Глубина нижней границы литосферных магнитных источников северо-востока Евразии: тепловой режим литосферы и связь с сейсмичностью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Для северо-востока Евразии (60—70° N, 90—180° E) получены оценки глубины нижней границы магнитоактивного слоя литосферы с помощью метода центроида, в основе которого лежит двумерный спектральный анализ аномального геомагнитного поля. Аномальное геомагнитное поле исследуемой территории задавалось с помощью глобальной модели EMAG2v3. Полученные оценки показали, что максимальных значений (более 50 км) глубина нижней границы литосферных магнитных источников достигает практически повсеместно под Сибирской платформой к северу от 65° N, а минимальных (<30 км) — под Корякско-Камчатским складчатым поясом и Охотско-Чукотским вулканогенным поясом. Под Верхояно-Колымским складчатым поясом прослеживается чередование максимумов (до 44 км) и минимумов (до 30 км) глубины. Исходя из предположения, что основным магнитным минералом в континентальной литосфере является магнетит, такое распределение глубины нижней границы свидетельствует об увеличении степени прогрева литосферы в восточном направлении — от Сибирской платформы к Корякско-Камчатскому складчатому поясу. Последнее подтверждается независимыми геофизическими данными. Сопоставление полученных в работе результатов с распределением эпицентров региональных землетрясений (M ≥ 4.0, 1962—2020 гг.) показывает, что очаги большинства сильных землетрясений инструментального периода регистрации (M ≥ 6.0) приурочены к зонам, в которых происходит резкое изменение глубины нижней границы литосферных магнитных источников.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Филиппова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: aleirk@mail.ru
Россия, Москва, Троицк

С. В. Филиппов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: sfilip@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Алёшина Е.И., Курткин С.В., Карпенко Л.И. Сейсмичность Северо-Востока России в 2016—2017 гг. // Землетрясения Северной Евразии. Вып. 25 (2016—2017 гг.). C. 176—186. 2022. https://doi.org/10.35540/1818-6254.2022.25.15
  2. Важенин Б.П. Принципы, методы и результаты палеосейсмогеологических исследований на Северо-Востоке России. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 205 с.
  3. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. М.: Недра. Кн. 1.
  4. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. М.: Недра, Кн. 2. 334 с. 1990б.
  5. Имаев В.С., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. Сейсмотектоника Якутии. М.: ГЕОС. 2000.
  6. Имаева Л.П., Имаев В.С., Козьмин Б.М., Мельникова В.И., Середкина А.И., Маккей К.Д., Ашурков С.В., Смекалин О.П., Овсюченко А.Н., Чипизубов А.В., Сясько А.А. Сейсмотектоника северо-восточного сектора Российской Арктики. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2017.
  7. Козьмин Б.М. Сейсмические пояса Якутии и механизмы очагов их землетрясений. М.: Наука. 1984.
  8. Середкина А.И. Поверхностно-волновая томография Арктики по данным дисперсии групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Физика Земли. № 3. C. 58—70. 2019. https://doi.org/10.31857/S0002-33372019358-70
  9. Середкина А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания магнитных источников в Арктике и их связь с параметрами литосферы // Геология и геофизика. Т. 62. № 7. С. 902—916. 2021. https://doi.org/10.15372/GiG2020162
  10. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников и тепловой режим литосферы под Восточно-Сибирским морем // Физика Земли. № 4. С. 71—84. 2022. https://doi.org/10.31857/S0002333722040032
  11. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Тепловой режим литосферы под полуостровом Таймыр по геомагнитным данным // Геомагнетизм и аэрономия. T. 63. № 3. С. 391—402. 2023а. https://doi.org/10.31857/S0016794022600600
  12. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников под Балтийским щитом // Геомагнетизм и Аэрономия. Т. 63. № 5. С. 667—679. 2023б. https://doi.org/10.31857/S0016794023600059
  13. Чебров В.Н. (отв. редактор) Олюторское землетрясение (20 (21) апреля 2006 г., Корякское нагорье). Первые результаты исследований. Петропавловск-Камчатский: ГС РАН. 2007.
