Глубинное строение Анапской флексурно-разрывной зоны, Западный Кавказ

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Комплексное геолого-геофизическое исследование линейных тектонических структур, не выраженных на поверхности в виде явных активных разломов, является перспективным направлением. Важно, что к таким структурам часто приурочены очаги сильных и умеренных землетрясений. Так, в последние годы большое количество публикаций посвящено изучению «скрытых» или «слепых» разломных зон в пограничных областях Памира и Тянь-Шаня [19, 20, 21, 22]. На Большом Кавказе подобные тектонические зоны обнаружены на северо-западном периклинальном замыкании мегантиклинория [1]. И, если структурно-неотектоническое изучение их строения недавно активизировалось [17, 18], то исследование глубинного строения до последних лет почти не проводилось. В предлагаемой статье мы приводим первые данные и результаты изучения структуры поперечной Анапской и связанных с ней Ахтырской и Молдаванской продольных флексуро-разрывных зон в коре и на поверхности.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Вблизи меридиана г. Анапа многими исследователями установлено периклинальное замыкание складчатого сооружения Северо-Западного Кавказа [1, 9, 10, 11]. Слагающие его смятые в линейные складки кавказского простирания мезозойские отложения резко погружаются под палеоген-неогеновый комплекс осадочных пород. Детальные сейсмостратиграфические исследования выявили в этом районе довольно крутой борт Керченско-Таманского периклинального прогиба, выполненного майкопскими отложениями мощностью до 5 км [15]. Морфология этого борта позволяет выделять здесь крупную (шириной до 20 км) поперечную флексуру северо-восточной ориентировки с амплитудой вертикальных смещений кровли меловых отложений 6 –7 км, подошвы майкопской серии – 5 км, а ее кровли – 1–2 км. Анапская флексурно-разрывная зона отделяет опущенный, Таманский блок от Северо-Западного Кавказа и прослеживается на северо-восток, где соединяется с Ахтырской флексурно-разрывной зоной. Амплитуда новейших вертикальных смещений по Анапской флексуре достигает 1.5 км, по данным Е.Е. Милановского [10]. Кроме того, в пределах Анапской зоны обнаружено погружение позднеплиоценовой (куяльницкой) поверхности выравнивания на 50–70 м [13].

В левом борту р. Гостагайки, пересекающей флексурно-разрывную зону, в ее восточной части, наблюдается терригенно-карбонатный палеоценовый флиш с зонами тектонического смятия, локальными малоамплитудными разрывами, мелкими складками волочения и резкими сменами элементов залегания в отдельных обнажениях. В то же время явно проявившихся на поверхности протяженных активных разломов антикавказского простирания не обнаружено. По результатам геоморфологических и структурно-тектонических исследований, проведенных в последние годы в районе Анапской флексурно-разрывной зоны, все основные хребты развиты в осевых зонах синклиналей или на их крыльях, в то время, как антиклиналям отвечают в рельефе крупные продольные депрессии – Михайловская, Верхнепсебепская и др. Также здесь кроме грабеновых и горстовых деформаций запад-северо-западного простирания наблюдается ряд непротяженных линеаментов близмеридиональной ориентировки, выстраивающихся в длинные цепочки и осложняющих складчато-блоковую структуру Анапского сейсмоактивного района [17, 18].

Восточнее Анапской флексуры горное сооружение образовано горстами, разделёнными несколькими грабенами. Михайловская шовно-депресионная зона, выделенная С. А. Несмеяновым [11] в осевой части Северо-Западного Кавказа, в районе Анапы разветвляется на несколько приразрывных грабенов. В складчатой структуре на новейшем этапе здесь произошла смена условий северо-восточного сжатия на растяжение. В условиях растяжения, сформированы Цемесский и Анапский грабены, также заложенные на доорогенных антиклиналях.

