СЕЙСМОДИНАМИКА И ГЛУБИННАЯ ПРИРОДА СЕВЕРО-КИТАЙСКОЙ ЗОНЫ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Изучены пространственно-временные закономерности сейсмичности и проанализирована геотектоническая природа сильных землетрясений в Северо-Китайской (ТанЛуньской) зоне. Понимание ее генезиса остается дискуссионным, так как она расположена в центре древнего Сино-Корейского кратона и удалена на тысячи километров от конвергентных границ Евразии с Тихоокеанскими и Индо-Австралийской плитами (рис. 1). Уточнена динамика цикличности в зоне [Xu, Deng, 1996], и показано (рис. 2), что сильные землетрясения здесь (14 толчков с М≥7.0) разделяются на два цикла: 1500–1700 гг. и 1800–1980 гг. Такая сейсмодинамика Северо-Китайской зоны согласуется с гипотезой Циркум-Тихоокеанской волны деформаций, которая раз в 300 лет пробегает по границе Азии и океана, вызывая самые сильные землетрясения с М≥8.8 и вулканические извержения Тихоокеанского кольца [Викулин и др., 2009, 2010]. На север Китая эта волна приходила в 1500 и 1800 гг. (рис. 3), запуская в качестве триггера сейсмические циклы. 

Вторым фактором, определяющим высокую сейсмичность Северного Китая, является особая структура региона, способная активизироваться под действием деформационных волн. Генезис метастабильной структуры связан с тектонической реорганизацией литосферы Сино-Корейского кратона в результате сдвиговых перемещений в мегазоне Тан-Лу. Как показывают региональные вариации состава мантийных ксенолитов Сихотэ-Алиньского орогена, разломы Тан-Лу скрытно продолжаются на юговостоке России вплоть до Татарского пролива. Они ограничивают клиновидный блок мантии, размерами 400 х 1500 км (рис. 5), состав которого отличается аномально высокими содержаниями железа при низкой степени истощения перидотитов. Этот мантийный тектонический блок сохраняет геодинамическую активность и под действием западного сжатия выдавливается по простиранию в направлении Сахалина, поворачиваясь одновременно по часовой стрелке. В результате вдоль границ и над границами скрытого литосферного блока образовались основные сейсмические зоны юга Дальнего Востока России (рис. 5, B), в которых сосредоточены все землетрясения с магнитудой ≥5.0. Блок аномальной мантии в основании СихотэАлиня первоначально являлся частью СиноКорейского кратона, был вырезан из него в юрскомеловое время и перемещен в северовосточном направлении по сдвигам Тан-Лу. При закрытии оставшегося пространства литосфера кратона испытала сильное растяжение, очевидным следствием которого стало образование двух систем кайнозойского рифтогенеза. К западу от мегазоны Тан-Лу в палеогене образовалась рифтовая система Хэбэй, с которой связаны землетрясения позднего сейсмического цикла. Вторая рифтовая система – Шаньси, протягивается на cеверовосток, отделяя западный блок кратона – Ордос от восточного – Хэбэй. К ней приурочены землетрясения раннего цикла. 

