Нанкайский желоб

Расположение Нанкайского желоба

Нанкайский желоб ( 南海トラフ , Нанкай Торафу , Южный морской желоб) — подводный желоб, расположенный к югу от Нанкайдо региона японского острова Хонсю , простирающийся примерно на 900 км (559 миль) от берега. Основной разлом , Нанкайский меганадвиг, является источником разрушительных Нанкайских меганадвиговых землетрясений , в то время как сам желоб потенциально является основным источником углеводородного топлива в форме клатрата метана .

В тектонике плит Нанкайский прогиб отмечает зону субдукции , вызванную субдукцией плиты Филиппинского моря под Японию, часть Евразийской плиты (Канда и др., 2004). Эта граница плиты могла бы представлять собой океанический желоб, если бы не сильный поток отложений, заполняющих желоб. Внутри Нанкайского прогиба находится большое количество деформированных желобных отложений (Ike, 2004), что представляет собой один из лучших примеров аккреционной призмы на Земле . Кроме того, исследования сейсмических отражений выявили наличие поднятий фундамента, которые интерпретируются как подводные горы, покрытые отложениями (Ike, 2004). Северная часть желоба известна как желоб Суруга , а на востоке — желоб Сагами . Нанкайский прогиб проходит примерно параллельно Срединной тектонической линии Японии .

Скорость тектонического движения

Подводные географические особенности западной части Тихого океана

Традиционные геологические оценки скоростей движения плит в Нанкайском прогибе затруднены, поскольку здесь нет расширяющихся хребтов, ограничивающих тектоническую плиту . Этой области не было в первоначальных моделях NUVEL (DeMets et al., 1990). Однако более позднее исследование, включавшее плиту Филиппинского моря, было основано на данных модели NUVEL-1A (Zang et al., 2002). По оценкам этого исследования, скорость субдукции в Нанкайском прогибе составляет около 43 мм/год. Расчеты на основе REVEL показывают, что в траншеи не накапливается напряжение. По расчетам, скорость перемещения находится в диапазоне от 3,0 ± 1,8 мм/год до 11,1 ± 1,7 мм/год (Sella et al., 2002). Как упоминалось ранее, модель движения плит NUVEL-1A не включает плиту Филиппинского моря. Это связано с тем, что в математике этой модели использовалось только двенадцать плит, а Филиппинское море и сходящаяся окраина Евразии не были включены. Однако, используя движение плит от Евразии до Северной Америки, оценка скорости составила 2–4 мм/год (DeMets et al., 1990). Это не соответствует модели REVEL и, по-видимому, указывает на то, что модель NUVEL-1A может нуждаться в дальнейшем пересмотре.

Седиментология

Отложения в прогибе представлены преимущественно желобо -клиновыми турбидитами (Spinelli et al., 2007). Имеются признаки увеличения сохранения пористости внутри породы. Обычно пористость уменьшается с увеличением глубины. Однако на буровой площадке 1173 наблюдается аномальное сохранение пористости на глубине. Это объясняется постседиментационной цементацией опала, которая сохраняет пористость (Spinelli et al., 2007). Обломочные глины, в основном смектиты , менялись во времени и в местоположении в Нанкайском желобе, а также в бассейне Сикоку. На глубине наблюдается увеличение содержания смектитовой глины в отложениях, что позволяет предположить, что произошли изменения в материнской породе отложений (Steurer et al., 2003). Кроме того, происходит геотермальное изменение смектита, превращающее его в иллитовую глину (Steurer et al., 2003).

Тектоническая структура

Нанкайский прогиб активно деформируется и представляет собой регион сейсмической активности. Деформация сконцентрирована во внешней черепичной зоне, при этом значительная часть «непоследовательных» надвигов происходит в направлении к суше. На основе работы Оперто и др., 2006 г., с помощью полноволновой томографии было идентифицировано несколько областей интенсивной тектонической активности в Нанкайском прогибе. Верхняя часть верхней аккреционной призмы и нижележащий ограничитель обратного хода в настоящее время испытывают большое сжимающее давление. Несколько надвигов были выявлены Operato et al., 2006, из которых активными являются надвиги, ближайшие к зоне субдукции. Кроме того, Пизани и др., 2006, идентифицировали протонадвиги и поверхности деколлемента вдоль Нанкайского прогиба. В последнее время возрос интерес к выделению воды из иллитовых глин в погружающихся осадках. Превращение смектита в иллит (иллитизация) в зонах субдукции, вероятно, обусловлено более высокой температурой, наблюдаемой в зоне субдукции, в отличие от непогружающихся отложений (Saffer et al., 2005). Экспедиция IODP 370 будет стремиться найти температурный предел самой глубокой жизни на Земле путем бурения в Нанкайском желобе, где тепловой поток особенно высок вблизи его границы с погружающейся молодой горячей тектонической плитой Филиппинского моря. На целевом участке геотермический градиент примерно в четыре раза круче, чем в других местах Тихого океана. Достижение температуры примерно 130 °C в других районах потребует сбора кернов примерно на 4 км ниже морского дна, а не на глубине 1,2 км, как планировала 370-я экспедиция. В конце концов, экспедиция IODP 370 достигла температуры ~ 120 ° C на глубине 1,2 километра ниже морского дна. с минеральными данными, показывающими, что существуют локализованные глубины со значительно более высокими температурами из-за горячих жидкостей.