Вдоль северо-восточной границы горного сооружения Западного Кавказа выделяется серия нарушений, объединяемых в широкие Ахтырскую и Черкесскую флексурно-разрывные зоны. По данным ранее проведенных геофизических исследований, эти нарушения объединяются вблизи поверхности в единую структуру, осложненную несколькими пологими взбросами, и маскирующую реальное глубинное строение. В недрах флексуры подстилаются крутым взбросом, падающим к югу и внедряющимся к северу в разрез Предкавказского прогиба в виде клина на уровне контакта нижнеюрских пород и комплекса молассовых и платформенных толщ пермо-триаса [6]. Ниже клина Ахтырский и Черкесский разломы вначале полого, а с глубиной круче погружаются в тело палеозойского кристаллического фундамента. По данным магнитотеллурического зондирования (МТЗ) предполагается надвигание структур Большого Кавказа на прогиб вдоль Ахтырского разлома по домеловым комплексам с амплитудой горизонтального перемещения 10 км [2].

Проведенные на Северо-Западном Кавказе геофизические исследования позволили изучить глубинное строение деформируемой среды путем составления геолого-геофизических и структурно-геологических разрезов, заданных вкрест простирания складчатой системы. Примером может служить работа по геологической и сейсмотектонической интерпретации сейсмического профиля обменных сейсмических волн землетрясений (МОВЗ) Ростов-Новорос- сийск [6].

По данным интерпретации данных МОВЗ и МТЗ определена глубина залегания опорных границ — поверхности фундамента и Мохо; в надфундаментном разрезе и толще консолидированной коры прослежен ряд сейсмических границ. Проявились делимость коры на блоки, степень ее расслоенности в разных блоках и изменение мощности отдельных слоев и коры по латерали.

Локация очагов местных землетрясений в совокупности с данными МОВЗ показали их приуроченность на Северо-Западном Кавказе к контакту пород нижнего и верхнего мела в чехле (глубина порядка 3 км), к поверхности раздела чехол-фундамент (8–12 км).

Очевидна сейсмогенерирующая роль системы взбросо-надвигов Семигорской антиклинали в осевой части складчатого сооружения Большого Кавказа, разломов Черноморской зоны в подножии южного склона мегантиклинория и Новотитаровского разлома на северном ограничении Западно-Кубанского прогиба.

Эти геофизические разрезы не пересекают Анапскую флексурно-разрывную зону, поэтому ее глубинное строение оставалось до сих пор неизвестным (рис.1).

 

Рис. 1. Тектоническая схема области периклинального замыкания Северо-Западного Кавказа.

Структурные ступени: АС – Анапская (меридиональная), ВС – Витязевская (меридиональная), НС – Неберджаевская (широтная); ПГ – Псебепско-Гойтхский антиклинорий.

1 – пункты измерения по ММЗ; 2 – пикеты измерения МОВЗ профиля Ростов-Новороссийск, по [6]; 3 – флексурно-разрывные зоны: А – Ахтырская, по [8], М – Молдаванская, по [11]; 4–5 – разломы, по [8]: 4 – межблоковые глубинные: Бз – Безепский, Д – Джигинский, Н – Натухаевский, П – Псебепский, Бк – Баканский, 5 – межблоковые глубинные, переходящие в мезозойский комплекс: Г – Гостагаевский; 6 – изолинии аномального магнитного поля (DТ)_а в нТл, по [5]; 7 – населенные пункты

 

ДАННЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для проведения геофизических исследований была выбрана область сочленения поперечной Анапской и связанных с ней Ахтырской и Молдаванской продольных флексуро-разрывных зон на северо-западном Кавказе. Такой выбор обусловлен большим интересом к структурно-неотектоническому изучению их строения [17, 18] и к повышенной новейшей сейсмической активности этой области на фоне всего западно-кавказского региона России. Изучение глубинного строения региона современными геофизическими методами не проводилось уже многие годы. Предыдущие исследования [6, 15] не могут дать ясных представлений о структуре перехода от мегантиклинория в северо-западной его периклинали. В то же время детальные сейсмотектонические работы в регионе [12] позволили получить новые данные о приповерхностном строении ряда сейсмоактивных структур исследуемой зоны.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для изучения глубинного строения ряда районов Северо-Западного Кавказа в последние годы было выполнено профилирование с применением метода микросейсмического зондирования (ММЗ). ММЗ [4] относится к группе пассивных методов сейсморазведки и может применяться при решении геолого-геофизических и структурных задач для различных классов геологических объектов в различных географических и климатических условиях.