При реорганизации литосферы, наряду с растяжением, важнейшую роль играли вращения тектонических блоков. Особенности строения кратона указывают на два тектонофизических механизма ротации. Во-первых, при закрытии треугольной области к западу от Тан-Лу происходил поворот литосферного раздела по часовой стрелке (рис. 5, С). На движущемся фронте, как следствие, формировалась зона сжатия, имеющая два максимума – к северо-востоку и юго-западу от центра вращения. Именно такой структурный рисунок наблюдается для литосферы центральной части кратона. Здесь в пределах двух сопряженных максимумов к западу от Тан-Лу мощность коры сокращена, а глубина до астеносферы резко уменьшена (рис. 4, B, C). В результате вращения блоков в литосфере произошло образование гигантской антиклинальной складки, над которой расположена восточная область рифтогенеза. Во-вторых, поворот по часовой стрелке тектонического блока Хэбэй заставлял вращаться против часовой стрелки расположенный к западу от него блок Ордос (рис. 6, А). На границе блоков, поворачивающихся в противоположных направлениях, формировались грабены рифтовой системы Шаньси, имеющей S-образное простирание. Доказательством вращения тектонических блоков является изменение простирания древних даек кратона (рис. 6, B). Закономерности миграции землетрясений в Северо-Китайской зоне отражают особенности тектонического строения кратона (рис. 4, А). Землетрясения последнего цикла вызваны усилением сжатия литосферной складки. События раннего цикла связаны с вращением блоков Хэбэй и Ордос. Тектонические механизмы, которые были запущены при реорганизации литосферы в конце мела – начале кайнозоя, продолжают действовать в настоящее время, определяя особенности сейсмичности в Северо-Китайской зоне.

1. Ван М., Го Я., Цинь Ф. Сейсмичность Северного Китая и ее связь с движениями по крупным разломам // Глубинное строение Тихоокеанского обрамления: Материалы международного симпозиума. Ч. II. Под ред. В.Г. Моисеенко, И.А. Загрузиной. Благовещенск: АмурКНИИ, 1990. C. 60–73.

2. Викулин А.В., Акманова Д.Р., Осипова Н.А. Вулканизм как индикатор геодинамических процессов // Литосфера. 2010. № 3. С. 5–11.

3. Викулин А.В., Акманова Д.Р., Осипова Н.А. Ротационноупругие волны: сейсмический, вулканический и тектонический процессы // Тектоника и глубинное строение востока Азии: VI Косыгинские чтения / Под ред. А.Н. Диденко, А.А. Степашко. Хабаровск: ИТиГ им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, 2009. С. 260–263.

4. Викулин А.В., Быков В.Г., Лунева М.Н. Нелинейные волны деформаций в ротационной модели сейсмического процесса // Вычислительные технологии. 2000. Т. 5. № 1. С. 31–39.

5. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. М.: Недра, 1990. Кн. 2. 334 с.

6. Каплун В.Б. Результаты магнитотеллурических зондирований в пределах западной части Сихотэ-Алиньской складчатой системы // Тихоокеанская геология. 1994. Т. 13. № 5. C. 141–153.

7. Каплун В.Б. Предварительные результаты глубинных магнитотеллурических зондирований по профилю п. Облучье – оз. Гасси (Хабаровский край) // Тихоокеанская геология. 1998. Т. 17. № 2. C. 122–135.

8. Копп М.Л. Структуры латерального выжимания в АльпийскоГималайском коллизионном поясе. М.: Научный мир, 1997. 314 с. (Тр. ГИН; вып. 506).

9. Маламуд А.С., Николаевский В.Н. Цикличность сейсмотектонических событий на краях Индийской литосферной плиты // Доклады АН СССР. 1985. Т. 282. № 6. C. 1333–1337.

10. Степашко А.А. Особенности петрохимического состава ксенолитовых ассоциаций лерцолитов щелочных базальтов // Геология и геофизика. 1988. №. 12. С. 95–100.

11. Степашко А.А. Химическая структура ультраосновной мантии. Владивосток: Дальнаука, 1998. 128 с.

12. Степашко А.А. Латеральная гетерогенность мантии Дальнего Востока // Тихоокеанская геология. 2001. Т. 20. № 5. С. 93–117.

13. Уломов В.И. Волны сейсмогеодинамической активизации и долгосрочный прогноз землетрясений // Физика Земли. 1993. № 4. С. 43–53.

14. Bykov V.G. Strain waves in the earth: Theory, field data, and models // Geologiya i Geofizika (Russian geology and geophysics). 2005. V. 46. № 11. P. 1176–1190.

15. Fan W.M., Zhang H.F., Baker J., Jarvis K.E., Mason P.R.D., Menzies M.A. On and off the North China сraton: where is the Archaean keel? // Journal of Petrology. 2000. V. 41. № 7. P. 933–950. doi:10.1093/petrology/41.7.933.

