Modern displacement of active faults in South-Yakutian coal-bearing depression on the GPS data

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Более чем полувековой цикл геологических, тектонических и сейсмологических исследований на территории горно-складчатого обрамления юга Восточной Сибири выявил динамически единые сейсмогенерирующие структуры, развитые в области взаимодействия Евразийской и Амурской литосферных плит. Структуры прослеживаются в пределах Лено-Амурского междуречья между 50° и 60° с. ш. от оз. Байкал на расстоянии почти 3 тыс. км в субширотном направлении в виде широкой (до 400 км) полосы сейсмичности, через Забайкалье, Южную Якутию и Приамурье к Охотскому морю (рис. 1). Северной границей этой области является Байкало-Становой сейсмический пояс (БСП), вытянутый от Байкала вдоль южной окраины Сибирской платформы через Становое нагорье в Забайкалье, Становой хребет и примыкающее к нему с севера Алдано–Учурское плато в Южной Якутии к Охотскому морю. Он объединяет землетрясения Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) на западе и Олекмо-Становой сейсмотектонической зоны (ОСЗ) на востоке. За почти 60 лет инструментальных наблюдений в БРЗ отмечено более 150 тыс., а в ОСЗ – свыше 40 тыс. сейсмических событий с М ≥ 2.0 [Имаев и др., 2000, 2003; Imaeva et al., 2017].

 

Рис. 1. Расположение пунктов GPS наблюдений в Южно-Якутской впадине и сейсмотектоническая обстановка Южной Якутии, по [Овсюченко и др., 2009] c  дополнениями.

1–4 – активные разломы (цифры в квадрате): 1 – рифтогенные сбросы (1 – Сюльбанский, 3 – Намаракитский, 4 – Новочарский, 5 – Кодарский, 6 – Ханийский, 9 – Чина-Вакатский, 10 – Токкинский, 11 – Имангринский, 12 – Тас-Юряхский), 2 – шовные разломы (13 – Северо-Становой, 14 – Южно-Становой), 15 – Олекминский (Темулякитский), 3 – взбросы и надвиги (16 – Южно-Якутский (Чульманский), 4 – активные разломы второго порядка (2 – Леприндоканский, 7 – Кеменский, 8 – Олондинский, 17 – Янгинский, 18 – Нимнырский, 19 – Кабактинский, 20 – Нижне-Нерюнгринский, 21 – Беркакитский, 22 – Тимптонский); 5 – рифтовые впадины (Ч – Чарская, Т – Токкинская); 6 – эмбриональные рифтовые впадины (С – Сюльбанская, К – Каундинская, Н – Намаракитская, Л – Лурбунская, М – Муруринско-Читкандинская, Х – Ханийская, Вк – Верхнекаларская, Ку – Кудулинская, И – Имангра-Чебаркасская, Т-Ю – Тас-Юряхская); 7, 8 – мезокайнозойские прогибы: 7 – Ю-Я – Южно-Якутский мезозойский прогиб, 8 – внутригорные прогибы Станового поднятия (А – Алданский, Ие – Иенгрский, Вт – Верхне-Тимптонский). Стереограммы фокальных механизмов землетрясений (проекция нижней полусферы) приведены с датой события и его магнитудой М. Белым квадратом показано местоположение исследуемого района на рис. 1а и стрелками на рис. 1б. Треугольниками отмечено местоположение GPS пунктов наблюдений и активные разломы в восточной части Чульманской впадины (см. рис. 2).

 

Местоположение пункта наблюдений Чульман (CHL) – 56.8403 с.ш. и  124.9150 в.д. 738.4 (ITRF2014/WGS84), а в г. Нерюнгри (NRG) – 56.6615 в.ш. и 124.7238 в.д. 846.05 (ITRF2014/WGS84).

ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ РАЙОНА GPS ИЗМЕРЕНИЙ

Тектоническая природа формирования структур мезозойских угленосных прогибов протягивающихся вдоль Станового поднятия структур Джугджуро-Становой складчатой области, которая в позднемезозойское время представляла собой значительное сводовое поднятие, связанное с процессами коллизии Джугджуро-Становой орогенной области и структур Алданского щита [Парфенов и др., 1984, 1987].

Горизонтальные напряжения в двигающихся в направлении северо-восток отдельных блоков Джугджуро-Становика вначале привели к формированию обширного свода, а затем существенному сокращению пространства между смещающимися блоками и формированию системы надвиговых разломов, главным из которых явился Южно-Якутский разлом, по которому кристаллические породы кряжа Зверева (мофологически являющегося частью этого свода, разделенного Становым разломом сдвиговой природы), переместились в северном направлении, перекрыв верхнеюрские угленосные отложения Южно-Якутской предгорной впадины на 15–20 км [Геодинамика …, 1985].

