Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За первый год реализации проекта были выполнены следующие работы и получены результаты. 1. Создана база данных, в которую входит каталог землетрясений (1493 событий, M≥4.0, 1909–2021 гг.) и каталог механизмов очагов землетрясений Восточной Арктики (278 событий, 498 фокальных механизмов, M=3.5–7.6, 1927–2021 гг.). Каталоги создавались на основе данных международных сейсмологических агентств, литературных источников и результатов настоящего проекта. На текущий момент для региона Восточной Арктики объем собранной информации в созданной базе примерно в два раза превышает объем информации в любой другой базе, включая ISC каталог. База создавалась с помощью программы PgAdmin. На языке Python разработан графический интерфейс, позволяющий осуществлять поиск по различным атрибутам. 2. Тензор сейсмического момента (ТСМ) и глубина очага были рассчитаны для 81 регионального землетрясения (1990–2021 гг.). В качестве исходных данных использовались записи поверхностных волн от этих землетрясений на широкополосных сейсмических станциях, расположенных на эпицентральных расстояниях >2000 км. Всего были отобраны записи 115 станций, для каждого отдельного сейсмического события их количество составило 4–22. Амплитудные спектры волн Рэлея и Лява рассчитывались методом спектрально-временного анализа в диапазоне периодов 25–120 с. ТСМ в приближении двойной пары сил и глубина гипоцентра вычислялись по полученным спектрам с привлечением в качестве дополнительной информации знаков первых вступлений P-волн, опубликованных в ISC каталоге и в бюллетенях ФИЦ ЕГС РАН. Для анализа результатов также были использованы ранее опубликованные ТСМ 22 региональных землетрясений (1990–2015 гг.), рассчитанные авторами проекта по той же методике ранее. Дополнительно были проведены оценки тензора напряжений для 4 блоков, где поле напряжений можно полагать однородным. Получено, что рассматриваемые землетрясения имеют Mw=4.2–6.7, а их гипоцентры расположены на глубинах от 1 до 38 км. В пределах континентальной части области исследования все землетрясения являются коровыми, а большинство из них сосредоточено на глубинах до 20 км. На Таймыре и Новосибирских островах очаги сейсмических событий расположены на глубинах 15–38 км, а в восточной части шельфа моря Лаптевых большинство землетрясений сосредоточено в верхних 20 км коры. Интересно, что для 5 сейсмических событий, произошедших в дельте р. Лены и губе Буор-Хая, очаги расположены на глубинах более 30 км, т.е., в верхней мантии. Землетрясения, произошедшие на хребте Гаккеля, как правило, имеют глубины меньше 10 км, причем значения глубин несколько уменьшаются в северном направлении. Для всей территории Восточной Арктики характерны различные типы подвижек в очагах землетрясений (взбросы, сбросы, сдвиги и их комбинации). Показано, что на хребте Гаккеля преобладает растяжение, ориентированное перпендикулярно хребту. На востоке моря Лаптевых также наблюдается растяжение с близкой ориентацией. В приделах континентальной части области исследования доминирует сжатие. Его ориентация изменяется с СВ-ЮЗ на севере хребта Черского на СЗ-ЮВ в его центральной части. Интересными являются два сбросовых механизма для землетрясений, произошедших между хребтом Черского и Янским заливом. Ориентация осей растяжения для них близка к ориентации растяжения на шельфе моря Лаптевых. Вероятно, они отражают современные процессы растяжения коры для данной территории. На Таймыре и Новосибирских островах преобладают взбросовые подвижки. Для дельты р. Лены характерны различные типы подвижек в очагах землетрясений (примерно равное количество сдвигов и взбросов), свидетельствующее о неоднородности поля напряжений. В пределах губы Буор-Хая наблюдается переход от растяжения, характерного для шельфа моря Лаптевых, к сжатию на континенте. Очаги землетрясений в Оленекском и Анабарском заливах были сформированы под влиянием субмеридионального растяжения. 3. Разработано интерфейсное приложение (программа Glut2_win) для программы определения интегральных параметров, характеризующих геометрию очага землетрясения и его развитие во времени по длиннопериодным амплитудным спектрам поверхностных волн GLUT2 (свидетельство о регистрации № 2011618789). Приложение, осуществляющее подготовку исходных данных и визуализацию полученных результатов, разработано на языке программирования С++ с использованием фреймворка QT и предназначено для использования на персональных компьютерах под управлением операционной системы WINDOWS. 