ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ СКИФСКО-УРАЛЬСКОЙ ЗОНЫ СЕЙСМОГЕНЕРИРУЮЩИХ СТРУКТУР

1. ВВЕДЕНИЕ

Движение Аравийской плиты в северо-северо-восточном направлении формирует в пределах Кавказско-Восточноанатолийского мегаблока альпийской складчатости деформации сжатия. Эти деформации, видимо, достигли своих максимальных значений в северо-западной части фронта сжатия, а именно на границе между эпигерцинской Скифской плитой и Восточно-Европейской зоной докембрийской складчатости. По направлению движения Аравийской плиты и Кавказско-Восточноанатолийского мегаблока в области альпийской складчатости сформировались деформации левостороннего сдвига, имеющие субмеридиональное и северо-восточное направление (рис. 1). В пределах областей герцинской и докембрийской складчатости также возникли дислокации северо-восточного направления [Leonov et al., 2001; Kopp, 2004], подобные Шалкар-Аксайскому левостороннему сдвигу позднекайкозойской активизации (рис. 1).

Под воздействием давления Аравийской плиты на Кавказско-Восточноанатолийский мегаблок в его пределах возникли сильные землетрясения: Красноводское 08.07.1895 г., Спитакское 07.12.1988 г., Каспийские 25.11. 2000 г., Балханское 06.12.2000 г., в Восточной Турции 06.02. 2023 г. [Ogadzhanov, 2002, 2023] и в Каспийском море 07.12. 2023 г. Деформации вследствие давления на Кавказско-Копет-Дагскую зону альпийской складчатости привели к указанным выше сильным землетрясениям. Затем деформации передавались далее на северо-северо-восток, формируя деформации сжатия вдоль северной границы эпигерцинской Скифской плиты, а затем по направлению с юго-запада на северо-восток, деформации сдвига в пределах областей докембрийской и герцинской складчатости, где возникли тектонические землетрясения магнитудного уровня, близкого к 5 и более: Сальское (2001 г.), Шалкарское (2008 г.), Катав-Ивановское (2018 г.). Очаговые зоны указанных землетрясений приурочены к новейшим структурам северо-восточного простирания. Сальское землетрясение приурочено к участку Сальского поперечного поднятия и ограничивающим его новейшим разломам Скифской эпигерцинской плиты [Panina, 2009; Rudkevich, 1974, рис. 42]. Шалкарское землетрясение приурочено к Шалкар-Аксайскому сдвигу Восточно-Европейской области докембрийской складчатости [Adushkin, Malovichko, 2013; Ogadzhanov, 2023]. Катав-Ивановское землетрясение приурочено к Бакало-Саткинскому сдвигу области герцинской складчатости Урала [Tevelev et al., 2019]. Схема расположения основных сейсмогенерирующих структур показана на рис. 1.

Эти, а также другие землетрясения более низкого магнитудного уровня в совокупности с дислокациями северо-восточного простирания сформировали сквозную Скифско-Уральскую зону новейших дислокаций. Приуроченным к этой же зоне можно считать и Билимбаевское землетрясение 1914 г. Данные об этих землетрясениях с указанием источников информации приведены в табл. 1.

Отсюда следует, что Скифско-Уральская зона сейсмогенерирующих структур может быть обусловлена тектонической активностью дислокаций северо-восточного направления [Ogadzhanov, 2023]. Для определения глубинных характеристик указанных сейсмогенерирующих структур, и в частности глубины возможных очагов землетрясений, связанных с напряженно-деформированным состоянием Скифско-Уральской зоны, необходимо изучение ее глубинного строения.

2. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Проведена комплексная интерпретация геофизических материалов по региональным профилям глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). В частности, были использованы результаты изучения глубинного строения по профилям Волгоград – Челкар, Элиста – Бузулук, Нахичевань – Волгоград, Саратов – Гурьев, Краснодар – Эмба, геотраверс «Гранит» [Zverev, Kosminskaya, 1980; Kashubin, 2002; Reference…, 2013]. Наибольшая глубина получения полезной записи (до 80–90 км) достигнута при обработке профиля ГСЗ Элиста – Бузулук, где в качестве источников возбуждения использовались ядерные взрывы. Профиль ГСЗ Элиста – Бузулук находится практически в пределах региональной Скифско-Уральской зоны сейсмогенерирующих структур и имеет аналогичное направление. Именно максимальная глубина получения полезной записи и расположение профиля Элиста – Бузулук создает наиболее благоприятные условия для изучения глубинного строения исследуемой сейсмогенерирующей структуры. По профилям ГСЗ Нахичевань – Волгоград, Элиста – Бузулук, Краснодар – Эмба, геотраверсу «Гранит», а также ряду региональных профилей ОГТ была построена модель литосферы по направлению Кавказ – Средний Урал, дополненная материалами интерпретации аномалий гравитационного поля в редукции Буге. При интерпретации гравитационных аномалий в качестве граничных условий задавались значения плотности горных пород, определенные по материалам, доступным в справочной литературе (например [Ozerskaya, Podoba, 1967; Karus, Kuznetsov, 1983; Dortman, 1984] и др.), а также глубины границ раздела земной коры, выделенные по данным сейсморазведки.

Информация о сейсмичности регионов по состоянию на 01.01.2025 г. взята по данным Единой геофизической службы РАН (ФИЦ ЕГС РАН), Европейско-Средиземноморского сейсмологического центра (EMSC), Геологической службы США (NEIC), VolcanoDiscovery (Китай), Варшавского агентства (WAR), а также опубликованных источников [Ogadzhanov et al., 2001; Sharov et al., 2007; Dyagilev et al., 2020]. По указанным источникам составлен каталог землетрясений с магнитудой 3.5 и более, эпицентры которых расположены по простиранию Скифско-Уральской зоны дислокаций (табл. 1).

Данные о сейсмогенерирующих структурах и сейсмогеодинамических зонах получены на основании анализа работ различных авторов, освещающих тектоническое строение и геодинамику региона [Leonov et al., 2001; Kopp, 2004; Sharov et al., 2007; Ulomov et al., 2007; Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014; Eppelbaum, Katz, 2020; Batugin et al., 2022; Ogadzhanov, 2023].

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании указанных выше материалов была составлена схема зон основных новейших деформаций района Скифско-Уральской зоны дислокаций и прилегающих территорий (рис. 1).

Из каталога землетрясений (табл. 1) выбраны землетрясения с магнитудой около 5 и выше и нанесены на схему, представленную на рис. 1. Из рисунка видно, что эпицентры землетрясений с магнитудой от 5 и выше группируются в северо-восточном направлении и приурочены к линиям деформаций аналогичного простирания. На схемах (рис. 1, 2) показана Скифско-Уральская зона сейсмогенерирующих структур простирания с юго-запада от эпицентра землетрясения 2001 г. на северо-восток до группы эпицентров землетрясений 1914, 2018 гг. Указанная зона берет свое начало от северной части эпигерцинской Скифской плиты и протягивается до герцинского складчатого сооружения Урала.

На рис. 2 показано расположение эпицентров землетрясений из каталога (табл. 1). Из данного рисунка видно, что наиболее сильные землетрясения региона группируются в северо-восточном направлении Скифско-Уральской зоны дислокаций.

Глубинное строение Скифско-Уральской зоны изучено по профилям ГСЗ и дополнено материалами интерпретации гравитационных аномалий. В результате комплексной интерпретации указанных геофизических материалов была составлена модель литосферы, пересекающая складчатое альпийское сооружение Кавказа, эпигерцинскую Скифскую плиту, юго-восточную часть Восточно-Европейской зоны архейской складчатости, герцинское складчатое сооружение Урала и западную часть эпигерцинской Западно-Сибирской плиты [Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2015].

Из этой модели выделен сегмент, который в плане и по направлению соответствует положению Скифско-Уральской зоны сейсмогенерирующих структур (рис. 3). На указанную глубинную модель нанесены гипоцентры землетрясений с магнитудой от 5 и выше (рис. 3); видно, что гипоцентры всех указанных землетрясений расположены в земной коре.