К настоящему времени накоплен значительный опыт использования ММЗ, полученный в рамках выполнения научно-исследовательских и хоздоговорных проектов на территории России [7, 16].

ММЗ является сейсморазведочным методом, в котором вместо зондирующих сейсмических сигналов искусственного происхождения (от взрывов и вибраторов) используются естественные фоновые колебания поверхности Земли (микросейсмы). Распространенными в мире методами, родственными ММЗ, являются:

• модификации метода поверхностно-волновой томографии на основе оценки по кросс-корреляционной функции фазовой части функции Грина;
• модификации метода пространственной корреляции (SPAC-методы);
• модификации метода отношения компонент (H/V-методы).

Согласно численным экспериментам, разрешающая способность метода при восстановлении изображения по горизонтали оценивается как (0.25–0.3)ë, где ë – эффективная зондирующая длина волны [4]. Оценка разрешения по вертикали составляет величину не более ~ 0.3 ë, где ë – эффективная длина волны для средней глубины между неоднородностями. Показано, что обнаружить присутствие изолированной малой неоднородности возможно, даже если ее размеры меньше длины волны в 10 и более раз [4].

Субвертикальные геологические неоднородности и скоростные границы для ММЗ являются предпочтительными, а субгоризонтальные границы – «неудобными» объектами, хотя и последние также фиксируются. В отличие от ММЗ в сейсморазведке методом отраженных волн (МОВ) субгоризонтальные геологические тела и скоростные границы являются предпочтительными объектами. Это объясняется взаимным пространственным положением волновых фронтов и скоростных границ. Так, идеально горизонтальная в пределах измерительного профиля скоростная граница может оказаться незаметной при использовании ММЗ. Зачастую о горизонтальных границах в ММЗ можно судить по нарушению характера волновой картины, по аналогии с тем, как определяют присутствие и положение субвертикальных разломов в МОВ. В этом смысле ММЗ можно рассматривать как своеобразное «ортогональное дополнение» к МОВ.

Технологически проведение измерений по ММЗ состоит из прохождения профиля от точки к точке с помощью переносных широкополосных сейсмометров. В каждой точке производится накапливание микросейсмического сигнала в течение времени, достаточного для достижения периода стационарности микросейсмического сигнала, что, как правило, составляет несколько часов. Один из приборов, установленный в неподвижную позицию, производит одновременную регистрацию с подвижными приборами. Это делается для последующей коррекции на нестационарность зондирующего микросейсмического сигнала.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

С помощью метода ММЗ были построены разрезы земной коры на глубину до 50 км по профилям A–A ′, B–B ′, C–C ′ и D–D ′ (рис. 2, рис. 3). Также на рис. 2 и рис. 3 нанесено положение глубинных разломов широтного и меридионального простирания, выделенных по данным детальной гравиметрии (по линиям повышенного градиента поля силы тяжести [8]).

Проанализируем полученные разрезы. Профиль А–А ′ пересекает Молдаванскую флексуру и Ахтырскую флексурно-разрывную зону кавказского простирания (см. рис. 1, см. рис. 2). Поскольку разрезы (см. рис. 2, см. рис.3) построены в единой цветовой шкале, то можно увидеть, что глубинная зона ниже 8 км на разрезе A–A ′ в целом существенно более высокоскоростная, чем на разрезах B–B ′ и C–C ′. Объяснение этому факту мы находим на карте изолиний магнитного поля (см. рис. 1). Видно, что профиль A–A ′ пересекает зону максимальных магнитных аномалий, вытянутую вдоль Молдаванской флексурно-разрывной зоны. Одновременное повышение скорости сейсмических волн и наличие отчетливого максимума в поле магнитных аномалий приводит нас к предположению о наличии здесь массивного магматического внедрения, которое имеет полосчатую структуру (см. рис. 2), расчленено тектоническими нарушениями в субширотном направлении.

