(Вольфрам Х. Гайсслер 1: не в поле), Петр А. Дергач 2,3, Рустам Туктаров 4, Сергей Петрунин 4, Степан А. Гуков 4, Андрей Картозия 2,3, Владимир Потапов 2,3, (Кристиан Хаберланд 5: не в поле), (Борис В. Баранов 6: не в поле), (Сергей В. Шибаев 4: не в поле), (Франк Крюгер 7: не в поле), (Сергей Правкин 8: не в поле), (Николай В. Цуканов 6: не в поле), (Алин Плётц 1: не в поле), (Артем Крылов 6: не в поле) и (Даниэль Фоллмер 7: не в поле)
1 Институт Альфреда Вегенера Центр полярных и морских исследований им. Гельмгольца, Бремерхафен, Германия
2 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.В. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук, Российская Федерация
3 Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Российская Федерация
4 Якутский филиал Федерального исследовательского центра геофизических исследований Российской академии наук, Якутия, Российская Федерация
5 GFZ Немецкий геолого-геологический центр им. Гельмгольца, Потсдам, Потсдам, Германия
6Институт океанологии им. П.Н. Ширшова РАН, Москва, Российская Федерация
7 Потсдамский университет, Потсдам, Германия
8 Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Цели
Основная цель продолжающегося исследования — изучить геодинамические процессы континентального рифта моря Лаптевых и их основных тектонических зон, чтобы лучше описать амагматический рифтогенез и его последствия в арктическом и глобальном контексте. От Северного Ледовитого океана сверхмедленный хребет Гаккеля распространяется в сторону континентального склона моря Лаптевых в Северо-Восточной Сибири. По сравнению с хребтом Гаккеля, отделяющим Североамериканскую плиту от Евразийской плиты, в районе моря Лаптевых наблюдается диффузная сейсмическая активность. Предполагается, что несколько более крупных землетрясений, расположенных к юго-востоку от хребта Гаккель, определят дальнейшую границу плиты (Fujita et al. 2009).
От шельфа моря Лаптевых к югу до прибрежных районов континента очаговые глубины увеличиваются с 10 до 25 км (Jemsek et al. 1986; Franke et al. 2000; Fujita et al. 2009). Данные местных краткосрочных исследований в 80-х годах показали, что существует высокая местная сейсмичность (Ковачев и др. 1994 (англ. 1995); Аветисов 1999).
Согласно Sloan et al. (2011) крайняя западная граница сейсмичности связана с мощной литосферой Сибирского щита, что указывает на некоторый структурный контроль современной тектонической активности. Franke et al. (2000) с помощью девяти телесейсмических событий определили северо-американо-евразийский полюс вращения к западу от гор Черского. Более того, они предполагают наличие отдельной микроплиты, исходя из концентрации расширений земной коры и сейсмичности к востоку и западу от моря Лаптевых, соответственно (Franke et al. 2000). Дополнительные механизмы фокуса указывают на изменения между фазами сжатия и растяжения на небольших расстояниях. Это может быть следствием того факта, что полюс вращения находится недалеко от района наших исследований, вероятно, южнее дельты Лены (Гайна и др., 2002).
До сих пор не известно, находится ли именно южный рифт моря Лаптевых в режиме растяжения или сжатие уже началось, и как старая континентальная литосфера разрушается в результате процесса рифтогенеза. Это включает в себя проверку положения полюса вращения между евразийской и североамериканской плитами, а также подтверждение или опровержение существования независимой микропланшеты моря Лаптевых. Поэтому мы ведем мониторинг локальных землетрясений в море Лаптевых и дельте Лены для достижения следующих целей:
- Локализация микросейсмичности и ее связь с активными разломами. Мы хотим выявить сейсмологически активные зоны разломов. На первом этапе мы развернули инструменты в районах землетрясений, которые уже идентифицированы глобальной сейсмологической сетью, хотя и с низким пространственным разрешением. Мы также намерены идентифицировать активные глубокие зоны разломов, которые также могут быть путями дегазации метана, например, в западной части залива Буор-Хая.
- Механизмы очага. Какова нынешняя геодинамическая обстановка, где растяжение и где сжатие в море Лаптевых и в районе дельты Лены, где точный полюс вращения? Каково отношение недавней сейсмичности к ранее существовавшим структурам земной коры и литосферы (например, западный Верхоянский складчато-надвиговый пояс, зона Оленекского разлома или Южно-Анюйская сутура)?
- Строение литосферы. Интересно отметить, что, несмотря на кайнозойский континентальный рифтогенез, в море Лаптевых вулканизм мало известен. Таким образом, нам нравится сравнивать структуру глубинной коры и верхней мантии с другими контурами.