  14. Чебров Д.В., Салтыков В.А., Дрознина С.Я., Ромашева Е.И., Митюшкина С.В., Абубакиров И.Р., Павлов В.М., Раевская А.А., Матвеенко Е.А. Сейсмичность Камчатки и Командорских островов в 2016—2017 гг. // Землетрясения Северной Евразии. Вып. 25 (2016—2017 гг.). C. 164—175. 2022. https://doi.org/10.35540/1818-6254.2022.25.14
  15. Шибаев С.В., Geissler W., Козьмин Б.М., Туктаров Р.М., Макаров А.А. Сейсмичность Якутии в 2016—2017 гг. // Землетрясения Северной Евразии. Вып. 25 (2016—2017 гг.) C. 187—195. 2022. https://doi.org/10.35540/1818-6254.2022.25.16
  16. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Ленинградский университет. 1978.
  17. Artemieva I.M. Global 1° × 1° thermal model TC1 for the continental lithosphere: Implications for lithosphere secular evolution // Tectonophysics. V. 416. P. 245—277. 2006. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.11.022
  18. Bird P. An updated digital model of plate boundaries // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 4. № 3. 1027. 2003. https://doi.org/10.1029/2001GC000252
  19. Cammarano F., Guerri M. Global thermal models of the lithosphere // Geophys. J. Int. V. 210. P. 56—72. 2017. https://doi.org/10.1093/gji/ggx144
  20. Carillo-de la Cruz J.L., Prol-Ledesma R.M., Gabriel G. Geostatistical mapping of the depth to the bottom of magnetic sources and heat flow estimations in Mexico // Geothermics. V. 97. 102225. 2021. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2021.102225
  21. Cherepanova Y., Artemieva I.M., Thybo H., Chemia Z. Crustal structure of the Siberian Craton and the West Siberian Basin: an appraisal of existing data // Tectonophysics. V. 609. P. 154—183. 2013. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.05.004
  22. Correa R.T., Vidotti R.M., Guedes V.J.C.B., Scandolara J.E. Mapping the Thermal Structure of the Amazon Craton to Constrain the Tectonic Domains // J. Geophys. Res.: Solid Earth. V. 127. № 1. e2021JB023025. 2022. https://doi.org/10.1029/2021JB023025
  23. Drachev S.S., Malyshev N.A., Nikishin A.M. Tectonic history and petroleum geology of the Russian Arctic Shelves: an overview / Petroleum geology: from mature basins to new frontiers — Proc. 7th Petroleum Geology Conference. Geological Society, London, 2010. https://doi.org/10.1144/0070591
  24. Filippova A.I., Golubev V.A., Filippov S.V. Curie point depth and thermal state of the lithosphere beneath the northeastern flank of the Baikal rift zone and adjacent areas // Surv. Geophys. V. 42. № 5. P. 1143—1170. 2021. https://doi.org/10.1007/s10712-021-09651-7
  25. Filippova A.I., Melnikova V.I. Crustal stresses in the East Arctic region from new data on earthquake focal mechanisms // Tectonics. V. 42. e2022TC007338. 2023. https://doi.org/10.1029/2022TC007338
  26. Fuchs S., Norden B., Artemieva I., et al. The Global Heat Flow Data-base: Release 2021. GFZ Data Services. 2021a. https://doi.org/10.5880/fidgeo.2021.014
  27. Fuchs S., Beardsmore G., Chiozzi P., et al. A new database structure for the IHFC Global Heat Flow Database // International Journal of Terrestrial Heat Flow and Applied Geothermics. V. 4. № 1 P. 1—14. 2021b. https://doi.org/10.31214/ijthfa.v4i1.62
  28. Fujita K., Kozmin B.M., Mackey K.G., Riegel S.A., Imaev V.S., McLean M.S. Seismotectonics of the Chersky seismic belt, eastern Russia (Yakutia) and Magadan district, Russia // Geology, Geophysics and Tectonics of Northeastern Russia: a Tribute to Leonid Parfenov. Stephan Mueller Spec. Publ. V. 4. P. 117—145. 2009. https://doi.org/10.5194/smsps-4-117-2009
  29. Gard M., Hasterok D. A global Curie depth model utilizing the equivalent source magnetic dipole method // Phys. Earth Planet. Inter. V. 313. 106672. 2021. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2021.106672
  30. Gaudreau É., Audet P., Schneider D.A. Mapping Curie depth across western Canada from a wavelet analysis of magnetic anomaly data // J. Geophys. Res.: Solid Earth. V. 124. P. 4365—4385. 2019. https://doi.org/10.1029/2018JB016726
  31. Gvishiani A.D., Vorobieva I.A., Shebalin P.N., Dzeboev B.A., Dzeranov B.V., Skorkina A.A. Integrated Earthquake Catalog of the Eastern Sector of the Russian Arctic // Applied Sciences. V. 12. № 10. 5010. 2022. https://doi.org/10.3390/app12105010
  32. Idarraga-Garcia J., Vargas C.A. Depth to the bottom of magnetic layer in South America and its relationship to Curie isotherm, Moho depth and seismicity behavior // Geodesy and Geodynamics. V. 9. P. 93—107. 2018. https://doi.org/10.1016/j.geog.2017.09.006
  33. Imaeva L.P., Koz’min B.M., Imaev V.S., Mackey K.G. Structural dynamic analysis of the epicentral zone of the Ilin-Tas earthquake (Feb 14, 2013, Ms = 6.9) // J. Seismol. V. 19. P. 341—353. 2015. https://doi.org/10.1007/s10950-014-9469-5