Сейсмичность

Глубина очагов землетрясений в поперечном сечении, изменено по данным Обаны и др., 2002 г.

Нанкайский прогиб представляет собой приповерхностное продолжение зоны активной сейсмичности, которая погружается под юго-запад Японии. Зона разрыва была разделена на пять областей в соответствии с сейсмическим моделированием (Mitsui et al., 2004). Эти пять подразделений демонстрируют интересные различия в поведении землетрясений : частота землетрясений варьируется в 90-150-летнем цикле (Mitsui, et al., 2004; Tanioka et al., 2004), одинаковые проявления сдвигов вдоль сегментов разломов, порядок разломы подразделений и, наконец, различные особенности отказов. Гидрологические обсерватории были размещены в скважинах, пробуренных в 2000 году ( участки IODP 808 и 1173), с целью количественной оценки изменений давления поровой жидкости, которые являются результатом приближающегося движения плиты Филиппинского моря (Davis et al., 2006). Участок 808 расположен в передней части главного надвига, а участок 1173 — примерно в 11 км от зоны фронтального надвига (Hitoshi et al., 2006). Другими интересными результатами измерений давления были изменения давления, вызванные деформацией отложений вблизи скважин и эффектом очень слабых групп землетрясений во время изменений давления (Davis et al., 2006). Рабочая гипотеза состоит в том, что изменения давления указывают на изменение упругой деформации внутри пласта (Дэвис и др., 2006).

Изменение давления в сторону моря, измеренное скважинными приборами, вероятно, указывает на релаксацию отложений после предыдущего сильного надвигового землетрясения. Более того, краткосрочная сейсмичность, по-видимому, в некоторой степени зависит от батиметрических максимумов, таких как подводные горы. К такому выводу пришли Канда и др., 2004 г., посредством инверсионного анализа сейсмических данных. Исторически последнее крупномасштабное землетрясение, произошедшее в Нанкайском желобе, произошло в 1944 году у полуострова Кии . С помощью недавних исследований сейсмографа дна океана было установлено, что большая часть сейсмичности возникает вблизи оси желоба (Обана и др., 2006). В западной части Нанкайского прогиба сейсмичность, по-видимому, связана с нарушениями в структуре земной коры, такими как трещины, образовавшиеся на субдуцированном морском дне, включая кору задугового бассейна бассейна Сикоку , а также из-за серпентизации самой верхней мантии под перекрывающей плитой. (Обана и др., 2006). Недавние крупномасштабные землетрясения, возникшие в результате субдукции вдоль Нанкайского прогиба, произошли в областях крупномасштабного увеличения угла падения погружающейся плиты (Hori et al., 2004).

Нефтяное значение

Распределение выявленных местоположений газовых гидратов показано зеленым цветом, а расположение выбранных зон субдукции - красными линиями, модификация по данным Collet, 2002.

Буровые керны с обращенной к морю окраины Нанкайского прогиба (где тепловой поток является одним из самых высоких в регионе) показывают, что отложения там достигают температурной зрелости только от преднефтяного окна до раннего нефтяного окна. Однако желоб потенциально является основным источником углеводородного топлива в форме клатрата метана. Тем не менее по состоянию на 2014 г. коммерческой эксплуатации нет.

