Филоненко В.П.
СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ ЮЖНО-ОХОТСКОЙ ВПАДИНЫ
Институт Физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ), Москва, e-mail: nina@uipe-ras.scgis.ru
Строение земной коры Южно-Охотской впадины было изучено глубинным сейсмическим зондированием (ГСЗ) в 50-60-е годы. Оно показало, что граница М (поверхность мантии со скоростью сейсмических волн 8 км/с) залегает под впадиной на глубине 12-15 км от уровня моря, при ее средней глубине в Охотском море 25-30 км [2]. Методика обработки и интерпретации данных ГСЗ в те годы была основана на методике, разработанной для головных волн. Наиболее полные системы наблюдений для такой методики были созданы только для двух основных преломляющих границ: поверхности фундамента и границы М. Внутренняя структура коры описывалась фрагментарно. С развитием новых представлений о природе волн, когда было показано, что большую роль в поле ГСЗ играют рефрагированные и отраженные волны, и когда появились компьютерные методы обработки этих волн, появилась необходимость пересмотреть старые материалы на новой методической основе. Результаты такого пересмотра и приводятся в данной работе. Для переинтерпретации был выбран наиболее протяженный профиль 19, секущий Сахалин и Южно-Охотскую впадину.
Построение разреза проводилось методом математического
моделирования [2]. Вначале анализировалась волновая картина по типам регистрируемых
волн, их кажущимся скоростям и определялся принципиальный тип разреза коры.
Основной этап моделирования осуществлялся с помощью решения прямой двумерной
сейсмической задачи с использованием программы S83d (лучевое приближение).
Методом подбора уточнялось скоростное строение коры, а также подбиралось
вероятное распределение скоростей в верхней мантии.
Полученный при моделировании разрез по-новому рисует
сложное строение земной коры в этом регионе (рис. 1). Поверхность фундамента
залегает на глубине от 0 до 9 км. Под центральной частью Сахалина наблюдается
резкий подъем фундамента, где он практически выходит на дневную поверхность,
это место соответствует Сахалинской горной системе. Аналогичный подъем
фундамента наблюдается и под Сахалинским шельфом, где фундамент перекрыт
лишь 2-3-х километровой толщей осадков, что может указывать на геологически
недавнее погружение территории под уровень моря. До 8 км осадков регистрируется
на дне Южно-Охотской впадины.
Существенно изменяется вдоль профиля и мощность земной коры: под впадиной она составляет всего 12 км, под Сахалином - более 40 км. Мощность коры под Сахалином соответствует континентальным орогенам. Но по скоростной характеристике кора Сахалина отличается от типично континентальной, в ее низах залегает слой со скоростью 7.2 км/с, который встречается лишь на древних платформах. Крайне изменчива внутренняя структура коры, характерной ее особенностью является чередование слоев с пониженной и повышенной скоростью. Пониженные скорости выявлены на глубине 8-12 км, повышенные (почти мантийные) на глубине 25-30 км. Есть основание предполагать, что слой с повышенной скоростью соответствует внедрениям в кору мантийных пород.
Чередование слоев относительно низких и высоких скоростей характерно и для верхов мантии Южно-Охотской впадины. Граница М соответствует здесь тонкому (3-4 км) слою со скоростью порядка 7.8-8.0 км/с, ниже наблюдается две инверсии скорости до 7.4 -7.6, затем до 7.2 км/с, и только на глубине порядка 40 км регистрируются типичные мантийные скорости 8.2 км/с. Это позволяет допустить, что верхняя граница со скоростью 7.8-8.0 км/с возможно отвечает не мантии, а не до конца переработанной коре, подвергшейся процессу базификации.
Полученные разрезы Сахалина и Южно-Охотской впадины позволяют высказать определенные соображения об истории формирования этих структур. В литературе рассматриваются различные схемы развития земной коры этого региона. В одних постулируется, что в зоне перехода наблюдается незаконченный еще геосинклинальный процесс, который ведет к постепенному преобразованию океанической коры в континентальную, причем в этом преобразовании большую роль играют вулканические явления. При этом глубоководная Южно-Охотская впадина рассматривается как реликтовый участок дна Тихого океана, отшнурованный от него геологически недавним (конец юры или мел) поднятием островной дуги. Другие исследователи признают субокеанический характер земной коры в пределах Южно-Охотской глубоководной впадины, но считают, что она образовалась сравнительно недавно в результате горизонтального растяжения сиалической коры. Наконец, согласно еще одной гипотезе зоны глубоководных котловин, подобные Южно-Охотской впадине, являются областями деградации сиалической континентальной коры и превращения ее в субконтинентальную в результате вертикального опускания дна впадины, обусловленного глубинной переработкой земной коры непосредственно под нею (базификация, подкоровая эрозия).
На основании анализа полученного сейсмического разреза и сопоставления его с другими разрезами по центральной части Охотского моря и прилегающей акватории Тихого океана, предпочтение отдается последней гипотезе, т.е. переработке континентальной коры мантийным материалом. В пользу этой гипотезы свидетельствует большая мощность коры под Сахалином, которая могла образоваться только в континентальных условиях. Но низы коры под Сахалином сложены высокоскоростными породами, что можно объяснить внедрением мантийных пород. Форма Южно-Охотской впадины с плоским дном и крутыми склонами не соответствуем модели растяжения коры, а чередование слоев пониженной и повышенной скорости в верхах мантии, тоже можно связывать с процессами насыщения среды глубинным мантийным веществом.
Этот процесс, судя по тектонической активности региона продолжается до настоящего времени. По геологическим данным как в прошлом, так и в настоящее время, различные участки дальневосточной переходной зоны подвержены знакопеременным во времени вертикальным движениям, особенно значительная амплитуда вертикальных движений регистрируется в Южно-Охотской глубоководной котловине. При изменении гипсометрического уровня поверхности земной коры, должна в целом изменяться и ее мощность, примерно в тех же пропорциях, какие мы наблюдаем в настоящее время при переходе от одних участков дна Охотского моря к другим. Такие масштабные по площади и скорости вертикальные движения с многократной сменой знака движений дна глубоководной котловины, когда все дно движется как единое целое, без повреждения залегания рыхлых осадков, могут обеспечиваться за счет фазовых переходов внутри коры и смены флюидного режима. Именно насыщенностью глубинными флюидами можно объяснить и слои пониженной скорости в верхах мантии Южно-Охотской котловины.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 00-05-65247).
Литература
1. Глубинное строение земной коры Сахалино-Хоккайдо-Приморской
зоны // Под ред. Зверева С.М. и Тулиной Ю.В. М.: Наука. 1971. 286 с.
2. Павленкова Н.И., Пшенчик И. Математическое моделироваие
при решении двумерной обратной задачи при ГСЗ // Физика Земли. 1982. ╧
2. С.12-22.