4. На основе оригинальной термодинамической модели из свободной энергии Гельмгольца построены уравнения состояния клиноэнстатита низкого давления, ортоэнстатита и клиноэнстатита высокого давления и рассчитаны их термодинамические и термоупругие свойства при заданных параметрах температуры и давления. Рассчитанные скоростные характеристики для ортоэнстатита и клиноэнстатита высокого давления использованы для интерпретации границ сейсмического раздела “X-discontinuity” на глубине 250–340 км. В результате было показано, что рассчитанный скачок скорости S-волны фазового перехода ортоэнстатит → клиноэнстатит высокого давления может объяснить границу “X-discontinuity” на глубине до 260 км, тогда как ее более глубинная часть (260–350 км) нуждается в другом объяснении. Рассчитанные плотности ортоэнстатита и клиноэнстатита высокого давления сопоставлены с моделью PREM и показано, что чистый состав мантийных минералов не может прямо соответствовать составу вещества мантии, поэтому в последующих работах по проекту предлагается проводить моделирование комбинированного вещественного состава литосферы различных тектонических структур Восточной Арктики. 5. Для всей Восточной Арктики рассчитаны азимутально-усредненные Фурье-спектры мощности аномалий геомагнитного поля. Расчет проводился по данным глобальной модели EMAG2v3 в блоках размером 200 х 200 км, перекрывающихся между собой. Всего было рассчитано 837 спектров. Для территории 68–80° N, 110–178° E глубины центра масс, верхней и нижней границ магнитоактивного слоя вычислялись по полученным спектрам методом центроида. Для Восточно-Сибирского моря установлено, что глубина верхней границы изменяется от ~0.4 км под поднятием Де-Лонга до 7 км под Новосибирским и Восточно-Сибирским осадочными бассейнами. Глубина нижней границы литосферных магнитных источников изменяются от ~25 км под массивом Де-Лонга и котловиной Подводников до 43 км под Новосибирско-Чукотским складчатым поясом. Для территории 68°–80° N, 142°–178° E магнитоактивный слой литосферы полностью расположен в пределах земной коры под континентом, Новосибирскими островами, поднятием Де-Лонга и западной частью Восточно-Сибирского моря. Верхняя мантия обладает магнитными свойствами на востоке шельфа и под котловиной Подводников. Полученные результаты свидетельствуют о более сильном прогреве литосферы на севере исследуемой территории: под котловиной Подводников и массивом Де-Лонга. Для моря Лаптевых и сопредельных областей Верхоянского складчатого пояса и Сибирской платформы (68°–80° N, 110°–142° E) получено, что глубина верхней границы литосферных магнитных источников минимальна (0.1–2.0 км) практически под всей континентальной частью исследуемой области и Новосибирскими островами. Под морем Лаптевых она составляет 2.0–5.3 км. Максимальные значения глубины центра масс (>24 км) получены на Сибирской платформе (Анабарский щит) и в Северном Верхоянье, локальный максимум глубины (~20 км) прослеживается под Новосибирскими островами. Ее минимальные значения (~14 км) выявлены на востоке шельфа моря Лаптевых и под южными частями Евразийского бассейна. Аналогичным образом выглядит и распределение глубины нижней границы магнитных источников: максимальные глубины (45–48 км) приурочены к Сибирской платформе, Северному Верхоянью, дельте р. Лены; локальные максимумы (>40 км) прослеживаются под Таймыром и Новосибирскими островами; минимальные значения (24–30 км) наблюдаются на востоке шельфа моря Лаптевых и под южными частями Евразийского бассейна. На западе шельфа значения глубин составляют 37–39 км.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За второй год реализации проекта были выполнены следующие работы и получены результаты. 1. По амплитудным спектрам поверхностных волн проведены расчеты очаговых параметров двух сильных Олюторского (20.04.2006, Mw=7.6) и Илин-Тасского (14.02.2013, Mw=6.7) землетрясений и одного умеренного Улахан-Чистайского (20.01.2013, Mw=5.6) землетрясения в двух приближениях: плоской подвижки и мгновенного точечного источника. В результате получены данные о скалярном сейсмическом моменте, моментной магнитуде, фокальном механизме и глубине очага рассматриваемых сейсмических событий, а также интегральные параметры их очагов, характеризующие геометрию разрыва и его развитие во времени (продолжительность процесса в очаге, длины большой и малой осей эллипса источника, средняя скорость мгновенного центроида, угол между большой осью источника и осью простирания, угол между скоростью мгновенного центроида и осью простирания). Для всех землетрясений в процессе расчетов выделена истинная плоскость разрыва. Для Олюторского землетрясения построена 1-D