На глубине океанского дна в некоторых случаях вода может образовывать ледоподобную твердую структуру, в кристаллической решетке которой находится метан, образующий газовые гидраты . Источником воды для образования газовых гидратов часто является обезвоживание погружающейся плиты, а также перекрывающей плиты (Мурамацу и др., 2006). Источником газовых гидратов, ближайших к впадине, по-видимому, является главным образом обезвоживание, связанное с субдукцией, в то время как по мере удаления от впадины источник происхождения в большей степени является результатом латерального перемещения вод, обогащенных метаном (Muramatsu et al., 2006). Это было установлено путем бурения серии скважин и измерения концентрации, а также радиометрического определения возраста галогенных элементов йода, брома и хлора (Томару и др., 2007). Определение возраста йода указало на наличие нескольких источников метана.

Было подсчитано, что конвергентные окраины могут содержать до двух третей общего объема газогидратов на Земле (Кастнер, 2001). Нанкайский прогиб описывается как содержащий большое количество газовых гидратов и является одним из наиболее изученных участков газогидратных формаций (Collett, 2002; Saito et al., 2007). Информация о газовых гидратах в Нанкайском желобе была первоначально опубликована в 2000 году Японской национальной нефтяной корпорацией. Данные в пресс-релизе взяты из серии скважин, пробуренных в конце 1990-х годов. В этом районе основным седиментологическим контролем накопления газовых гидратов являются богатые песком участки прогиба (Collett, 2002). Керн скважины указывает на наличие как минимум трех газогидратных зон. Красон, 1994 г., подсчитал, что их число составляет от 0,42 до 4,2×10. ¹² кубометров метана в газовых гидратах. С сейсмической точки зрения, высокие придонные отражатели, имитирующие отражатели, считаются индикаторами газовых гидратов (Колвелл и др., 2004). Горизонты, богатые метаном, были идентифицированы как области более высокого затухания звуковых частот (от 10 до 20 кГц) и лишь незначительного затухания сейсмических частот (от 30 до 110 Гц) (Мацушима, 2006).

Термальная история

Нанкайский аккреционный комплекс представляет собой территорию с высоким тепловым потоком. Его термическая история сложна из-за многочисленных нагреваний или изменений свойств. Экспедиции IODP пробурили аккреционный комплекс Нанкайского прогиба и выявили термическую историю с помощью анализа керна. Первоначально этот район представлял собой бассейн (бассейн Сикоку) с активной гидротермальной деятельностью во время его формирования. Когда формирование бассейнов прекратилось и началось осаждение, отложения действовали как одеяло, удерживая тепло внизу. Быстрое осаждение привело к большему сохранению тепла. Также существовал подземный поток флюидов, температура которых была намного выше современной температуры отложений. что повлияло на минерализацию и, возможно, на физические и биологические свойства региона.