16. Feng M., Van der Lee S., An M., Zhao Y. Lithospheric thickness, thinning, subduction, and interaction with the asthenosphere beneath China from the joint inversion of seismic Swave train fits and Rayleighwave dispersion curves // Lithos. 2010. V. 120. № 1–2. P. 116–130. doi:10.1016/j.lithos.2009.11.017.

17. Fridman A.M. Klimenko A.V. The Relationship between the Earth’s Seismic Activity and Latitude as a Function of Earthquake Hypocenter Depth // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2002. V. 38. № 12. P. 1039–1043.

18. Gatinsky Yu.G., Rundquist D.V. Geodynamics of Eurasia: Plate Tectonics and Block Tectonics // Geotectonics. 2004. V. 38. № 1. P. 1–16.

19. Grimmer J.C., Jockheere R., Enkelmann E., Ratschbacher L., Hacker B.R. et al. Cretaceous – Cenozoic history of the southern Tan-Lu fault zone: apatite fissiontrack and structural constraints from the Dabie Shan (Eastern China) // Tectonophysics. 2002. V. 359. № 3–4. P. 225–253. doi:10.1016/S00401951(02)005139.

20. Kuznetsov I. V., KeilisBorok V.I. The Interrelation of еarthquakes of the Pacific seismic belt // Doklady Earth Sciences. 1997. V. 355. № 3–6. P. 869–873.

21. Liu G. The cenozoic rift system of the North China plain and the deep internal process // Tectonophysics. 1987. V. 133. № 3–4. P. 277–285. doi:10.1016/00401951(87)902708.

22. Liu M., Yang Y., Shen Z. et al. Active tectonics and intracontinental earthquakes in China: the kinematics and geodynamics // Continental intraplate earthquakes: science, hazard and policy. Geological Society of America Special Paper 425. 2007. P. 299–318. doi:10. 1130/2007.2425(19).

23. Ma X., Wu. D. Cenozoic extensional tectonics in China // Tectonophysics. 1987. V. 133. P. 243–255. doi:10.1016/00401951(87) 90268X.

24. Menzies M., Xu Y., Zhang H., Fan W. Integration of geology, geophysics and geochemistry: a key to understanding the North China craton // Lithos. 2007. V. 96. № 1–2. P. 1–21. doi:10.1016/ j.lithos.2006.09.008.

25. Molnar P., Tapponier P. Cenozoic tectonics of Asia: Effects of a continental collision // Science. 1975. V. 159. P. 419–426. doi:10.1126/ science.189.4201.419.

26. Nabelek J., Chen W.P., Ye H. The Tangshan earthquake sequence and its implications for the evolution of the North China basin // Journal of Geophysical Research. 1987. V. 92. № B12. P. 12615–12628. doi:10.1029/JB092iB12p12615.

27. Peng P., Zhai M., Ernst R. et al. A 1.78 Ga Large igneous province in the North China craton: The Xiong’er volcanic province and the North China dyke swarm // Lithos. 2008. V. 101. P. 260–280. doi:10.1016/j.lithos.2007.07.006.

28. Scholz C.H. A physical interpretation of the Haicheng earthquake prediction // Nature. 1977. V. 267. P. 121–124. doi:10.1038/267121a0.

29. Sherman S. I. A tectonophysical model of a seismic zone: Experience of development based on the example of the Baikal rift system // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2009. V. 45. № 11. P. 938–951. doi:10.1134/S1069351309110020.

30. Sherman S.I., Zlogodukhova О.G. Seismic belts and zones of the Earth: Formalization of notions, positions in the lithosphere, and structural control // Geodynamics & Tectonophysics. 2011. V. 2. № 1. P. 1–34. doi:10.5800/GT2011210031.