билатеральная модель очага, показывающая, что разрыв распространялся билатерально (в разные стороны от начальной точки) с небольшой асимметрией. Результаты, полученные для этого сейсмического события (простирание плоскости разрыва, размеры очага, характер вспарывания) в пределах вычислительных погрешностей хорошо согласуются с независимыми геолого-геофизическими оценками, что свидетельствует о корректности применения выбранной методики для расчета очаговых параметров землетрясений Восточной Арктики. Для землетрясений Якутии модели очага, учитывающие его конечные размеры и направленность разрыва, непосредственно по записям сейсмических волн (не из корреляционных соотношений) были получены впервые. 2. Сейсмотектонические деформации (СТД) земной коры Восточной Арктики рассчитывались по методу С.Л. Юнги. В качестве исходного материала для расчетов использовалась база данных фокальных механизмов, собранная нами для землетрясений Восточной Арктики в первый год реализации проекта. Всего для анализа были отобраны фокальные механизмы 223 землетрясений (1963–2022 гг.). Результаты расчетов СТД показывают, что преобладающим режимом СТД вдоль хребта Гаккеля является растяжение, ориентация которого меняется с СВ-ЮЗ на субширотную в восточном направлении. На шельфе моря Лаптевых земная кора также деформируется под влиянием растяжения близкой ориентации. Для Оленекского и Анабарского заливов характерен режим транстенсии (переходный режим от сдвига к растяжению), при этом растяжение ориентировано практически субмеридионально. В пределах Яно-Индигирского сегмента сейсмотектонической зоны Черского земная кора находится в режиме транспресии (переходный режим от сдвига к сжатию) с ССВ-ЮЮЗ направлением сжатия. Южнее – в Индигиро-Колымском сегменте зоны Черского – транспрессия сменяется вначале переходным режимом от вертикального к обстановке сжатия (сжатие СВ-ЮЗ), а затем чисто сдвиговым режимом (сжатие СЗ-ЮВ и растяжение СВ-ЮЗ). Для Корякского нагорья преобладающими режимами СТД являются сжатие на юге (СВ-ЮЗ на западе и ЮВ-СЗ на востоке) и сдвиг на севере (сжатие ЮВ-СЗ, растяжение СВ-ЮЗ). Для рассматриваемой части Алеутской дуги доминирующим режимом СТД является сдвиг (субширотное сжатие и субмиридиональное растяжение), для Чукотки – режим транстенсии со схожей ориентацией сжатия и растяжения. В дельте р. Лены и губе Буор-Хая деформации земной коры неоднородны. В первом случае наблюдается примерно равное количество сдвиговых и взбросовых механизмов очагов землетрясений, во втором – переход от растяжения, характерного для шельфа моря Лаптевых, к сжатию на континенте. Для территорий, где расчеты СТД не проводились изначально ввиду малого количества исходных данных, анализ индивидуальных решений фокальных механизмов, определенных в первый год реализации проекта, показывает, что на Таймыре и Новосибирских островах преобладают взбросовые подвижки, а землетрясения, произошедшие в пределах Яно-Индигирской низменности, представляют собой практически чистые сбросы, сформировавшиеся под влиянием растяжения с той же ориентацией, что и на шельфе моря Лаптевых. Полученные результаты можно считать более надежными, чем аналогичные реконструкции СТД, выполненные ранее, так как они основаны на большем количестве исходных данных о механизмах очагов землетрясений, что является существенным для применения статистических методов. Кроме того они дополняют глобальную карту напряжений в земной коре (World Stress Map 2016) и результаты расчетов тензора напряжений для центральной части исследуемой области, выполненные нами в первый год реализации проекта. 3. На основе оригинальной термодинамической модели из свободной энергии Гельмгольца были построены уравнения состояния диопсида, как одного из важнейших минералов мантии. Полученные данные для диопсида были использованы совместно с данными для других основных минералов верхней мантии для расчета свойств пиролита (порода пироксен-оливинового состава). Рассчитанные скорости S-волн для пиролита были сопоставлены со скоростными разрезами коры и верхней мантии различных тектонических провинций Восточной Арктики (стабильные регионы, складчатые пояса и окраинные моря). Результаты сопоставления позволили дать оценку вещественному составу литосферы под рассматриваемыми регионами Восточной Арктики и выявить температурные и глубинные закономерности. 