ТРЕХМЕРНАЯ СКОРОСТНАЯ СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ОЗЕРА БАЙКАЛ ПО ДАННЫМ ЛОКАЛЬНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

Работа посвящена актуальной теме изучения сейсмичности и глубинной структуры земной коры в районе Байкальской рифтовой зоны. В исследовании представлена трехмерная скоростная структура земной коры в центральной части оз. Байкал, полученная по результатам томографической инверсии времен пробега P- и S-волн от более чем 800 сейсмических событий. С помощью синтетических тестов обоснована разрешающая способность алгоритма томографической инверсии. Определена сейсмическая структура коры до глубины 35 км, которая имеет четкую связь с геологическим строением. Получены трехмерные распределения аномалий скоростей сейсмических P- и S-волн, которые согласуются между собой.

Резкие контрасты аномалий могут свидетельствовать о различии в вещественном составе фундамента Центральной Байкальской котловины. На глубинах до 15 км в районе дельты р. Селенги наблюдается сильная низкоскоростная аномалия, что подтверждает наличие мощного осадочного чехла в этой области. В фундаменте (глубина 20 км и более), к северо-востоку от пересечения Дельтового и Фофановского разломов, наблюдается высокоскоростная аномалия, вытянутая в сторону о-ва Ольхон. Данная аномалия, вероятно, отражает жесткий блок в земной коре. На этой же глубине c западной стороны от Байкало-Бугульдейского разлома наблюдается пониженное соотношение Vp/Vs: 1.56–1.65 против 1.70–1.75 в прилежащих областях. Это свидетельствует об отличии породного состава фундамента и наличии здесь консолидированного вещества.

Также в работе была уточнена локализация гипоцентров сейсмических событий для их последующего сопоставления с активными разломными структурами. Для центральной части озера Байкал распределение сейсмичности в основном соответствует глубинам 10–22 км. Под дельтой р. Селенги ситуация меняется (что авторы связывают со сложным взаимодействием разломов) – это единственная область, где сейсмичность наблюдается на глубинах более 22 км.

Обсуждаемые в работе скоростные аномалии ограничены достоверно установленными активными разломами и коррелируют с распределением сейсмичности и газогидратных структур.

1. Achauer U., Masson F., 2002. Seismic Tomography of Continental Rifts Revisited: From Relative to Absolute Het­erogeneities. Tectonophysics 358 (1–4), 17–37. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(02)00415-8.

2. Ashurkov S.V., Sankov V.A., Miroshnichenko A.I., Lukh­nev A.V., Sorokin A.P., Serov M.A., Byzov L.M., 2011. GPS Geodetic Constraints on the Kinematics of the Amurian Plate. Russian Geology and Geophysics 52 (2), 239–249. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2010.12.017.

3. Ashurkov S.V., Sankov V.A., Serov M.A., Luk’yanov P.Y., Grib N.N., Bordonskii G.S., Dembelov M.G., 2016. Evalua­tion of Present-Day Deformations in the Amurian Plate and Its Surroundings, Based on GPS Data. Russian Geolo­gy and Geophysics 57 (11), 1626–1634. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.10.008.

4. Burkholder P.D., Meyer R.P., Delitsin L.L., Davis P.M., Zorin Yu.A., 1995. A Teleseismic Tomography Image of the Upper Mantle beneath the Southern Baikal Rift Zone. In: Proceeding of the XXI General Assembly of the Interna­tional Union of Geodesy and Geophysics (July 2–14, 1995, Boulder, Colorado, USA). IUGG, 400 p.

5. Calais E., Vergnolle M., Sankov V., Lukhnev A., Miroshni­chenko A., Amarjargal S., Déverchère J., 2003. GPS Measure­ments of Crustal Deformation in the Baikal-Mongolia Area (1994–2002): Implications on Current Kinematics of Asia. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (В10), 2501. https://doi.org/10.1029/2002JB002373.

6. Chemenda A., Déverchère J., Calais E., 2002. Three-Di­mensional Laboratory Modelling of Rifting: Application to the Baikal Rift, Russia. Tectonophysics 356 (4), 253–273. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(02)00389-X.