Гипоцентры землетрясений 2001 г. и 2018 г. приурочены к зонам сжатия на стыке складчатостей различного возраста; в случае с землетрясением 2018 г. на стыке герцинской с докембрийской, а в случае с землетрясением 2001 г. – эпигерцинской с докембрийской. Гипоцентры землетрясений 1914 г. и 2008 г. находятся во внутренней части герцинской складчатости Урала и Восточно-Европейской области докембрийской складчатости соответственно. Из рис. 3 видно, что гипоцентры всех указанных землетрясений расположены над областями внедрения в вышележащие толщи нормально уплотненной мантии ее разуплотненных комплексов.

При более детальном анализе участков расположения гипоцентров геофизическими методами становится понятным, что как в случае приуроченности последних к зонам сочленения складчатостей различного возраста, так и в случае приуроченности к внутренним частям областей одновозрастной складчатости положения гипоцентров отвечают участкам разуплотнения земной коры, унаследованных, по всей вероятности, от таковых в мантии.

Рассмотрим участки расположения гипоцентров сильных землетрясений: Сальского землетрясения 2001 г. с магнитудой 5.0 в зоне сочленения эпигерцинской и докембрийской складчатости (рис. 4); Шалкарского землетрясения 2008 г. с магнитудой 5.3 – во внутренней части зоны докембрийской складчатости (рис. 5) и Уральских землетрясений с магнитудой 5.0 и 5.4 – в области герцинской складчатости (рис. 6).

Согласно имеющимся данным (табл. 1) в области сочленения эпигерцинской и докембрийской складчатости (см. рис. 4) кроме землетрясения с магнитудой 5.0 известно еще три землетрясения с магнитудой 3.5, 3.7 и 3.8. Гипоцентры всех этих землетрясений расположены в земной коре над зоной ее разуплотнения, приурочены к разрывному нарушению, унаследованному от разуплотненных комплексов земной коры и проникающему в надвиговую структуру палеозойского возраста. На рис. 4 представлен фрагмент профиля Элиста – Бузулук, дополненный материалами сейсморазведки ОГТ. На профиле отчетливо видно погружение поверхности мантии М1 в направлении с юго-запада на северо-восток [Brodsky et al., 1994].

Согласно материалам интерпретации результатов сейсморазведки ОГТ [Brodsky et al., 1994] поверхность разуплотненного комплекса, выделенного по данным сейсморазведки, идентифицируется с поверхностью серпентинизированных толщ, характеризующихся пониженной плотностью, которая может быть ниже плотности перекрывающих образований докембрийского фундамента. В силу указанных факторов, вызванных специфичным понижением плотности с глубиной, создаются условия для конвективной, а следовательно, и геодинамической неустойчивости комплексов земной коры, приводящей к ее деформации с возникновением очагов землетрясений.

Дополнительной причиной геодинамической активизации литосферы на данном участке являются силы горизонтального давления. Эти силы обусловлены движением Кавказско-Анатолийского мегаблока в северо-восточном направлении. Напряжения вследствие этого движения концентрируются в области сочленения эпигерцинской и докембрийской складчатости, усиливая тем самым деформации в пределах зоны сочленения указанных геоструктур, что может являться причиной возникновения здесь сильных землетрясений.

Как следует из рис. 1, ортогонально области сжатия в зоне сочленения эпигерцинской и докембрийской складчатости формируются деформации левостороннего сдвига, которые, по сути, и приурочены к Скифско-Уральской зоне новейших дислокаций. В центральной части Скифско-Уральской зоны находится очаговая зона Шалкарских землетрясений (см. рис. 1, 2).