 

Рис. 2. Разрезы земной коры по результатам ММЗ по профилям А–А´ и В–В´.

На разрезе А–А´ показаны границы, полученные независимо методом обменных волн землетрясений (МОВЗ).

Площадки уверенного обмена по МОВЗ (черные точки с заполнением), площадки неуверенного обмена по МОВЗ (черные окружности без заполнения).

Флексурно-разрывные зоны: Мф – Молдаванская, Аф – Ахтырская.

Обозначены: Ф – поверхность фундамента, К – граница Конрада, М – граница Мохо, ОС – граница внутри осадочного чехла между верхним и нижним мелом.

Глубинные разломы: Бз — Безепский, П – Псебепский. Ш – грязевой вулкан Шуго.

 

Рис. 3. Разрезы земной коры по результатам ММЗ по профилям С–С´ и D–D´.

Глубинные разломы: Бз – Безепский, Г – Гостагаевский, Д – Джигинский, Н — Натухаевский, П – Псебепский.

Обозначены: кровля (линия из точек, погружающаяся к западу) альбского яруса по результатам сейсморазведки МОВ ОГТ, по [14]; граница (линия из точек на глубине 9–10 км) кристаллического фундамента под периклиналью Северо-Западного Кавказа, по [6].

Показана (вертикальная шкала) степень отклонения скоростей сдвиговых сейсмических волн от средней региональной скоростной модели V_s, в децибелах.

 

Магнитная аномалия вытянута субширотно и плавно убывает в западном направлении. Профиль B–B ′, проходящий через вулкан Шуго, пересекает ее периферическую часть. Грязевой вулкан Шуго является наиболее крупным вулканом в этом районе. Магматические породы присутствуют в его выбросах (сопочной брекчии), а также вскрыты наиболее глубокой в этом районе скважиной на глубине 4 км в нерасчлененных отложениях нижней-средней юры (в 8 км западнее профиля A–A ′) [3].

Профили B–B ′ и C–C ′ вдоль и вкрест Анапской флексурно-разрывной зоны удобно анализировать совместно. Профиль C–C ′ пересекает полностью Анапскою флексурно-разрывную зоны, охватывая периклинальное замыкание Северо-Западного Кавказа, Анапскую ступень и Витязевскую ступень Таманской зоны. В направлении от Северо-Западного Кавказа к Таманской зоне в верхней части разреза появляется тело с низкими скоростями поперечных сейсмических волн, не характерными для периклинали Северо-Западного Кавказа. На разрезе отчетливо видно, что в запад-северо-западном направлении, от 12-го до 44-го пикетов значительно нарастает объем низкоскоростных образований, отвечающих молодым: палеогеновым, неогеновым и четвертичным отложениям, которые в пределах Витязевской ступени достигают мощности 1 км. Нарастание их толщины происходит не постепенно, а ступенчато, и такие ступени коррелируют с зонами крупнейших поперечных глубинных разломов – Гостагаевского и, возможно, Джингинского. Объем толщ с низкими скоростями распространяется и глубже, примерно на 4 км ниже уровня моря. В эти толщи входят верхнемеловые отложения, которые восточнее, в пределах Псебепско-Гойтхского антиклинория Северо-Западного Кавказа, не характеризуются столь низкими скоростями. Вероятно, в Таманской зоне они не так сильно литифицированы, как на Северо-Западном Кавказе. На разрезе C–C ′ (см. рис. 2) нанесена кровля альбского яруса по данным сейсморазведки МОВ ОГТ [14]. Эта граница является достаточно контрастной, так как нижнемеловые отложения представлены преимущественно глинистой толщей, а верхнемеловые преимущественно карбонатными породами (известняками и мергелями в полосе Псебепско-Гойтхского антиклинория и субфлишевой терригенно-карбонатной толщей севернее).

Под Анапской ступенью в диапазоне пикетов 0–26 профиля C–C ′ на глубинах 6–12 км н.у.м. отмечается полого погружающаяся в восточном направлении под углом около 10° зона низких скоростей толщиной 2–4 км, подстилающая более высокоскоростную толщу мезозойских отложений мощностью несколько более 8 км, характерную для периклинали мегантиклинория, которая перекрывает полого погружающийся к западу мощный горизонт в средней части коры, также характеризующийся более высокими скоростями. Эта пологая низкоскоростная зона совпадает с поверхностью кристаллического фундамента, независимо выделяемого по геофизическим данным [6].

