которых устанавливались реперы, выбраны таким образом, чтобы исключить влияние склоновых, криогенных и оползневых процессов, на достаточном удалении от каких-либо объектов деятельности человека.
Основные тектонические структуры Верхнего Приамурья [10] и горизонтальные смещения пунктов относительно пункта SKOR. Главные тектонические структуры Верхнего Приамурья: 1 – Аргунский континентальный массив; 2–3 – структуры Селенга-Станового супертеррейна, блоки: 2 – Урканский, 3 – Могочинский; 4–7 – Структуры Джугдуро-Станового супертеррейна, блоки: 4 – Ларбинский, 5 – Брянтинский, 6 – Иликанский, 7 – Дамбукинский; 8–9 шовные зоны: 8 – Джелтулакская шовная зона, 9 – Монголо-Охотский складчатый пояс; 10 – основные разломы: ЮТ – Южно-Тукурингрский, СТ – Северо-Тукурингрский, ДЖ – Джелтулакский. Векторы скорости смещений (стрелки) пунктов относительно пункта SKOR показаны с эллипсами 95 % доверительного интервала. На врезке отмечены основные литосферные плиты восточной Азии: EU – Евразийская, AM – Амурская, OK – Охотская, NA – Северо-Американская. Темный прямоугольник – исследуемый регион
Измерения на реперных пунктах, как правило, выполнялись 1 раз в год (в период с 2007 по 2013 г.) с использованием спутниковых приемников Ashtech UZ-12, оснащенными антеннами типа choke ring. Запись информации приемниками осуществлялась с 30 секундным интервалом при продолжительности сессии не менее 36 часов, что является достаточным условием для вычисления пространственных координат пункта с субмиллиметровой точностью [12]. Для минимизации влияния сезонных отклонений на точность позиционирования все полевые кампании проводились в течение августа-сентября.
Полученные данные GPS-наблюдений обрабатывались с использованием программного пакета GAMIT/GLOBK [12]. В процессе обработки, для получения окончательного координатного решения, были использованы навигационные файлы, точные орбиты спутников и RINEX файлы станций международной сети IGS загружаемые программным пакетом с сервера NASA. Для определения системы отсчета использовались данные о положении и скоростях не менее 25 IGS станций, входящих в систему отсчета ITRF2008.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате обработки было получено векторное поле скоростей смещений пунктов геодинамического полигона Верхнего Приамурья (таблица). Как следует из приведенных в таблице оценок, все точки наблюдения (кроме пункта BUGO, для которого еще не накоплен длительный ряд наблюдений), принадлежащие северной части Аргунского массива, характеризуются близкими параметрами смещений (направление, величина). Что свидетельствует об однородности векторного поля скоростей точек в её пределах (разности в компонентах векторов не превышают первых мм в год) и, следовательно, отсутствии значимых подвижек внутри северной части массива.
Горизонтальные скорости смещений GPS пунктов геодинамического полигона Верхнего Приамурья в ITRF2008
|
Координаты пунктов, в градусах |
Компоненты скоростей смещений, мм/год |
Ошибки определения скоростей, мм/год |
Название пункта |
|||
|
с.ш. |
в.д. |
восток |
север |
восток |
север |
|
|
127,43 |
53,77 |
23,45 |
–16,04 |
0,89 |
1,25 |
PIKA |
|
127,28 |
53,75 |
22,57 |
–17,17 |
0,41 |
0,50 |
ZEYA |
|
125,80 |
53,46 |
24,75 |
–14,11 |
0,36 |
0,46 |
MAGD |
|
124,94 |
55,51 |
26,44 |
–10,54 |
1,40 |
1,83 |
MOGO |
|
124,90 |
54,19 |
26,55 |
–11,47 |
1,81 |
2,59 |
SOSN |
|
124,89 |
54,03 |
16,85 |
–8,20 |
1,63 |
2,16 |
BUGO |
|
124,75 |
55,15 |
20,77 |
–11,79 |
0,28 |
0,35 |
TIND |
|
124,64 |
54,53 |
20,74 |
–11,77 |
0,57 |
0,71 |
DJEL |
|
124,55 |
53,75 |
22,26 |
–13,42 |
0,26 |
0,34 |
TALD |
|
124,46 |
54,29 |
28,58 |
–16,81 |
0,81 |
0,97 |
SOLO |
|
124,20 |
55,21 |
29,33 |
–14,36 |
0,29 |
0,38 |
KUVI |
|
124,11 |
53,97 |
24,14 |
–16,10 |
0,27 |
0,35 |
SKOR |
|
123,80 |
54,56 |
28,35 |
–17,23 |
3,38 |
4,91 |
ANOS |
|
123,78 |
54,26 |
20,89 |
–15,91 |
2,27 |
2,87 |
TAHT |
|
123,20 |
55,35 |
22,74 |
–7,17 |
1,08 |
1,41 |
URKI |
|
122,91 |
54,03 |
24,62 |
–11,96 |
0,32 |
0,42 |
URUH |
|
122,73 |
54,27 |
17,39 |
–23,01 |
3,55 |
4,82 |
PUTA |
|
122,17 |
54,59 |
18,89 |
–19,81 |
3,65 |
5,06 |
NYUK |
|
121,96 |
53,99 |
22,19 |
–13,28 |
0,65 |
0,83 |
EROF |
Примечание. Ошибки определения скорости приведены в 95 % доверительном интервале.
Подтверждением этому может служить сравнение оценок скоростей смещения пунктов северной части Аргунского массива, приводимых в этой работе, с оценками, полученными для китайской части последнего [13, 14]. Разность в векторах для близко расположенных пунктов, несмотря на различия в конфигурации сети наблюдений, их продолжительности, а также методиках обработки данных, не превышает первых мм/год.
Таким образом, несмотря на то, что Аргунский континентальный массив характеризуется гетерогенным геологическим строением, что находит свое отражение в сложной структуре геофизических полей, в пределах его северной части установлена однородность векторного поля скоростей смещений, что свидетельствует о его кинематической целостности. При этом кинематические параметры северной части Аргунского массива существенным образом отличаются от других геологических структур, находящихся в области взаимодействия Евразийской и Амурской плит (рисунок).
Анализ развития морфоструктур, характер трещинной и полученные результаты кинематики показывают, что Южно-Тукурингрский разлом является взбросом с левой сдвиговой составляющей. Это подтверждает и механизм очага Сковородинского землетрясения, произошедшего 14 октября 2011 г. [11]. Данный разлом четко выражен на схемах гравитационного поля, где ему соответствует значительная положительная аномалия [10], а также выражен на геоэлектрических полях, где ему соответствует область низкого сопротивления [1].
Заключение
На основе геодезических измерений с использованием GPS-технологий, выполненных на геодинамическом полигоне Верхнего Приамурья, получено векторное поле скоростей смещений пунктов. Установленные параметры смещений (направление, величина) свидетельствуют об однородности векторного поля скоростей точек, принадлежащих северной части Аргунского массива, и отсутствии в его пределах значимых подвижек (разности в компонентах векторов не превышают первые мм в год). Показана кинематическая целостность северной части Аргунского массива на современном этапе.
Прикладное значение полученных результатов связано с возможностью дальнейшей оценки воздействия динамических напряжений на искусственные объекты, расположенные в пределах активных тектонических структур.
Исследования выполнены при поддержке РФФИ (грант 17-55-53110).