В Шалкарской очаговой зоне известно пять землетрясений с магнитудой от 3.8 до 5.3 (табл. 1). Глубина гипоцентров определена для двух землетрясений – 26.04.2008 г. и 30.12.2011 г., они нанесены на профиль, изображенный на рис. 5. Сопоставление глубины гипоцентров с профилем ГСЗ Элиста – Бузулук (см. рис. 5) показывает, что эти гипоцентры приурочены к участкам наиболее резких изменений глубины поверхностей кристаллического фундамента и мантии.

На этих же участках отмечается относительно высокий градиент в изменениях по латерали скоростей сейсмических волн внутри мантии, что может быть признаком проникновения разломов ниже подошвы кристаллической коры. Глубже гипоцентров землетрясений, в нижней части земной коры и верхней мантии, по данным магнитотеллурического зондирования выделяется зона аномально высокой электропроводности, которая совпадает с прогнозируемой по результатам интерпретации гравитационных аномалий зоной разуплотнения в верхней мантии (см. рис. 3, 5).

Уральская очаговая зона землетрясений обнаруживает связь с глубинными разломами земной коры (рис. 6). Деформация земной коры, приведшая к возникновению этих разломов, вероятно, обусловлена воздействием на нее разуплотненных зон верхней мантии, а также формированием здесь разуплотненных комплексов земной коры.

Зоны разуплотнения земной коры на данном участке, согласно исследованиям [Martyshko et al., 2024], отличаются повышенной намагниченностью (рис. 6), что дает основание для выводов о наличии здесь серпентинизированных комплексов, обусловливающих понижение плотности земной коры с глубиной. Конвективная неустойчивость комплексов земной коры, возникшая вследствие понижения плотности с глубиной, привела к ее деформации и, как следствие, возникновению очагов землетрясений.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

По мнению ряда авторов [Shatsky, 1948; Sarkisyan, 1982; Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014; Eppelbaum, Katz, 2020], дислокации альпийской, герцинской и докембрийской складчатости северо-восточного и субмеридионального направления объединяются в сквозной тектонический пояс, протягивающийся по направлению дислокаций на востоке европейской части Евразийской плиты в область восточной части Аравийской плиты (см. рис. 1). Однако согласно материалам других исследователей [Leonov et al., 2001; Kopp, 2004] для выделения единого тектонического пояса на данной территории достаточных оснований нет. Подобное мнение основано на том, что левые сдвиги Восточно-Анатолийской и Скифско-Уральской зон не образуют единой зоны разломов и обозначают, скорее, генеральное направление новейших тектонических движений, сочетаясь с разломами широтного и северо-западного простирания разной кинематики.

По определению авторов работы [Ulomov et al., 2007] сейсмогенерирующие зоны с простиранием, подобным Скифско-Уральской зоне сейсмогенерирующих структур, рассматриваются как линеаментные сейсмогеодинамические. Скифско-Уральская область сейсмогенерирующих дислокаций, с которой могут быть связаны землетрясения с магнитудой от 5, выделена нами по аналогии с зонами, описанными в работе [Ulomov et al., 2007]. Эта зона соответствует простиранию известных сейсмогенерирующих новейших структур, в частности Кипро-Кавказской (см. рис. 2); указанные зоны укладываются в общее северо-восточное направление. На более позднем этапе тектогенеза Скифско-Уральская и Кипро-Кавказская зоны, соответствующие тектоническим дислокациям северо-восточного направления, возможно, были взаимно смещены вдоль систем сдвиговых дислокаций Кавказа, имеющих северо-западное – юго-восточное направление [Patina et al., 2017].

Другая региональная сейсмогенерирующая структура, с которой связываются очаги сильных землетрясений, тоже имеет северо-восточное простирание [Ogadzhanov, 2023] по направлению р. Волги; прогнозируемая магнитуда возможных землетрясений этой зоны, согласно данным [Grachev et al., 1996], составляет 5.5. Прогнозная магнитуда указанной зоны возникновения очагов землетрясений (ВОЗ), определенная по неотектоническим деформациям [Grachev et al., 1996], в принципе совпадает с наблюденной магнитудой известных землетрясений [Ogadzhanov et al., 2001; Sharov et al., 2007]. Комплексные геофизические данные указывают на связь зоны ВОЗ, простирающейся по направлению р. Волги, с разуплотненными комплексами земной коры [Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014]. На рис. 7 приведен поперечный, относительно зоны ВОЗ, глубинный разрез земной коры вдоль западной части профиля ГСЗ Волгоград – Челкар согласно данным из работы [Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014]. Профиль проходит через очаговую зону сейсмического события, интерпретируемого как Камышинское землетрясение 1991 г. [Ogadzhanov et al., 2001; Sharov et al., 2007] (рис. 7).

