На первый взгляд не подтверждается неоднократно высказывавшееся ранее предположение о том, что под Черным морем и Южным Каспием имеется существенное разуплотнение верхней мантии [Гравитационная модель..., 1979]. Оказывается, что глубочайшие прогибы фундамента и подъем границы Мохоровичича в пределах этих структур вполне компенсируют друг друга, давая близкие к нулю мантийные аномалии над Черным морем и заметный максимум над Каспийским.
К ожидаемым результатам относятся интенсивные отрицательные мантийные аномалии вдоль восточной границы Евразии, связанные с окраинными морями. Максимальные амплитуды этих аномалий тяготеют к глубоководным впадинам. Тепловая природа этого разуплотнения не вызывает сомнений.
В центральной Азии обнаруживается две ярко выраженные зоны отрицательных остаточных аномалий. Одна из них расположена к юго-западу от Байкала, примерно в районе Хамар-Дабана. К сожалению, изученность этого района сейсмическими методами оставляет желать лучшего, поэтому говорить о точном пространственном положении выявленной аномалии пока невозможно. Тем не менее, имеются основания отнести эту область, как и несколько менее выраженную область отрицательных аномалий у северо-восточной оконечности Байкала, к "горячим'' точкам [Grachev, 1998]. Другая зона интенсивных отрицательных мантийных аномалий располагается в районе гор Каракорума и в особенности Кунь-Луня, лежащими на границе Таримского бассейна и Тибета. Для выяснения природы этих аномалий необходимо привлекать дополнительные данные, которые к сожалению пока отсутствуют.
5. Изостатические аномалии силы тяжести
Изостатические аномалии силы тяжести представляют разность между наблюденным гравитационным полем и полем, создаваемым изостатически скомпенсированной литосферой. В данном случае мы используем строгое определение изостазии, в соответствие с которым сумма аномальных масс в каждой литосферной колонке выше некоторого уровня, называемого уровнем изостатической компенсации, равна нулю. В дополнение к топографическому рельефу, аномальным массам осадочного чехла и вариациям границы Мохо вводятся плотностные неоднородности консолидированной коры и верхней мантии, которые в сумме дают изостатически уравновешенную литосферную колонку.
| Рис. 17 |
Изостатические аномалии гравитационного поля показаны на рис. 16. Из этих аномалий удален также региональный фон, показанный на рис. 17. Параметры разделения коротко- и длинноволновой составляющих поля изостатических аномалий выбраны на основании анализа спектра полного поля, показанного на рис. 18. Этот спектр имеет выраженный минимум на длинах волн 2000-2700 км.
Очевидно, что структуры с горизонтальными размерами 1000 км и более изостатически скомпенсированы, причем на таких длинах волн способ компенсации уже не играет роли, в любом случае изостатические аномалии должны быть близки к нулю. Таким образом, длинноволновая составляющая поля изостатических аномалий (рис. 17) обусловлена глубинными плотностными неоднородностями и динамическими эффектами конвективных течений в мантии. В исходном гравитационном поле эти эффекты практически полностью маскированы полем, создаваемым неоднородностями литосферы. Поле изостатически скомпенсированных литосферных неоднородностей имеет широкий спектр, а поэтому не может быть полностью редуцировано с помощью низкочастотной фильтрации [Artemjev et al., 1994a, 1994b]. Таким образом, полученные в настоящей работе длинноволновые аномалии гораздо лучше подходят для изучения глубинных мантийных неоднородностей и мантийной конвекции, чем длинноволновая составляющая аномалий в свободном воздухе.
Локальные изостатические аномалии (рис. 16) отображают влияние, в основном, трех факторов:
1. Нарушениями изостазии, так как при вычислении изостатических аномалий не принималась во внимание возможность упругой поддержки приповерхностной нагрузки.
2. Неучтенными плотностными неоднородностями осадочного чехла и фундамента.
3. Отклонениями реальной схемы изостатической компенсации от использованной при моделировании.
Влияние второго и третьего факторов было существенно редуцировано в настоящих расчетах, по крайней мере для крупных структур, за счет учета плотностных неоднородностей осадочного чехла и подбора эффективной модели компенсации. Таким образом, полученные в данной работе изостатические аномалии в гораздо большей степени отображают особенности геодинамических режимов, чем во многих предыдущих исследованиях.
