Літосфера Каспійського моря

До аспійського моря - внутрішнє море, по суті найбільше на Землі безстічне солоне озеро на кордоні Європи та Азії. Площа у зв'язку з великими коливаннями рівня значно змінюється. Північна частина Каспійського моря мілководна, глибини тут до 25 м, у середній частині - до 788 м, на півдні - до 980 м.

Вважається, що Каспійське море, принаймні його Південно-Каспійська улоговина, є залишком процесу схлопування океану Тетіс (Коротаєв та ін,2002;Антипов та ін,1996). Іноді Каспійське море розглядають як тиловий басейн Тетіса. Звідси природно припустити, що в регіоні Каспійського моря мають розташовуватися залишки палеозон субдукції. Наявність таких палеозон визначала розвиток регіону в геологічному минулому і, мабуть, значною мірою впливає на його сучасну структуру, режим сейсмічності та розташування родовищ корисних копалин.

За геологічними даними (Коротаєв та ін.,2002;Антипов та ін.,1996) інтенсивне занурення Південно-Каспійської улоговини почалося з олігоцену, коли в сумі накопичилося близько 10 км опадів. Потім, починаючи з пліоцену, прогинання різко прискорилося і в результаті в окремих районах акваторії накопичилося ще більше 10 км опадів. Різке прискорення процесу прогинання ложа Південного Каспію, що мало місце останні приблизно 5 млн. років, збіглося за часом з початком інтенсивного грязьового вулканізму в цьому регіоні. Зазвичай прийнято вважати, що грязьовий вулканізм пов'язаний із сучасним швидким зануренням, і коріння вулканів не виходить із товщі молодих неконсолідованих опадів. Однак у цьому випадку це, мабуть, не так. У вулканічній брекчії широко спостерігаються досить численні, у тому числі дуже масивні, зразки та брили палеогену та міоцену. Згідно(Семенович,2000. ), Серед викинутого матеріалу зустрічаються навіть зразки та крейдяного віку. Виникає природне питання, чому початок лавиноподібного осадконакопичення в Південному Каспії супроводжувалося розвитком активного грязьового вулканізму з нижчих, вже істотно перероблених на той час осадових порід, які раніше не були джерелами грязьового вулканізму? Можлива відповідь на це питання пов'язана з можливим розвитком в області Південного Каспію потужної крізь корової надвигової (субдукційної?) зони. Геологічні дані, в цілому, узгоджуються з даними сейсмічної томографії, що використовуються нижче (Якобсон,1997). Однак, згідно з сейсмотомографічною моделлю (Якобсон,1997), товща древніх, частково метаморфізованих опадів уздовж південного борту западини суттєво товщі і досягає 15-18 км. Таку неузгодженість можна пояснити неоднозначністю оцінки будови глибинних горизонтів осадового чохла прямими геологічними методами.

Якщо вище припущення про аналогію геотектонічної еволюції у регіонах Охотського і Каспійського морів правильно, слід очікувати певної аналогії характеру геофізичних полів цих регіонів.

Поле значень градієнтів висот геоїду і розташування епіцентрів землетрусів (M>=4.5)

Хрестики - землетруси з глибиною вогнища не більше 40 км, кружки - від 40 до 60 км, чорні кружки - більше 60 км Синьою лінією показано розташування сейсмічного профілю

Справді, порівняння карт висот геоїду вказує на їхню певну аналогію. На підставі такого зіставлення, областю, під яку могло статися занурення палеопліт в районі Каспію, природно вважати області Великого та Малого Кавказу та хребта Ельбурс. Більш розмитий характермежі областей високих та низьких значень висот геоїду у Каспійському регіоні природно пояснити великим віком відповідних процесів. Карта градієнтів висот геоїду побудована на основі моделі EGM96 (Lemoine et al.,1998) і розташування епіцентрів землетрусів з магнітудою M = 4.5 в Каспійському регіоні. За загальним характером поля висот геоїду - мінімальні значення висот геоїду в квазилінійній області, пов'язаної із зоною глибоководного жолоба, і широкою смугою піднятий геоїда вздовж острівної дуги і околиці континенту - найбільш ймовірною областю розвитку субдукції в цьому регіоні слід вважати улоговину Південного Каспію. При цьому орієнтація зони має, загалом, північно-західне простягання, а субдукція відбувається у південно-південно-західному напрямку. Характерні амплітуди аномалій висот геоїду в Південному Каспії можна порівняти за величиною, але можливо трохи менше, ніж у сучасних зонах субдукції вздовж східної околиці Тихого океану. Більш розмитий характер кордону областей високих і низьких значень висот геоїду в Каспійському регіоні можна пояснити більшою потужністю субконтинентальної плити, що субдукується (у порівнянні з типовими океанічними плитами), що повинно призводити до більшої ефективної потужності пружної частини плити і, відповідно, до розмазування аномалій, у зв'язку з більшою жорсткістю плити. Іншим характерним проявом сучасних глибинних зон розлому є наявність потужних лінійних структур високих значень градієнтів висот геоїду. У досліджуваному регіоні добре видно пояси підвищених значень градієнтів геопотенціалу та приуроченість землетрусів (особливо підкорових) до цих поясів. До них приурочені відомі тут прояви грязьового вулканізму. Зі зіставлення карт висот геоїду видно розвиток в обох регіонах лінійних зонпідвищених значень градієнтів висот поля геоїду Найбільш чітко виражена із цих зон (зображена на карті Охотського регіону) відповідає сучасній зоні субдукції. Менш виражені лінійні структури асоціюються, як ми вважаємо, з давніми зонами субдукції та іншими шовними зонами. Зазначимо у зв'язку, що малюнку чітко видно приуроченість скупчень вогнищ землетрусів до лінійних зон підвищених значень градієнта поля висот геоїду. Зіставлення малюнка з картами висот геоїду підкріплює припущення про можливу зону субдукції (палеосубдукції) з падінням під хребет Ельбурс (загалом у південно-південно-західному напрямку).