Надвиговая система разломов образована сопряженными зонами нарушений преимущественно взбросо-надвиговой кинематики, осложняющих южную часть Чульманской мезозойской впадины. Доминирующую роль среди них занимает плоскость Южно-Якутского взбросо-надвига, представляющего собой региональную тектоническую границу между докембрийскими образованиями Станового хребта и мезозойскими осадками Южно-Якутской системы впадин. Основная линия надвига сопровождается параллельными или диагональными разрывами второго порядка, затрагивающими как юрские отложения, так и кристаллический фундамент (см. рис. 1).

К югу от Южно-Чульманского надвига, примерно параллельно ему, выделяется несколько крутых взбросо-сдвигов, плоскости которых наклонены к югу (Беркакитский, Северо-, Центрально- и Южно-Становой, Тимптонский разломы). Зоны этих разломов выражены развальцованными, милонитизированными и диафторированными породами. Наряду с субширотными надвигами и взбросами трассируются также протяженные надвиги другой ориентировки. Так, юго-восточным ограничением Чульманской впадины является дугообразно изогнутый к востоку надвиг, протяженностью около 25 км, полого (под углом 10–15º по данным бурения) наклоненный к юго-западу (см. рис. 1).

Многочисленные деформации установлены также на поверхности первой надпойменной террасы и поймы рек Унгра, Кабакта, Верхняя Нерюнгри внутри Чульманской впадины, связанные с подвижками по Кабактинскому, Нижне-Нерюнгринскому, Беркакитскому разломам. Вскрытые канавами тектонические смещения молодого склонового чехла, наличие в опущенном крыле разрывов коллювиального материала и погребенных им слоев палеопочвы, свидетельствуют в пользу возможного сейсмотектонического характера подвижек по этим разломам. Амплитуда вертикального смещения при подвижках достигала 0.3–0.5 м. Моноклинальное залегание породслагающих Чульманскую впадину осложняется складчатыми структурами и разрывными нарушениями, количество и амплитуда смещений по которым возрастают к югу. Максимальная дислоцированность мезозойских пород и морфологические проявления подвижек в четвертичных осадках и формах рельефа связаны с Кабактинской, Нижне-Нерюнгринской и Беркакитской зонами разломов.

На участке между городами Нерюнгри и Чульман расположены активные Кабактинский и Нижне-Нерюнгринский разломы (рис. 2). По данным детального геолого-геофизического исследования зон активных разломов Южной Якутии [Овсюченко и др., 2009] предполагается наличие голоценовых право-сдвиговых смещений по зоне Нижне-Нерюнгринского разлома (рис. 3). Также указывается, что ветви Нижне-Нерюнгринского разлома испытывали, как минимум, двукратное обновление, носившее, скорее всего, сейсмический характер. Вертикальная амплитуда первой подвижки могла составлять примерно 25–30 см. Амплитуду более молодого смещения авторы оценить затрудняются, лишь предполагая, что она примерно равна более древней.

Кабактинский разлом (см. рис. 2) квалифицируется авторами [Овсюченко и др., 2009] как сейсмогенерирующая структура взбросо-надвигового типа, обновленная в голоцене. Помимо вертикальной, наблюдается и правосторонняя сдвиговая составляющая.

Для количественной оценки современных горизонтальных скоростей смещения поверхности земной коры были впервые организованы пункты постоянных GPS наблюдений в г. Нерюнгри (NRG) и в г. Чульман (CHL). Обработка данных GPS измерений производилась программным пакетом GAMIT/GLOBK ver. 10.6 [Herring et al., 2015]. На первом этапе обработки GPS данных, для каждого дня измерений, используя дифференциальные фазовые наблюдения, мы рассчитали координаты пунктов, тропосферную задержку с интервалом два часа, параметры движения спутников, а также фазовые неоднозначности. Для решения использовались финальные орбиты спутников, предоставляемые Международной GPS службой (IGS), параметры ориентации вращения Земли (IERS), таблицы зависимостей фазовых центров антенн от азимута и угла прихода спутникового сигнала, рекомендованные IGS для расчетов. В свои ежедневные решения мы включили 31 IGS станцию для связи, в дальнейшем, нашей сети с общеземной опорной системой координат ITRF2014 [Altamimi, 2016]. Далее мы объединили полученные ежедневные решения с решениями Скрипсовского центра (Scripps Orbit and Permanent Array Center, SOPAC) для глобальных станций [http://sopac.ucsd.edu/], используя модуль GLRED из программного пакета GLOBK. При этом к полученному ежедневному решению применяются расcчитанные, для каждого дня в отдельности, параметры трансформации Хельмерта (трансляция, вращение, масштаб) между общеземной опорной системой координат ITRF2014 и нашим однодневным решением. На заключительном этапе мы построили временные ряды для компонент позиций GPS пунктов с помощью утилиты TSVIEW [ Herring et al., 201]. TSVIEW – это специальный инструмент, дающий возможность редактирования временного ряда GPS станции и оценки его качества. Это значительно облегчает удаление некондиционных данных и устраняет их влияние на расчет скорости (см. рис. 3).

СОВРЕМЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПО ДАННЫМ GPS ИЗМЕРЕНИЙ

Для оценки относительного смещения был выбран период совместной работы двух GPS пунктов, а именно с 29 июня 2015 г. по 01 декабря 2016 г. (см. рис. 3). Точками показана разность ежедневных позиций двух станций покомпонентно и рассчитанная линейная скорость по 420-ти ежедневным решениям, полученным за период совместного наблюдения. Обработка всех данных GPS измерений производилась программным пакетом GAMIT/GLOBK ver. 10.6 [Herring et al., 2015]. На рис. 3 видно, что значение северной компоненты скорости смещения пункта в г. Нерюнгри относительно пункта в г. Чульман (см. рис. 1), находится в пределах стандартного отклонения и составляет −1.2±1.8 мм/год. Скорость смещения по компоненте восток-запад составляет −1.6±0.7 мм/год. Полученные значения скоростей должны приводить к правостороннему смещению с растяжением на активных разломах между пунктами наблюдения. Учитывая, что между пунктами расположены два разлома (Кабактинский и Нижне-Нерюнгринский) СЗ–ЮВ простирания, правостороннее смещение по направлению восток-запад будет привносить составляющую растяжения. Полученные в результате GPS измерений векторы смещений соответствует кинематическому типу Нижне-Нерюнгринского разлома и подчеркивают правосдвиговое смещение по нему со сжатием. В то же время, сдигово-взбросовый тип Кабактинского разлома также с правосторонней составляющей, установленный по геологическим данным [Овсюченко и др., 2009], должен формироваться также в обстановке сдвига с небольшой компонентой сжатия, чего мы по данным GPS измерений не наблюдаем.

Скорость смещения пункта в г. Нерюнгри, рассчитанная за 5-летний период (с 27.10.2011 г. по 01.10.2016 г.), составила 21.83±0.73 мм/год в направлении восток-запад и 12.26±0.25 мм/год в направлении север-юг в международной отсчетной основе ITRF2014 (рис. 4).

 

Рис. 2. Фрагмент карты активных разломов и региональной сейсмичности Южной Якутии, по [Овсюченко и др., 2009].

Кружками обозначены эпицентры землетрясений. Горизонтали рельефа проведены через 100 м. Треугольниками обозначены пункты постоянных GPS наблюдений.

1, 2 – активные разломы (1 – основные, 2 – второстепенные): 1 – Кабактинский, 2 – Нижне-Нерюнгринский, 3 – Беркакитский, 4 – Суннагино-Ларбинский; 3 – мезозойские отложения мезокайнозойских впадин (Ч – Чульманская впадина); 4 – места проведения “тренчинга” активных разломов.

 

Рис. 3. Временной ряд пункта NRG2 относительно CHL3.

 

Рис. 4. Временной ряд GPS станций в г. Нерюнгри.

 

Рис. 5. Схема современной геодинамики территории переходной зоны БРЗ и Южной Якутии.

1 – региональные активные разломы сбросовой кинематики, 2 – активные надвиги и взбросы, 3 –  активные сдвиги, 4 –  разломы неустановленной кинематики, 5 – фокальные механизмы землетрясений с датой возникновения и магнитудой события, 6 – черным пуанксоном показано местоположение пунктов наблюдений GPS станций. Залитые стрелки показывают направление главных смещений плит и блоков и скорость смещения по ним за позднеголоценовый период (моложе 5000 лет), определенные по геолого-геофизическим данным [Имаев и др., 2000; Imaeva et al., 2017].