Гипоцентр Камышинского землетрясения 1991 г. (рис. 7) расположен над поверхностью комплекса земной коры, который отличается от перекрывающих толщ кристаллического фундамента пониженной плотностью и высокой намагниченностью, типичной для серпентинизированных образований [Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014]. Вопрос о связи очагов землетрясений с серпентинизированными образованиями ранее рассматривался в статье [Sato et al., 1986] и был аргументирован на примере очаговых зон землетрясений разлома Сан-Андреас; позже аналогичные выводы были сделаны и для очаговых зон землетрясений восточно-европейской области докембрийской складчатости [Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014, 2015].

Таким образом, процессы серпентинизации, приводящие к разуплотнению земной коры и мантии, способны обусловить деформации, которые, в свою очередь, могут проявиться возникновением землетрясений.

Зоны разуплотнения, выявленные в пределах Скифско-Уральской сейсмогенерирующей зоны, могут способствовать формированию потенциальных очагов землетрясений на глубинах, определяемых комплексами нижней части земной коры и мантии. Этот вывод вполне согласуется с концепцией, ранее высказанной Н.С. Шатским [Shatsky, 1948], о сверхглубоком заложении сквозного тектонического пояса в восточной части Евразийской плиты, получившего дальнейшее развитие в позднекайнозойский этап тектогенеза [Leonov et al., 2001; Kopp, 2004; Ogadzhanov V.A., Ogadzhanov A.V., 2014; Eppelbaum, Katz, 2020].

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сильные землетрясения в пределах Скифско-Уральской зоны сейсмогенерирующих структур являются следствием концентрации сжимающих напряжений в зоне сочленения альпийской складчатости и складчатости более поздней стадии тектогенеза. Напряжения и деформации затем передаются на передний фронт сжатия в зоне сочленения герцинской и докембрийской геоструктур и далее во внутреннюю часть последней, что приводит к возникновению сильных землетрясений на востоке европейской части Евразийской плиты, в том числе землетрясений, эпицентры которых находятся на значительном расстоянии от зоны альпийской складчатости.

Литосфера Скифско-Уральской зоны дислокаций находится в поле деформаций, обусловленных не только горизонтальным давлением крупных блоков литосферы (плит), но и динамикой за счет разуплотнения горных пород. В связи с этим процессы, приводящие к разуплотнению земной коры и мантии, можно рассматривать в качестве факторов, способствующих усилению геодинамических проявлений за счет действия глобальных сил горизонтального давления, деформации от которых передаются во внутренние части областей герцинской и докембрийской складчатости. Эти геодинамические проявления способствуют деформациям горных пород, выраженным тектоническими разломами и возникновением очагов землетрясений как в краевых, так и во внутренних частях плит.

Во внутренних частях плит, где силы горизонтального давления не столь велики, как в краевых частях, разуплотнение комплексов земной коры и мантии может являться одной из основных причин геодинамических проявлений и структурообразования. Во внутренних областях герцинской и докембрийской складчатости, где деформации могут возникать по причине разуплотнения глубинных масс, магнитуда известных землетрясений составляет 5 и более.

В силу изложенного следует сделать вывод, что при прогнозе очаговых зон сильных землетрясений в пределах рассматриваемого региона комплексные геофизические исследования должны быть направлены на выявление зон разуплотнения и обусловленных ими деформаций земной коры и мантии.

6. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью. Автор прочел и одобрил финальную версию перед публикацией.

The author has no conflicts of interest to declare relevant to this article. The author read and approved the final manuscript.