  34. Langel R.A., Hinze W.J. The magnetic field of the Earth’s lithosphere. Cambridge University, Cambridge, UK, 1998.
  35. Laske G., Masters G., Ma Z., Pasyanos M. Update on CRUST1.0 − A 1-degree global model of Earth’s crust / Abstracts European Geoscience Union General Assembly. Vienna, Austria, 7—12 April, 2013. № EGU2013-2658. 2013.
  36. Lebedev S., Schaeffer A.J., Fullea J., Pease V. Seismic tomography of the Arctic region: inferences for the thermal structure and evolution of the lithosphere / Circum-Arctic lithosphere evolution / Geological Society, London, UK, Special Publications. V. 460. P. 419—440. 2017. https://doi.org/10.1144/SP460.10
  37. Levshin A.L., Ritzwoller M.H., Barmin M.P., Villasenor A., Padgett C.A. New constraints on the arctic crust and uppermost mantle: surface wave group velocities, Pn, and Sn // Phys. Earth Planet. Inter. V. 123. P. 185—204. 2001. https://doi.org/
  38. Li C.-F., Lu Y., Wang J. A global reference model of Curie-point depths based on EMAG2 // Sci. Rep.V. 7. 45129. 2017. https://doi.org/10.1038/srep45129
  39. Lu Y., Li C.-F., Wang J., Wan X. Arctic geothermal structures inferred from Curie-point depths and their geodynamic implications // Tectonophysics. V. 822. 229158. 2022. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229158
  40. Maule C.F., Purucker M.E., Olsen N., Mosegaard K. Heat flux anomalies in Antarctica revealed by satellite magnetic data // Science. V. 309. P. 464—467. 2005. https://doi.org/10.1126/science.1106888
  41. Meyer B., Chulliat A., Saltus R. Derivation and error analysis of the earth magnetic anomaly grid at 2 arc min resolution version 3 (EMAG2v3) // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 18. P. 4522—4537. 2017. https://doi.org/10.1002/2017GC007280
  42. NOAA National Centers for Environmental Information. 2022: ETOPO 2022 15 Arc-Second Global Relief Model. doi: 10.25921/fd45-gt74. Available from https://www.ncei.noaa.gov/products/etopo-global-relief-model. Last accessed 25 July 2023.
  43. Núñez Demarco P., Prezzi C., Sánchez Bettucci L. Review of Curie point depth determination through different spectral methods applied to magnetic data // Geophys. J. Int. V. 224. № 1. P. 17—39. 2021. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa361
  44. Okubo Y., Graf R.J., Hansen R.O., Ogawa K., Tsu H. Curie point depths of the island of Kyushu and surrounding areas, Japan // Geophysics. V. 50. P. 481—494. 1985.
  45. Okubo Y., Matsunaga T. Curie point depth in northeast Japan and its correlation with regional thermal structure and seismicity // J. Geophys. Res. V. 99. № B11. P. 22363—22371. 1994.