4. Для полуострова Таймыр и сопредельных территорий (70°–80° N, 80°–115° E) и северо-востока Евразии (60–70° N, 90–180° E) выполнен спектральный анализ аномального геомагнитного поля, заданного глобальной моделью EMAG2v3, и методом центроида оценены глубины залегания литосферных магнитных источников. Для полуострова Таймыр проведенные расчеты показали, что минимальные значения глубины верхней границы литосферных магнитных источников (< 2.5 км) характерны для всего Таймырского складчатого пояса и рассматриваемой части Сибирской платформы, максимальные (> 6 км) – для Северо-Карского бассейна. Положение верхней границы магнитоактивного слоя литосферы выше подошвы осадочного слоя под Енисей-Хатангским и Хатангско-Ленским бассейнами может быть связано с повсеместным внедрением в осадочный слой базальтовых траппов. Минимальные значения глубины нижней границы литосферных магнитных источников (< 36 км) приурочены к Евразийскому бассейну и соседними с ним территориями шельфа моря Лаптевых и островов архипелага Северная Земля, что свидетельствует о наибольшем в пределах рассматриваемого региона прогреве литосферы под ними. Максимальных значений (>48 км) глубина нижней границы достигает под Енисей-Хатангским, Северо-Карским бассейнами и Сибирской платформой, указывая на существование здесь холодной и, соответственно, мощной литосферы, что подтверждается другими независимыми геофизическими данными. Для большей части северо-востока Евразии глубина верхней границы литосферных магнитных источников не превышает 2 км, некоторое увеличение глубины уверенно прослеживается лишь под Верхоянским складчатым поясом, что в целом согласуется с известными данными о мощности осадков. Глубина нижней границы литосферных магнитных источников достигает максимальных значений (более 50 км) под Сибирской платформой, минимальных (менее 30 км) – на востоке рассматриваемой территории, вблизи побережий Охотского и Берингова морей. Локальные минимумы глубины (30–35 км) прослеживаются под Верхоянским складчатым поясом и сейсмотектонической зоной Черского.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За третий год реализации проекта были выполнены следующие работы и получены результаты. 1. По амплитудным спектрам поверхностных волн проведены расчеты очаговых параметров трех землетрясений, произошедших на шельфе моря Лаптевых и восточном окончании хребта Гаккеля в 1996–2023 гг., в двух приближениях: плоской подвижки и мгновенного точечного источника. В результате получены данные о скалярном сейсмическом моменте, моментной магнитуде, фокальном механизме и глубине очага рассматриваемых сейсмических событий, а также интегральные параметры их очагов, характеризующие геометрию разрыва и его развитие во времени. Для землетрясения 22 июня 1996 г. скалярный сейсмический момент составил 8.3*10^17 Н м, Mw=5.9. Очаг сформировался под влиянием доминирующего растяжения СВ ориентации на глубине 6 км. Для землетрясения 19 апреля 1997 г. скалярный сейсмический момент составил 2.6*10^17 Н м, Mw=5.6. Очаг сформировался под влиянием доминирующего растяжения субширотной ориентации на глубине 14 км. Для землетрясения 13 июля 2023 г. глубина очага h=8 км, скалярный сейсмический момент M0=9.8*10^16 Н м, моментная магнитуда Mw=5.3, очаг сформировался также под влиянием близгоризонтального растяжения. Для всех землетрясений в процессе расчетов интегральных параметров выделена истинная плоскость разрыва, характеризующаяся меньшими значениями функции нормированной невязки. Для землетрясений 1996 и 1997 гг. это крутые близмеридиональные нодальные плоскости, в то время как для землетрясения 2023 г. это пологая нодальная плоскость близкой ориентации. Корректность такого выбора для землетрясения 2023 г. подтверждается проведенным нами ранее анализом независимых геолого-геофизических данных. Для всех трех событий приемлемым разрешением обладают только три интегральных параметра (длительность источника и размеры малой и большой осей источника), в то время как интегральная скорость разрыва и углы, характеризующие положение эллипса источника в пространстве и направление скорости мгновенного центроида имеют очень низкое разрешение. Также отметим, что для рассматриваемых событий получены приемлемые значения длительности источника, сопоставимые с данными из GCMT-каталога, но при этом размеры источника выглядят явно завышенными относительно тех, которые можно ожидать для землетрясений близких магнитуд. Таким образом, на основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что для исследуемых землетрясений в море Лаптевых полученные значения интегральных параметров позволяют выделить истинную плоскость разрыва в очаге и оценить длительность источника, но не дают надежных представлений о его размере и ориентации в пространстве. 