 

Полученные значения незначительно отличаются от теоретических значений скорости движения Евразийской плиты в указанной точке. Разность измеренных скоростей со скоростями согласно кинематической модели Евразийской плиты, полученной в работах [Kreemer et al., 2014] составляют |0.5| мм/год для восточной компоненты и |1.0| мм/год для северной компоненты. Вместе с тем, расчет изменения длины базовой линии между GPS пунктами NRG2 и CHL3 показал, что скорость деформации удлинения приблизительно составляет 5×10-8, что хорошо соотносится со скоростями деформаций, полученных в работе [Ашурков и др.. 2016].

Разумеется, что для повышения точности определения скорости горизонтальных смещений земной коры на станции СHL3 необходимо продолжить синхронные со станцией NRG2 измерения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Протяженная (свыше 3 тыс. км) зона деструкции земной коры между Байкалом и Охотским морем, маркируемая проявлениями сейсмичности за более чем 100-летний период наблюдений на юге Сибири и Дальнем Востоке, несомненно, обусловлена современным транспрессионным (сжатие со скольжением) сближением Амурской и Евразийской плит в восток–северо-восточном направлении [Imaeva et al., 2017]. Источником такого взаимодействия может являться столкновение Индийского субконтинента с окраинными структурами Евразии, под влиянием которого произошла коллизия и формирование отдельных микроплит и блоков различного размера на территории Китая и Монголии [Plate-tectonic …, 1984; Tapponier, Molnar, 1979], в том числе в пределах Забайкалья и Приамурья. Это убедительно фиксируется проявлениями сейсмичности, которые оконтуривают границы блоков. В нашем случае пространственное размещение эпицентров землетрясений (рис. 5) отчетливо обосновывает выделение в буферной зоне между упомянутыми плитами автономного Алдано-Станового блока. Указанный факт находит отражение в структуре рельефа исследуемой территории развитии здесь системы активных разрывных нарушений (сдвигов, взбросов и надвигов), утолщении земной коры и возникновении крупных горных сооружений, представляющих значительную область скручивания земной коры под влиянием сжатия [Имаева и др., 2012].

Сопоставление результатов сейсмотектонического анализа территории с данными предшествующих измерений на геодезических полигонах в Южной Якутии [Гусев и др., 1985] и материалами космического позиционирования (GPS наблюдения), подтверждает наличие этой контактной зоны и объясняет в ней механизм блокового взаимодействия, что позволило согласиться с предложенной моделью современной сейсмогеодинамики (см. рис. 5). Алдано-Становой блок, зажатый между Евразиатской и Амурской плитами, испытывает давление в силу раскрытия Байкальского рифта и смещается к юго-востоку со скоростью 0.3–0.5 см/год [Calais et al., 2006)], как бы проворачивается против часовой стрелки, перемещаясь на восток в направлении Охотского моря. Кабактинский и Нижненерюнгринский разломы, на которых велись GPS наблюдения, испытывают влияние активных тектонических процессов, протекающих на границе этих плит, и демонстрируют современные горизонтальные правосдвиговые подвижки внутри Чульманской впадины. Это не противоречит результатам триангуляционных измерений на геодинамических полигонах в районе Станового хребта, где средние скорости горизонтальных смещений реперов в восточном направлении достигают 0.3 см/год [Бочаров, Замараев, 1991]. С юга на Алдано-Становой блок оказывает воздействие Амурская плита, которая на данном участке межплитной границы смещается к восток–северо-востоку относительно Евразийской со скоростью до 1 см/год [Apel et al., 2006] и поддерживает его движение в восточном направлении. В итоге, рассматриваемые структуры одновременно смещаются к востоку, но за счет меньшей скорости движения Алдано-Становой блок отстает от Амурской плиты, что в итоге способствует развитию на их границе левых сдвигов. Это согласуется с данными геоморфологических исследований в пределах Тукурингро-Джагдинской зоны, где Южно-Тукурингрский разлом трассируется вдоль полосы контрастного сочленения Верхне-Урканской впадины и поднятия хребта Тукурингра. Здесь названный разлом смещает влево (к западу) молодые (плейстоцен-голоцен) руслово-пойменные отложения в верховьях небольших северных притоков р. Уркан (правого притока р. Зеи). Максимальная амплитуда таких смещений достигает 0.8 км. В этом случае средняя скорость горизонтальных движений по типу левого сдвига, если считать, что смещение происходило с начала верхнего плейстоцена (130 тыс. лет), будет составлять 0.3–0.5 см/год [Николаев и др., 1979, 1982]. Кроме того, подвижки типа левого сдвига подтверждаются параметрами фокальных механизмов сильных землетрясений (левые сдвиги, надвиги, взбросы), отмеченных в Тукурингра-Джагдинской зоне в 1972–1989 гг. (см. рис. 5).