Сейсмотомографічна модель Південного Каспію одержана методом Релеєвських хвиль і представлена п'ятьма шарами на півпросторі (Якобсон,1997) і характеризує тектоносферу на глибину до 60-70 км. Особливістю цього є представлення середовища у термінах «середньоблочних» значень швидкостей і величин поглинання сейсмічних хвиль. При інтерпретації результатів моделювання слід мати на увазі, що метод слабо чутливий до існування сейсмічних кордонів і дає просторово середню модель середовища.

Для сейсмотомографічної моделі Південного Каспію характерний зростання з глибиною швидкостей поперечних хвиль Vs з 1-го по 4-й шар. Перший шар за своїм положенням та значеннями Vs відповідає молодим неконсолідованим опадам. Діапазон змін Vs у 2-му та 3-му шарах дає підстави інтерпретувати їх як потужні товщі опадів помірного та високого ступеня консолідації. Значення Vs у 4-му шарі відповідають типовим швидкостям для низів кори та верхньої мантії. Підстилаюче напівпростір характеризується, загалом, верхнемантійними значеннями швидкостей. Особливий інтерес представляє п'ятий шар сейсмічної моделі.На більшій частині Південного Каспію цей шар представлений хвилеводом зі значеннями Vs, близькими до швидкостей, типовим для частково метаморфізованих осадових порід. Хвильоводи найбільше виражені в районі Бакинського архіпелагу і в широкій області акваторії Каспію на південний схід від архіпелагу. Загалом хвилевід піднімається до земної поверхні області Апшеронського порогу і занурюється під ланцюг Ельбурса. До області підйому приурочено відносно нижчі значення сейсмічних швидкостей у другому та третьому шарах. Тут розташовується більшість виявлених у регіоні підводних грязьових вулканів (Якубов та інших.,1983).

Низькі значення сейсмічних хвиль, такі, які виявлені у шарі хвилеводу в мантії Південного Каспію, часто пов'язують із розвитком підплавлення. Однак у випадку Південного Каспію таке припущення погано узгоджується з даними про дуже помірні значення теплового потоку і невисокі розрахункові значення температур на межі кора-мантія (Смирнов,1980). Найбільш природно пов'язати спостерігаються закономірності з підвищеною флюїдонасиченістю області хвилеводу. Дані про геометрію зони хвилеводу підкріплюють припущення про нього як про можливий резервуар флюїдів. Хвильовик піднімається до земної поверхні області Апшеронського порогу і занурюється під ланцюг Ельбурса.

Сейсмічний профіль через східну частину улоговини Південного Каспію

Показано профіль значень поверхневого теплового потоку Q в одиницях теплового потоку (етп) та положення області грязьового вулканізму. Цифрами вказані швидкості поперечних хвиль Vs. Добре видно похила низькошвидкісна зона, можливо, відповідна поверхні палеонадвига (палеозони субдукції?)

На малюнку дано усереднений розріз тектоносфери для східної частини басейну Південного Каспію. До областіпідйому покрівлі хвилеводу присвячені знижені значення сейсмічних швидкостей у верхніх горизонтах сейсмічної моделі та інтенсивний розвиток грязьового вулканізму. Складається враження, що флюїди віджимаються вздовж зони хвилеводу нагору, що сприяє розвитку тут інтенсивного грязьового вулканізму. Геометрична форма хвилеводу та малі, близькі до швидкостей в осадових породах, значення швидкостей поперечних хвиль у хвилеводі дають певну основу для його трактування як області, складеної осадовими породами. Виходячи з цього, всю область можна трактувати як зону глибинного насуву (палеосубдукції). Зазначимо, що таке трактування узгоджується із наведеними вище даними про характер гравітаційного поля. При цьому, за аналогією з розвитком грязьового вулканізму в сучасних глибоководних жолобах (Martin et al.,1996), пояснюється розвиток грязьового вулканізму в районі виходу зони хвилеводу до поверхні. Природним наслідком такої моделі є зазначений вище ефект виносу грязьовими вулканами не тільки матеріалу щодо молодих неконсолідованих опадів, а й зразків прориваються при підйомі флюїдних потоків товщ більш давніх, аж до крейдяних, товщ осадових.

Наведене вище зіставлення геолого-геофізичних даних по регіонах Охотського і Каспійського морів підкріплює припущення про однотипність будови та еволюції цих регіонів, що є природним, якщо їх освіта пов'язана з різновіковими процесами субдукції та тилового спредингу. При цьому показується значна роль глибинних флюїдів у формуванні та еволюції досліджених регіонів. Виявлення загальних рис будови та еволюції різновікових осадових басейнів, пов'язаних із різновіковими зонами континентальної колізії та субдукції, дозволяєна новій основі перейти до питання прогнозування локалізації родовищ корисних копалин, зокрема вуглеводнів.