Интенсивность (изменчивость) поля изостатических аномалий прямо связана со степенью тектонической активности (современной и прошлой) конкретного региона. Стандартное отклонение поля, показанного на рис. 16, составляет 10-16 мГал в платформенных областях, 18-20 мГал - в районах, где процесс горообразования давно завершился (напр. Урал), 36-57 мГал - в областях с высоким уровнем современной тектонической активности (Альпийско-Средиземноморский складчатый пояс, Памиро-Алтай, Тянь-Шань, Байкал) и достигает 70 мГал в районе островных дуг и глубоководных желобов. Необходимо отметить, что учет реального строения коры позволил существенно (до 2 раз) редуцировать амплитуды изостатических аномалий по сравнению с теми, что были рассчитаны по простейшей схеме Эри и с использованием только топографических данных [Артемьев, 1975]. Более подробно поле изостатических аномалий будет проанализировано в последующих частях работы.
На основании полученных изостатических аномалий расчитаны максимальные значения модулей их горизонтальных градиентов (рис. 19). Поле градиентов представляет собой достаточно сложную картину. В нем отчетливо видна суперпозиция градиентных зон различной интенсивности и ширины, что, очевидно, отображает сложную, иерархически организованную структуру земной коры Евразии. Для выявления межблоковых границ выделены значения горизонтальных градиентов изостатических аномалий, которые являются максимальными по отношению к двум соседним хотя бы в двух из четырех возможных направлений. Выделенные значения почти повсеместно объединяются в протяженные зоны, которые и должны соответствовать границам блоков.
Градиентные зоны изостатических аномалий оконтуривают преимущественно субвертикальные контакты пород различной аномальной плотности в теле коры. Естественно, что большинство глубинных разломов должно создавать такие контакты. Плановое положение зон в общем подтверждает такое предположение. Практически очевидно также, что в областях с активной тектоникой плотностные контакты могут быть более выраженными вследствие большого разнообразия пород, смещенных тектоническими движениями на разные глубинные уровни. В стабильных областях древние глубинные разломы скрыты осадками и разделяют обычно сильно денудированную поверхность фундамента, т.е. плотностные контрасты блоков коры могут быть не столь велики. Соответственно и градиентные зоны будут не столь интенсивны. Тектонические движения там также существенно спокойнее. Таким образом, можно предположить, что в активных областях выявляются разломные зоны более высокой интенсивности, а в стабильных выявляются или древние и мертвые, или малоактивные зоны разломов. Этот вывод подтверждается даже на примере Урала: несмотря на бытующее представлении о чрезвычайно высокоградиентном поле, связанном с контрастными плотностными неоднородностями в Магнитогорской зоне, реальные градиенты изостатических аномалий существенно меньше, чем в тектонически активных зонах.
Мы приходим к заключению, что выявленные нами градиентные зоны, являясь объективной реальностью, отображают крупные зоны тектонических нарушений. Ширина этих зон соответствует скорее всего достаточно протяженным зонам деформации коры, т.е. не отдельным, как правило, разломам, а зонам их концентрации - разломным зонам.
Построена плотностная модель коры Северной Евразии и рассчитано ее гравитационное влияние. После удаления этого поля из наблюденного гравитационного поля, получены остаточные мантийные аномалии. Мантийные аномалии явно разделяются на две составляющие, которые отображают влияние различных факторов:
1. Региональная компонента в первом приближении не коррелирована со структурами коры и отображает крупномасштабные особенности строения литосферы Евразии, предположительно связанные с особенностями ее термического режима. В частности, для северной и центральной частей Евразии характерны интенсивные положительные аномалии, в то время, как для Западной Европы и Юго-Восточной части Азии - отрицательные. Региональная часть мантийных гравитационных аномалий точно соответствует распределению скоростей поперечных волн, полученных методами сейсмической томографии [Ekstr o m and Dzievonski, 1998; Ritzwoller and Levshin, 1998].
2. В отличие от региональной компоненты, локальная составляющая поля мантийных аномалий с длинами волн менее 2000-2500 км имеет ясную привязку к конкретным тектоническим структурам. Наиболее выраженные положительные аномалии с амплитудами превышающими 100 мГал характерны для некоторых структур в пределах Восточно-Европейской платформы (Балтийский щит, Воронежский массив) и Восточной Сибири (Тунгусская синеклиза). К западу от линии Тессейра-Торнквиста четко прослеживается цепь отрицательных мантийных аномалий: Венгерская впадина - Рейнский Грабен - Центральный Французский массив. В центральной Азии наиболее ярко выраженная зона отрицательных мантийных аномалий расположена к юго-западу от Байкала, примерно в районе Хамар-Дабана. Можно предположить, что эти аномалии связаны с внедрением аномальной легкой мантии. Интенсивные отрицательные мантийные аномалии имеют место вдоль восточной границы Евразии, они связанны с окраинными морями.