  46. Oliveira J.T.C., Barbosa J.A., de Castro D.L., de Barros Correia P., Magalhães J.R.C., Filho O.J.C., Buarque B.V. Precambrian tectonic inheritance control of the NE Brazilian continental margin revealed by Curie point depth estimation // Annals. Geophys. V. 64. № 2. GT213. 2021. https://doi.org/10.4401/ag-8424
  47. Petrov O., Morozov A., Shokalsky S., Kashubin S., Artemieva I.M., Sobolev N., Petrov E., Ernst R.E., Sergeev S., Smelror M. Crustal structure and tectonic model of the Arctic Region // Earth Sci. Rev. V. 154. P. 29—71. 2016. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.11.013
  48. Pirttijärvi M. 2D Fourier domain operations, FOURPOT program. 2015. https://wiki.oulu.fi/x/0oU7AQ/
  49. Prasad K.N.D., Bansal A.R., Prakash Om, Singh A.P. Magneto-thermometric modeling of Central India: Implications for the thermal lithosphere // Journal of Applied Geophysics. V. 196. 104508. 2022. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2021.104508
  50. Priestley K., McKenzie D., Ho T. A lithosphere-asthenosphere boundary —a global model derived from multimode surface‐wave tomography and petrology / Lithospheric Discontinuities (eds. H. Yuan and B. Romanowicz) / AGU, Geophysical Monograph Series. Chapter 6. P. 111—123. 2019. https://doi.org/10.1002/9781119249740.ch6
  51. Ravat D., Pignatelli A., Nicolosi I., Chiappini M. A study of spectral methods of estimating the depth to the bottom of magnetic sources from near-surface magnetic anomaly data // Geophys. J. Int. V. 169. P. 421—434. 2007. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2007.03305.x
  52. Salazar J.M., Vargas C.A., Leon H. Curie point depth in the SW Caribbean using the radially averaged spectra of magnetic anomalies // Tectonophysics. V. 694. P. 400—413. 2017. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.023
  53. Sibson R.H. Roughness at the base of the seismogenic zone: contributing factors // J. Geophys. Res.: Solid Earth. V. 89. № B7. P. 5791—5799. 1984. https://doi.org/10.1029/JB089iB07p05791
  54. Sobh M., Gerhards C., Fadel I., Götze H.-J. Mapping the thermal structure of Southern Africa from Curie depth estimates based on wavelet analysis of magnetic data with uncertainties // Geochem. Geophys. Geosyst. V. 22. № 1. e2021GC010041. 2021. https://doi.org/10.1029/2021GC010041
  55. Tanaka A., Ishikawa Y. Crustal thermal regime inferred from magnetic anomaly data and its relationship to seismogenic layer thickness: The Japanese islands case study // Phys. Earth Planet. Inter. V. 152. P. 257—266. 2005. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2005.04.011
  56. Tanaka A., Okubo Y., Matsubayashi O. Curie point depth based on spectrum analysis of the magnetic anomaly data in East and Southeast Asia // Tectonophysics. V. 306. P. 461—470. 1999.
  57. Wen L., Kang G., Bai C., Gao G. Studies on the relationships of the Curie surface with heat flow and crustal structures in Yunnan Province, China, and its adjacent areas // Earth Planets Space. V. 71. 85. 2019. https://doi.org/10.1186/s40623-019-1063-1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Область исследования. Границы литосферных плит (черные кривые) приведены согласно [Bird, 2003]. Литосферные плиты (буквы в кружках): Е — Евразийская, О — Охотоморская, СА — Северо-Американская. Топография и батиметрия (h — высота над уровнем моря) показаны в соответствии с глобальной моделью ETOPO 2022 [NOAA…, 2022], ЛВ — Линденская впадина, ПКБ — Предверхоянский краевой прогиб.

Скачать (392KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Модуль полного вектора аномального геомагнитного поля (Ta, нТл) на высоте 4 км над уровнем моря согласно модели EMAG2v3 [Meyer et al., 2017] (а) и центральные точки блоков 200 • 200 км, в пределах которых выполнялись расчеты глубин залегания литосферных магнитных источников (б). Серым прямоугольником на рис. (б) выделена область, рассмотренная нами ранее в работе [Filippova et al., 2021]. Границы литосферных плит (черные кривые) приведены согласно [Bird, 2003].

Скачать (849KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Глубина верхней границы литосферных магнитных источников (Zt, км), полученная в данной работе (а), и мощность осадочного слоя (Н, км) согласно модели CRUST1.0 [Laske et al., 2013] (б). Границы литосферных плит (черные кривые) приведены согласно [Bird, 2003].

Скачать (497KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Глубина нижней границы литосферных магнитных источников (Zb, км). Границы литосферных плит (черные кривые) приведены согласно [Bird, 2003].

Скачать (273KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поверхностный тепловой поток (q, мВт/м2) по [Fuchs et al., 2021a] (а) и эпицентры региональных землетрясений с M ≥ 4.0, зарегистрированных в 1962—2020 гг., по [Gvishiani et al., 2022] (б) в сопоставлении с полученным распределением глубины нижней границы литосферных магнитных источников (Zb, км). Границы литосферных плит (черные кривые) приведены согласно [Bird, 2003].

Скачать (605KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024