Профиль C–C ′ на пикетах 40–44, по-видимому, пересекает восточную ветвь Джигинского глубинного разлома, прослеживающегося до глубины 50 км. Выявленный сейсморазведкой [14] в меловых отложениях поперечный разлом в районе пк 33, на разрезе ММЗ проявился как проникающий в фундамент и верхний слой коры. В меловых отложениях по данным сейсморазведки также выделен предполагаемый разлом на пикетах 20–22. В этом районе проведен поперечный Гостагаевский разлом, практически не выраженный в рельефе. Данный разлом рассматривают как восточное ограничение поперечной Витязевской ступени, которая, как видно на разрезе ММЗ, представлена в толще земной коры достаточно монолитным блоком.

Крупным глубинным разломом субмеридионального простирания, практически не проявленным на поверхности, является Натухаевский. Он проведен по гравиметрическим данным [8] в районе пикетов 3 и 6 (см. рис. 1) и выявлен сейсморазведкой в кровле нижнемеловых отложений в районе пикета 4 [14].

В своей восточной части профиль C–C ′, а профиль B–B ′ с юга проходят рядом с Безепским глубинным разлом и секущим его Натухаевским разломом. Точно сказать какой из этих разломов проявился на профиле B–B ′ (пикеты 26–33) невозможно, поскольку здесь находится узел пересечения этих двух разломов. На этом профиле в фундаменте проявились Молдаванская флексура и Ахтырская флексурно-разрывная зона (пикеты 01–16). Псебепский разлом пересечен профилями B–B ′ и C–C ′ и он не имеет корней, уходящих в мантию (см. рис. 2, см. рис. 3).

ВЫВОДЫ

1. Проведенные комплексные геолого-геофизические исследования в трех крупнейших флексурно-разрывных зонах на Северо-Западном Кавказе (Анапской, Ахтырской и Молдаванской) позволили выявить их глубинное строение в толще всей земной коры и привязать их к конкретным тектоническим структурам на поверхности. Привязка была осуществлена путем согласования глубинной структуры исследуемого района по материалам профилирования ММЗ и данных о параметрах разреза осадочного чехла, коровых границ разделов, полученных в результате бурения, сейсморазведки МОВ ОГТ и ранее выполненных работ методом МОВЗ.
2. Выяснено, что Анапская флексура и продольные тектонические зоны имеют под собой четкие глубинные корни, выраженные в виде близвертикальных перемежающихся низкоскоростных и высокоскорстных включений. Эти структуры местами смещают разделы в земной коре и отделяют периклиналь Северо-Западного Кавказа от области Таманского полуострова, а также от опущенных блоков северного склона складчатой системы.
3. Разделены разломы, подстилающиеся в недрах низкоскоростными близвертикальными узкими «карманами» кавказского простирания на глубинные (I), проникающие в низы коры и даже в верхи мантии, и приповерхностные (II), не выходящие за пределы толщи осадочного чехла.

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, гранты 18-05-00641_а, 19-55-53017 ГФЕН_а.

Об авторах

Е. А. Рогожин

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Федеральный исследовательский центр «Единая геофизическая служба» РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10; 249035, Калужская обл., Обнинск, пр. Ленина, д. 189

А. В. Горбатиков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

Ю. В. Харазова

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

М. Ю. Степанова

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

J. Chen

Institute of Geology, China Earthquake Administration, State Key Laboratory of Earthquake Dynamics

Email: eurog@ifz.ru
Китай, 100029, Yard No.1, Hua Yan Li, Chaoyang District, Beijing

А. Н. Овсюченко

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

А. C. Ларьков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

А. И. Сысолин

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: eurog@ifz.ru
Россия, 123242, Москва, ул. Б. Грузинская, д. 10

Список литературы

Дополнительные файлы