31. Stepashko A.A. Deep roots of seismotectonics in the Far East: The Sakhalin zone // Russian Journal of Pacific Geology. 2010. V. 4. № 3. P. 228–241. doi:10.1134/S181971401003005X.

32. Stepashko A.A. Deep roots of seismotectonics of the Far East: The Amur River and Primorye zones // Russian Journal of Pacific Geology. 2011. V. 5. № 1. P. 1–12. doi:10.1134/S1819714011010076.

33. Stone R. An Unpredictably Violent fault // Science. 2008. V. 320. № 5883. P. 1578–1580. doi:10.1126/science.320.5883.1578.

34. Stone R. China Grapples with seismic risk in its Northern heartland // Science. 2006. V. 313. № 5787. P. 599. doi:10.1126/science.313. 5787.599.

35. Vikulin A.V. Energy and moment of the Earth's rotation elastic field // Russian Geology and Geophysics. 2008. V. 49. № 6. P. 422–429. doi:10.1016/j.rgg.2007.11.012.

36. Wang J.M. The Fenwei rift and its recent periodic activity // Tectonophysics. 1987. V. 133. № 3–4. P. 257–275. doi:10.1016/00401951 (87)902691.

37. Wang S., Zhang Z. Plasticflow waves (‘slow waves’) and seismic activity in CentralEastern Asia // Earthquake research in China. 2005. V. 19. № 1. P. 74–85.

38. Wang X., Chen J., Griffin W.L., O’Reilly P.Y., Huang X.L. Two stages of zircon crystallization in the Jingshan monzogranite, Bengbu Uplift: implications for the syncollisional granites of the DabieSulu UHP orogenic belt and the climax of movement on the Tan-Lu fault // Lithos. 2011. V. 122. № 3–4. P. 201–213. doi:10.1016/ j.lithos.2010.12.014.

39. Xu J., Zhu G., Tong W., Cui K., Liu Q. Formation and evolution of the TanchengLujiang wrench fault system: a major shear system to the northwest of the Pacific ocean // Tectonophysics. 1987. V. 134. P. 273–310. doi:10.1016/00401951(87)90342-8.

40. Xu X., Deng Q. Nonlinear characteristics of paleoseismicity in China // Journal of Geophysical Research. 1996. V. 101. № B3. P. 6209–6231. doi:10.1029/95JB01238.

41. Xu X., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Pearson N.J., Geng H., Zheng J. ReOs isotopes of sulfides in mantle xenoliths from Eastern China: progressive modification of lithospheric mantle // Lithos. 2008. V. 102. № 1–2. P. 43–64. doi:10.1016/j.lithos.2007.06.010.

42. Xu Y.G. Thermotectonic destruction of the Archaean lithospheric keel beneath the SinoKorean сraton in China: evidence, timing and mechanism // Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy. 2001. V. 26. № 9–10. P. 747–757. doi:10.1016/ S1464-1895(01)00124-7.

43. Ye H., Zhang B., Mao F. The Cenozoic tectonic evolution of the Great North China: two types of rifting and crustal necking in the Great North China and their tectonic implications // Tectonophysics. 1987. V. 133. P. 217–227. doi:10.1016/0040-1951(87)90265-4.

44. Zheng J.P., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Yu C.M., Zhang H.F., Pearson N., Zhang M. Mechanism and timing of lithospheric modification and replacement beneath the eastern North China craton: peridotitic xenoliths from the 100 Ma Fuxin basalts and a regional synthesis // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007. V. 71. № 21. P. 5203–5225. doi:10.1016/j.gca.2007.07.028.

45. Zheng J.P., O’Reilly S.Y., Griffin W.L., Lu F., Zhang M., Pearson N.J. Relict refractory mantle beneath the eastern North China block: significance for lithosphere evolution // Lithos. 2001. V. 57. № 1. P. 43–66. doi:10.1016/S0024-4937(00)00073-6.

46. Zoback M.D. Climate and intraplate shocks // Nature. 2010. V. 466. P. 568–569. doi:10.1038/466568a.