7. Déverchère J., Houdry F., Diament M., Solonenko N.V., Solonenko A.V., 1991. Evidence for a Seismogenic Upper Mantle and Lower Crust in the Baikal Rift. Geophysical Re­search Letters 18 (6), 1099–1102. https://doi.org/10.1029/91GL00851.

8. Déverchère J., Petit C., Gileva N., Radziminovitch N., Mel­nikova V., Sankov V., 2001. Depth Distribution of Earth­quakes in the Baikal Rift System and Its Implications for the Rheology of the Lithosphere. Geophysical Journal In­ternational 146 (3), 714–730. https://doi.org/10.1046/j.0956-540x.2001.1484.484.x.

9. Dobretsov N.L., Buslov M.M., Vasilevsky A.N., 2019. Geo­dynamic Complexes and Structures of Transbaikalia: Re­cord in Gravity Data. Russian Geology and Geophysics 60 (3), 254–266. https://doi.org/10.15372/RGG2019021.

10. Дучков А.Д., Соколова Л.С. Теп­ловой поток Сибири // Геофизические методы иссле­дования земной коры: Материалы Всероссийской кон­ференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева (8–13 декабря 2014 г.). Ново­сибирск: ИНГГ СО РАН, 2014. С. 211–216.

11. Gao S., Davis P.M., Liu H., Slack P.D., Rigor A.W., Zo­rin Y.A., Logatchev N.A., 1997. SKS Splitting beneath Con­tinental Rift Zones. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 102 (B10), 22781–22797. https://doi.org/10.1029/97JB01858.

12. Gao S.S., Liu K.H., Davis P.M., Slack P.D., Zorin Y.A., Mor­dvinova V.V., Kozhevnikov V.M., 2003. Evidence for Small-Scale Mantle Convection in the Upper Mantle beneath the Baikal Rift Zone. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (B4), 2194. https://doi.org/10.1029/2002JB002039.

13. Gileva N.A., Melnikova V.I., Radziminovich N.A., Déver­chère J., 2000. Location of Earthquakes and Average Velocity Parameters of the Crust in Some Areas of the Baikal Region. Russian Geology and Geophysics 41 (5), 609–615.

14. Голенецкий C.И., Перевалова Г.И. Об иcпользовании ЭВМ пpи cводной обработке наблюде­ний локальной cети сейсмических станций в Байкаль­ской зоне // Исследования по поискам предвестников землетрясений в Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. С. 99–108.

15. Голубев В.А. Кондуктивный и конвектив­ный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Ново­сибирск: Гео, 2007. 222 с.

16. GБайкал. Геология. Человек // Ред. М.И. Грудинин, И.С. Чувашова. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2011. 239 с.

17. Гвоздков А.Н. Геохимия современных донных осадков озера Байкал: Дис. … канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 1998. 209 с.

18. Hutchinson D.R., Golmshtok A.J., Zonenshain L.P., Moore T.C., Schol C.A., Klitgord K.D., 1992. Depositional and Tectonic Framework of the Rift Basins of Lake Baikal from Multi­channel Seismic Data. Geology 20 (7), 589–592. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1992)020<0589:DATFOT>2.3.CO;2.

19. Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: Книжный дом «Универ­ситет», 2005. 500 c.

20. Khlystov O.M., Khabuev A.V., Minami H., Hachikubo A., Krylov A.A., 2018. Gas Hydrates in Lake Baikal. Limnology and Freshwater Biology 2018 (1), 66–70. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2018-A-1-66.

21. Khlystov O.M., Kononov E.E., Khabuev A.V., Belousov O.V., Gubin N.A., Solovyeva M.A., Naudts L., 2016. Geological and Geomorphological Characteristics of the Posolsky Bank and the Kukuy Griva, Lake Baikal. Russian Geology and Geo­physics 57 (12), 1759–1767. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.11.001.