Карта района исследования с указанием первых местоположений (красные точки) с использованием предыдущей сейсмологической сети (период август-апрель 2016 г., Плётц и др., В стадии подготовки). Зеленые и желтые шары, существующие станции сети Дельта Лены / Самойлов и залив Буор-Хая; розовые шары, небольшая сеть / массив на острове Самойлов; синие баллоны, массив Тикси. Новосибирские испытательные станции SML01-03 расположены рядом с LD011, LD033, LD042.ЮЗ Дельта Лены расположена в южной части зоны Оленекского разлома, одной из наиболее активных зон разломов рифтовой системы моря Лаптевых. Однако пока неясно, действительно ли эта часть рифтовой системы все еще находится в состоянии растяжения. Также предполагается локальное сжатие, например, Имаева и др. (2018). В 2019/2020 году действовали шесть / семь станций (LD042) для детального изучения этих тектонических землетрясений. Кроме того, в 2019 году на острове Самойлов были установлены три станции. В ходе анализа наборов данных за 2016/27 и 2017/18 стало ясно, что в зимнее время наблюдается колоссальный рост сейсмической активности из-за очень локальных событий. Скорее всего, эти события связаны с процессами промерзания вечной мерзлоты (нарастанием ледяного клина). Однако с предыдущей конфигурацией сетей еще не было возможности определить источник этих событий, достаточно сильный, чтобы замаскировать местные землетрясения в записях. Даже если остров Самойлов — шумное место из-за электрогенератора, мы решили установить на острове три станции. Станции на Самойлове располагались по краю наклонных и, следовательно, сухих полигонов в песчаных речных отложениях. Эти три станции находились на расстоянии около 1 км друг от друга и должны позволять определять местоположение сейсмической активности, связанной с вечной мерзлотой, даже если частота дискретизации составляет всего 100 Гц. Площадки располагались вокруг действующих полигонов вечной мерзлоты. Три станции также позволят лучше оценить глубину очага локальных тектонических землетрясений. Наши партнеры из Новосибирска при поддержке НИС «Остров Самойлов» и их катера УРАЛ демонтировали все станции региональной сети и на Самойлове (см. Таблицу 2.3.-1), а также все эти станции были оснащены пассивными датчиками MARK 3C 1s и CUBE системы сбора данных и две батареи емкостью 80 Ач, закопанные как можно глубже в частично мерзлую землю. Наши коллеги из Новосибирска установили для тестирования новые станции, содержащие геофон GS_ONE LF (5 Гц) и дигитайзер SCOUT-3.1 (см. Рис. 2.3.-4). Планируется расширить номинальную полосу пропускания геофона за счет обработки сигнала примерно до 1 Гц (Дергач и др., 2019). Для питания используются марганцевые батареи «Бакен-ВС1». Емкость аккумулятора 350 Ач. Это должно позволить обеспечить питание в течение 8-9 месяцев. Станции были установлены в радиусе 15 км от острова Самойлов в трех разных условиях: (1) скважина глубиной 20 м, (2) в скалах и (3) в вечной мерзлоте. (мерзлые отложения), см. Таблицу 2.3.-4. Участок (1) находится в вечной мерзлоте на дне опорожненного термокарстового озера на острове Курунгнах. Площадки (2) и (3) очень близки к нашим предыдущим и все еще существующим станциям LD033 и LD011. Участок (2) расположен на склоне горы Америка-Хайя. Геофон был помещен в яму в вечной мерзлоте глубиной примерно 0,5 метра. Яма образовалась от попадания металлической трубы диаметром 600 мм. Чтобы обеспечить полную настройку теста и сравнение данных, мы установили новую станцию LD042 (Таблица 2.3.-1) рядом со скважиной. В том же смысле это тоже тест для нашего оборудования (CUBE + MARK), поскольку это первая установка в дельте Лены, которая не размещается на скалистом грунте. Это связано с тем, что станции BK006 и BK007 в Буор-Хая также расположены в плейстоценовых комплексах вечной мерзлоты, которые являются сложными из-за потенциального разрушения почвы из-за процессов таяния весной / летом.
- Строение литосферы. Интересно отметить, что, несмотря на кайнозойский континентальный рифтогенез, в море Лаптевых вулканизм мало известен. Таким образом, нам нравится сравнивать структуру глубинной коры и верхней мантии с другими контурами.
Новосибирские испытательные станции. 1: станция испытания скважин SML01. 2: станция испытания вечной мерзлоты SML02. 3-4: внутрискальная испытательная станция SML03. дигитайзер «SCOUT-3.1» (32 Гб), геофон «GS-ONE LF» (5 Гц, 100 В / м / с), источник питания Аккумуляторы «BAKEN BC-1» (5 шт., 300 Ач)
Запись локального землетрясения скважинной станцией Курунгнах.
Предварительные результаты
Во время тестовых измерений (около 15 минут) на недавно установленной площадке LD042 на острове Курунгнах было зарегистрировано локальное землетрясение с гипоцентральным расстоянием около 45 км, см. Рисунок 2.3.-5. Данные испытаний (4 дня) со скважинной станции SML01 показывают не менее десяти записей местных и региональных землетрясений.