2. Оценки глубин залегания магнитоактивного слоя литосферы для территории 80°–90° N, 90°–190° E были выполнены по данным глобальной модели аномального магнитного поля Земли EMAG2v3. Для проведения расчетов использовались азимутально-усредненные Фурье-спектры мощности аномалий геомагнитного поля, вычисленные для квадратных блоков 200 х 200 км. Для расчетов глубин залегания литосферных магнитных источников в пределах Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана, где выражены полосовые магнитные аномалии (26 блоков), использовался модифицированный метод центроида, в котором учитывается фрактальный характер распределения намагниченности в магнитоактивном слое. Для всей остальной территории применялся метод центроида, в котором предполагается, что намагниченность имеет случайных характер. Полный диапазон изменения Zt (верхней границы литосферных магнитных источников) составил 0.5–8.2 км (среднее значение 4.2 км). Погрешность этой глубины оценивается как 0.1–2.7 км со средним значением около 0.8 км. Максимальные значения глубины Zt приурочены к Евразийскому бассейну Северного Ледовитого океана. Глубина центра масс (Z0) изменяется примерно от 8 до 23 км (среднее значение 16 км), а ее распределение идентично распределению глубины нижней границы литосферных магнитных источников (Zb). Диапазон значений Zb составил 13–40 км (среднее – 28 км). Погрешности вычислений глубин Z0 и Zb лежат в диапазонах 0.5–2.9 и 1.4–5.8 км со средними значениями 1.6 и 3.3 км соответственно. Минимальных значений глубина Zb достигает под Евразийским бассейном. Причем значения глубины уменьшаются в северном направлении, что согласуется с уменьшением глубин очагов землетрясений на хребте Гаккеля в северном направлении. Неглубокое положение Zb также наблюдается под исследуемой частью котловины Макарова к северу от 84° N. Максимальных значений для рассматриваемой территории глубина Zb достигает в районе северных островов архипелага Северная Земля и в районе 81° N, 160° E. 3. Оценки поверхностного теплового потока для Восточной Арктики были выполнены на основании данных о глубине залегания нижней границы литосферных магнитных источников (Zb). Предполагалось, что основным магнитным минералом в литосфере является магнетит, т.е. на глубине Zb достигается температура 578°С. Расчеты проводились для модели, в которой тепловое поле стационарно, одномерно, конвективный теплоперенос на всех глубинах отсутствует, а в земной коре действуют лишь радиоактивные источники тепловыделения. Деление земной коры на слои проводилось в соответствии с моделью CRUST 1.0. Значения радиогенной теплогенерации, мощности радиогенного слоя, теплопроводностей в слоях коры и мантии, принятые с учетом литературных данных. Получено, что минимальные значения поверхностного теплового потока Q0=15–20 мВт/м2 приурочены к Анабарскому щиту и на западе к осевой части Енисей-Хатангского прогиба. Практически вся остальная часть Сибирской платформы характеризуется значениями Q0=20–40 мВт/м2, которые увеличиваются до 40–60 мВт/м2 на востоке, при приближении к Предверхоянскому краевому прогибу. Значения Q0 для Таймырского и Верхояно-Колымского складчатого поясов лежат в диапазоне 40–60 мВт/м2 и увеличиваются до 60–80 мВт/м2 на востоке исследуемой территории – под Охотско-Чукотским вулканогенным поясом и Корякско-Камчатским складчатым поясом. Для окраинных морей на севере Евразии характерными являются значения Q0=40–60 мВт/м2, которые увеличиваются до 60–80 мВт/м2 под восточной частью шельфа моря Лаптевых и массивом Де-Лонга (Восточно-Сибирское море). Максимальных значений поверхностный тепловой поток достигает под океаническими бассейнами – Евразийским бассейном (80–108 мВт/м2) и котловиной Макарова (80–96 мВт/м2). 4. По литературным данным построены сводные карты мощности земной коры и литосферы. Наиболее мощной корой (до 50 км) и литосферой (до 200 км) характеризуется Сибирская платформа. В остальной части Северной Евразии мощность земной коры составляет от 19 до 46 км, литосферы – от ~40 до 150 км. Мощность земной коры под бассейнами окраинных морей составляет 25–30 км, уменьшаясь под восточной глубоководной частью Берингова моря до <20 км. Из окраинных морей наиболее мощной литосферой (до 175 км) характеризуется Карское море. Под морем Лаптевых мощность литосферы изменяется приблизительно от 150 км в западной части до 50 км в восточной. Под остальными окраинными морями она составляет менее 100 км. Минимальных значений мощность коры достигает под океаническими бассейнами, с абсолютным минимумом в районе хребта Гаккеля. Мощность литосферы под Евразийским бассейном не превышает 50 км, под котловиной Макарова она существенно больше – до 150 км.