22. Koulakov I., 2009. LOTOS Code for Local Earthquake Tomographic Inversion: Benchmarks for Testing Tomogra­phic Algorithms. Bulletin of the Seismological Society of America 99 (1), 194–214. https://doi.org/10.1785/0120080013.

23. Koulakov I., Tychkov S., Bushenkova N., Vasilevsky A., 2002. Structure and Dynamics of the Upper Mantle beneath the Alpine–Himalayan Orogenic Belt, from Teleseismic To­mography. Tectonophysics 358 (1–4), 77–96. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(02)00418-3.

24. Крылов C.В. О глубинаx байкальских землетрясений и сейсмоконтролирующих фактоpаx // Геология и геофизика. 1980. № 5. С. 97–112.

25. Кулаков И.Ю. Трех­мерные сейсмические неоднородности под Байкаль­ским регионом по данным локальной и телесейсмической томографии // Геология и геофизика. 1999. Т. 40. № 3. С. 317–331.

26. Kulakov I.Yu., 2008. Upper Mantle Structure beneath Southern Siberia and Mongolia, from Regional Seismic To­mography. Russian Geology and Geophysics 49 (3), 187–196. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.06.016.

27. Lesne O., Calais E., Deverchère J., Chéry J., Hassani R., 2000. Dynamics of Intracontinental Extension in the North Baikal Rift from Two-Dimensional Numerical Deformation Modeling. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 105 (B9), 21727–21744. https://doi.org/10.1029/2000JB900139.

28. Levi K.G., Babushkin S.M., Badardinov A.A., Buddo V.Y., Larkin G.V., Miroshnichenko A.I., Colman S., 1995. Active Baikal Tectonics. Russian Geology and Geophysics 36 (10), 143–154.

29. Levi K.G., Miroshnichenko A.I., Sankov V.A., Babush­kin S.M., Larkin G.V., Badardinov A.A., Wong H.K., Colman S., Delvaux D., 1997. Active Faults of the Baikal Depression. Bulletin des Centres de Recherches Elf Exploration Produc­tion 21 (2), 399–434.

30. Логачев Н.А. Саяно-Байкальское становое нагорье // Нагорья Прибайкалья и Забайкалья / Ред. Н.А. Флорен­сов. М.: Наука, 1974. С. 16–162.

31. Logatchev N.A., 1993. History and Geodynamics of the Lake Baikal Rift in the Context of the Eastern Siberia Rift System: A Review. Bulletin des Centres de Recherches Elf Exploration Production 17 (2), 353–370.

32. Логачев Н.А. Главные струк­турные черты и геодинамика Байкальской рифтовой зоны // Физическая мезомеханика. 1999. Т. 2. № 1–2. С. 163–170.

33. Логачев Н.А. Об историческом ядре Байкаль­ской рифтовой зоны // Доклады АН. 2001. Т. 376. № 4. С. 510–513.

34. Logachev N.A., 2003. History and Geodynamic of the Baikal Rift. Russian Geology and Geophysics 44 (5), 391–406.

35. Logatchev N.A., Zorin Yu.A., 1987. Evidence and Causes of the Two-Stage Development of the Baikal Rift. Tectono­physics 143 (1–3), 225–234. https://doi.org/10.1016/0040-1951(87)90092-8.

36. Lukhnev A.V., Sankov V.A., Miroshnichenko A.I., Ashur­kov S.V., Byzov L.M., Sankov A.V., Bashkuev Yu.B., Dem­belov M.G., Calais E., 2013. GPS-Measurements of Recent Crustal Deformation in the Junction Zone of the Rift Seg­ments in the Central Baikal Rift System. Russian Geology and Geophysics 54 (11), 1417–1426. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.10.010.

37. Лунина О.В. Цифровая карта разломов для плиоцен-четвертичного этапа развития земной коры юга Восточной Сибири и сопредельной территории Северной Монголии // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 3. С. 407–434. https://doi.org/10.5800/GT-2016-7-3-0215.

38. Lunina O.V., Andreev A.V., Gladkov A.S., 2012. The Tsagan Earthquake of 1862 on Lake Baikal Revisited: A Study of Secondary Coseismic Soft-Sediment Deformation. Russian Geology and Geophysics 53 (6), 594–610. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.04.007.