На восточном фланге Алдано-Станового блока (восточные части Олекмо-Становой и Тукурингра-Джагдинской сейсмотектонических зон) также отчетливо прослеживается влияние его смещения на восток. Геолого-геофизический анализ морфотектоники новейших структур этих зон позволил выявить блок сжатия (Токинский Становик и Токинская впадина) в виде мощной зоны скучивания земной коры между окончаниями двух крупных сопряженных Тыркандинской и Итун-Иланской правосдвиговых систем, простирающихся в северо-западном направлении и действующих как единая динамопара.

При пересечении названными сдвиговыми системами субширотной зоны разрывов Станового краевого шва сформировался особый класс структур – ряд дуплексов сжатия [Имаева и др.,2012], обладающих наибольшим сейсмическим потенциалом. Такое взаимоотношение между разрывами двух генеральных направлений – широтного, характерного для шовной границы между Алданским щитом и Джугджуро-Становой областью (Южно-Становой, Атугей-Нуямский и Авгенкуро-Майский левые сдвиго-взбросы), и диагонального (Тыркандинский и Итун-Иланский правые сдвиги) – отражает динамику взаимодействия блоков вблизи северо-восточной границы Амурской плиты. При этом одним из источников возникновения северо-западного сжатия, под влиянием которого происходит активизация названных сдвигов, в частности Итун-Иланского разлома, проникающего в пределы Алданского щита, скорее всего, являются движения по протяженной системе разломов Тан-Лу в Северном Китае, а также воздействие о стороны зоны Тихоокеанской субдукции [Малышев и др., 2007].

Процесс направленного перемещения к востоку Алдано-Станового блока совместно с Амурской плитой способствует также формированию на крайнем востоке в пределах Северного Приамурья и юга Дальнего Востока субдолготных структур сжатия, представленных крупной горной системой (хребты Турана, Буреинский, Баджальский и др.), и появлению за ней, восточнее, структур растяжения в виде Тугуро-Амгинских впадин (см. рис. 5).

Полученные нами наблюдения за характером горизонтальных смещений пунктов наблюдений в г. Нерюнгри и Чульмане, показывают преобладающий правосдвиговый характер смещения по Кабактинскому и  Нижненерюнгринскому разломам внутри Чульманской впадины и  не противоречат предложенной ранее нами модели современной геодинамики Южной Якутии, хорошо укладываясь в известные цифры смещений [Имаева и др., 2012].

Разумеется, что для дальнейшей детализации исследований, было бы необходимо увеличить количество станций наблюдений и продлить их временные ряды.

Источники финансирования

Данное научное исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ (№ 19-05-00062), комплексной программы правительства Республики Саха (Якутия) по изучению территории республики в 2016–2020 гг., а также в рамках выполнения работ по проекту  ИЗК СО РАН (№ 346-2018-0001)  и ИГАИБМ СО РАН (№ 0381-2616-0001).

About the authors

V. S. Imaev

Institute of Earth Crust SB RAS; Institute of Geology of Diamond and Precious Metals SB RAS

Author for correspondence.
Email: imaev@crust.irk.ru
Russian Federation, 128, Lermontov str., Irkutsk, 664033; 39, Lenin Avenue, Yakutsk, 677000 

L. P. Imaeva

Institute of Earth Crust SB RAS; Institute of Geology of Diamond and Precious Metals SB RAS

Email: imaeva@crust.irk.ru
Russian Federation, 128, Lermontov str., Irkutsk, 664033; 39, Lenin Avenue, Yakutsk, 677000 

S. V. Аshurkov

Institute of Earth Crust SB RAS; Institute of Geology of Diamond and Precious Metals SB RAS

Email: ashurkov@crust.irk.ru
Russian Federation, 128, Lermontov str., Irkutsk, 664033; 39, Lenin Avenue, Yakutsk, 677000 

N. N. Grib

Technical Institute (Branch) of North-Eastern Federal University

Email: grib@nfygu.ru
Russian Federation, 16, Kravchenko str., Neryungri, 678960

I. I. Kolodeznikov

Academy of Sciences Republic of Sakha (Yakutia)

Email: anrsa@mail.ru
Russian Federation, 33, Lenin Avenue, Yakutsk, 677007

References

Supplementary files