39. Лунина О.В., Гладков А.С., Неведрова Н.Н. Рифтовые впадины При­байкалья: тектоническое строение и история развития. Новосибирск: Гео, 2009. 316 с.

40. Lunina O.V., Gladkov A.S., Sherstyankin P.P., 2010. A New Electronic Map of Active Faults for Southeastern Siberia. Doklady Earth Sciences 433, 1016–1021. https://doi.org/10.1134/S1028334X10080064.

41. Mats V.D., 2012. The Sedimentary Fill of the Baikal Basin: Implications for Rifting Age and Geodynamics. Russian Ge­ology and Geophysics 53 (9), 936–954. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.07.009.

42. Мац В.Д. Байкальский рифт: плиоцен (мио­цен) – четвертичный эпизод или продукт длительно­го развития с позднего мела под воздействием различ­ных тектонических факторов. Обзор представлений // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6. № 4. С. 467–490. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-4-0190.

43. Мац В.Д., Уфим­цев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: строение и геологическая история. Новосибирск: Гео, 2001. 252 с.

44. Мельникова В.И., Радзиминович Н.А. Меха­низм очагов землетрясений Байкальского региона за 1991–1996 гг. // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 11. С. 1598–1607.

45. Мишарина Л.А., Мельнико­ва В.И., Балжинням И. Юго-западная граница Байкаль­ской рифтовой зоны по данным о механизме очагов землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1983. № 2. С. 74–83.

46. Мишарина Л.А., Солоненко Н.В. О напряжениях в очагах слабых землетрясений Прибайкалья // Изве­стия АН СССР. Физика Земли. 1972. № 4. С. 24–36.

47. Мишарина Л.А., Со­лоненко Н.В. Механизм очагов землетрясений и напря­женное состояние земной коры в Байкальской рифто­вой зоне // Роль рифтогенеза в геологической истории Земли / Ред. Н.А. Логачев, Н.А. Флоренсов. Новосибирск: Наука, 1977. С. 120–125.

48. Mordvinova V.V., Vinnik L.P., Kosarev G.L., Oreshin S.I., Treusov A.V., 2000. Teleseismic Tomography of the Baikal Rift Lithosphere. Doklady Earth Sciences 372 (4), 716–720.

49. Неведрова Н.Н., Эпов М.И. Анализ результатов электромагнитного мониторинга на Байкальском прогностическом полигоне // Вестник НЯЦ РК. 2004. № 2. С. 143–149.

50. Nicolas A., Achauer U., Daignieres M., 1994. Rift Initia­tion by Lithospheric Rupture. Earth and Planetary Science Letters 123 (1–3), 281–298. https://doi.org/10.1016/0012-821X(94)90274-7.

51. Сейсмическая томография: с приложениями в глобальной сейсмологии и разведочной геофизике / Ред. Г. Нолет. М.: Мир, 1990. 416 с.

52. Peltzer G., Tapponnier P., 1988. Formation and Evolu­tion of Strike-Slip Faults, Rifts, and Basins during the India-­Asia Collision: An Experimental Approach. Journal of Geo­physical Research: Solid Earth 93 (B12), 15085–15117. https://doi.org/10.1029/JB093iB12p15085.

53. Petit C., Koulakov I., Deverchère J., 1998. Velocity Struc­ture around the Baikal Rift Zone from Teleseismic and Lo­cal Earthquake Traveltimes and Geodynamic Implications. Tectonophysics 296 (1–2), 125–144. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00140-1.

54. Radziminovich N.A., 2010. Focal Depths of Earthquakes in the Baikal Region: A Review. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 46, 216–229. https://doi.org/10.1134/S1069351310030043.

55. Sankov V.A., Lukhnev A.V., Miroshnichenko A.I., Levi K.G., Ashurkov S.V., Bashkuev Yu.B., Dembelov M.G., Calais E., Déverchère J., Vergnolle M., Bechtur B., Amarjargal Ch., 2003. Present-Day Movements of the Earth’s Crust in the Mongol-Siberian Region Inferred from GPS Geodetic Data. Reports of the Academy of Sciences 393 (8), 1082–1085.

56. Scholz C.A., Hutchinson D.R., 2000. Stratigraphic and Structural Evolution of the Selenga Delta Accommodation Zone, Lake Baikal Rift, Siberia. International Journal of Earth Sciences 89, 212–228. https://doi.org/10.1007/s005310000095.

57. Shchetnikov A.A., Radziminovich Y.B., Vologina E.G., Ufim­tsev G.F., 2012. The Formation of Proval Bay as an Episode in the Development of the Baikal Rift Basin: A Case Study. Geomorphology 177–178, 1–16. http://doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.07.023.

58. Шерман С.И., Леви К.Г. Трансформные разломы Байкальской рифтовой зоны // Доклады АН СССР. 1977. Т. 233. № 2. С. 461–464.

59. Sherman S.I., Lysak S.V., Gorbunova E.A., 2012. A Tec­tonophysical Model of the Baikal Seismic Zone: Testing and Implications for Medium-Term Earthquake Prediction. Russian Geology and Geophysics 53 (4), 392–405. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.03.003.

60. Сейсмогеология и детальное сейсмиче­ское районирование Прибайкалья / Ред. В.П. Солонен­ко. Новосибирск: Наука, 1981. 168 с.

61. Сун Юншен, Крылов С.В., Ян Бао­цзюнь, Лю Цай, Дун Шисюэ, Лян Течен, Ли Цзинчжи, Сюй Синчжуи, Мишенькина 3.Р., Петрик Г.В., Шелудь­ко И.Ф., Селезнев В.С., Соловьев В.М. Глубинное сейсми­ческое зондирование литосферы на международном трансекте Байкал – Северо-Восточный Китай // Геоло­гия и геофизика. 1996. Т. 37. № 2. С. 3–15.

62. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Серия Ангаро-Енисейская. Масштаб 1:1000000. Лист N-48 (Иркутск): Объяснительная записка. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2009. 574 с.

63. Suvorov V.D., Mishen’kina Z.R., 2005. Structure of Sedi­mentary Cover and Basement beneath the South Basin of Lake Baikal Inferred from Seismic Profiling. Russian Geolo­gy and Geophysics 46 (11), 1141–1149.

64. Suvorov V.D., Tubanov T.A., 2008. Distribution of Local Earthquakes in the Crust beneath Central Lake Baikal. Rus­sian Geology and Geophysics 49 (8), 611–620. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.09.019.

65. Ten Brink U.S., Taylor M.H., 2002. Crustal Structure of Central Lake Baikal: Insights into Intracontinental Rifting. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 107 (B7), 2132. https://doi.org/10.1029/2001JB000300.

66. Tiberi C., Diament M., Déverchère J., Petit-Mariani C., Mikhailov V., Tikhotsky S., Achauer U., 2003. Deep Struc­ture of the Baikal Rift Zone Revealed by Joint Inversion of Gravity and Seismology. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (B3), 2133. http://doi.org/10.1029/2002jb001880.

67. Yakovlev A.V., Koulakov I.Yu., Tychkov S.A., 2007. Moho Depths and Three-Dimensional Velocity Structure of the Crust and Upper Mantle beneath the Baikal Region, from Local Tomography. Russian Geology and Geophysics 48 (2), 204–220. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.02.005.

68. Zhao D., Lei J., Inoue T., Yamada A., Gao S.S., 2006. Deep Structure and Origin of the Baikal Rift Zone. Earth and Plane­tary Science Letters 243 (3–4), 681–691. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2006.01.033.

69. Zonenshain L.P., Savostin L.A., 1981. Geodynamics of the Baikal Rift Zone and Plate Tectonics of Asia. Tectono­physics 76 (1–2), 1–45. https://doi.org/10.1016/0040-1951(81)90251-1.

70. Зорин Ю.А., Туру­танов Е.Х. Плюмы и геодинамика Байкальской рифтовой зоны // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. № 7. С. 685–699.