См. также

• Месторождение газогидратов Нанкайского желоба
• Субдукция

Ссылки

• Баба, Т., Камминс, П.Р., 2005, Смежная область разрыва двух землетрясений в Нанкайском желобе, обнаруженная с помощью инверсии формы волны цунами с высоким разрешением, Письма о геофизических исследованиях , т. 32, doi:1029/2004GL022320.
• Коллетт, Т.С., 2002, Потенциал энергетических ресурсов гидратов природного газа, Бюллетень AAPG, т. 86, стр. 1971–92.
• Колвелл Ф., Мацумото Р., Рид Д., 2004, Обзор газовых гидратов, геологии и биологии Нанкайского прогиба, Химическая геология, т. 205, стр. 391–404.
• Дэвис Э., Беккер К., Ван К., Обара К., Ито Ю., Киношита М., 2006, Дискретный эпизод сейсмической и асейсмической деформации аккреционной призмы зоны субдукции Нанкайского прогиба и входящей Пластина Филиппинского моря, Письмо о Земле и планетарной науке 242, стр. 73–84.
• ДеМец К., Гордон Р., Аргус Д., Стейн С., 1990, Текущие движения плит, Geophysical Journal International , т. 101, стр. 425–478.
• Деметс, К., Гордон, Р., А.Ргус, Д., Стайн, С., 1994, Влияние недавних изменений шкалы времени геомагнитного разворота на оценки текущего движения плит, Geophysical Research Letters, т. 21, n. 20 стр. 2191–2194.
• Хори Т., Като Н., Хирахара К., Баба Т., Кенеда Ю., 2004, Численное моделирование циклов землетрясений вдоль желоба Накаи на юго-западе Японии: латеральные изменения фрикционных свойств из-за плиты геометрия контролирует положение нуклеации, Earth and Planetary Science Letter, т. 22, стр. 215–226.
• Кастнер, 2001, Газовые гидраты на конвергентных окраинах: образование, распространение, геохимия и глобальное значение. Гидраты природного газа: появление, распространение и обнаружение. Геофизическая монография, вып. 124. Американский геофизический союз, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 67–86.
• Красон, 1994, Исследование 21 морского бассейна указывает на широкое распространение гидратов, Море, август, стр. 34–35.
• Айк Т., Мор Г., Окано Т., Курамото С., Тайра А., Изменения топографии фундамента и толщины отложений по простиранию в северной части бассейна Сикоку: переменные воздействия на сейсмогенную зону Нанкайского прогиба, EOS Транзакция, Американский геофизический союз, том. 85, Дополнения к осенним собраниям.
• Кацусиса К., Масаюки Т., 2004, Зоны короткопериодной сейсмической радиации меганадвигового разлома вдоль Нанкайского прогиба, Прогиб, выведенный на основе инверсионного анализа данных сейсмической интенсивности, Журнал Сейсмологического общества Японии, т. 57, вып. 2, стр. 153–177.
• Мацусима, Дж., 2006, Затухание сейсмических волн в отложениях, содержащих гидрат метана: данные вертикального сейсмического профилирования из разведочной скважины Нанкайского желоба, шельф Токай, центральная Япония, Журнал геофизических исследований , т. 111, B10101, два : 10.1029/2005JB004031
• Хитоши М., Масонори И., Таданор Г., Такафу К., 2006, Текущий статус исследований и значение мониторинга давления жидкости в Нанкайском желобе, Географический журнал, т. 115, н. 3, стр. 367–382.
• Мицуи Н., Хирахара К., 2004, Простая весенне-массовая модель моделирования цикла землетрясений вдоль Нанкайского желоба на юго-западе Японии, Pure Applied Geophysicals, т. 161, стр. 243302450.
• Мурамацу Ю., Дои Т., Томару Х., Фен У., Такеучи Р., Мацумоте Р., 2006, Концентрации гологенов в поровых водах и отложениях Нанкайского желоба, Япония: последствия для Происхождение газовых гидратов, Прикладная геохимия, т. 22, стр. 534–556.
• Обана К., Кодайра С., Кенеда Ю., 2005, Сейсмичность надвигающейся/погруженной плиты Филиппинского моря у полуострова Кии, центральный Нанкайский прогиб, Журнал геофизических исследований, т. 110, два : 10.1029/2004JB003487 .
• Обана К., Кодайра С., Канеда Ю., 2006, Сейсмичность, связанная с неоднородной структурой вдоль западной части Нанкайского прогиба у острова Сикоку, Письма о геофизических исследованиях, дои : 10.1029/2006GL028179 .
• Оперто, С., Вирье, Дж., Десса, Дж., Паскаль, Г., 2006, Сейсмические изображения земной коры на основе многократных данных донного сейсмометра с помощью полноволновой томографии в частотной области: применение к восточной части Нанкайского прогиба, Журнал геофизических исследований, т. 111, номер документа: 1029/2005/B003835.
• Пизани П., Решеф М., Мур Г., 2005, Целевые трехмерные изображения глубины до суммирования на буровых площадках Legs 190-196 ODP (Нанкайский желоб, Япония), Письма о геофизических исследованиях , т. 32, doi: 10 ,1029/2005GL024191.
• Саффер Д., Андервуд М., Маккирнан А., 2005, Преобразование смектитов в Нанкайском прогибе: влияние на механику и гидрогеологию зоны субдукции, Документ, № 245-10, Ежегодное собрание в Солт-Лейк-Сити, 2005 г.
• Сайто, Х., Сузуки, Н., 2007, Органическое вещество Terrestria, контролирующее образование газовых гидратов в аккреционной призме Нанкайского желоба, шельф Сикоку, Япония, Журнал геохимических исследований, т. 95, стр. 88–100.
• Селла, Г., Диксон, Т., Мао, А., 2002, REVEL: Модель современных скоростей плит по данным космической геодезии, Журнал геофизических исследований, т. 107, н. В4, два : 10.1029/2000JB000333 .
• Спинелли, Г., Мозли, П., Тобин, Х., Хоффман, Н., Беллью, Г., 2007, Диагенезис, прочность отложений и коллапс пор в отложениях, приближающихся к зоне субдукции Нанкайского желоба, Бюллетень GSA, т. 119 , стр. 377–390.
• Стерер Дж., Андервуд М., 2003, Глинистая минералогия аргиллита из эталонных участков Нанкайского прогиба 1173 и 1177 и участка фронтальной аккреционной призмы 1174, Ms 190SR-211, http://www-odp.tamu.edu/publications/ 190196SR/211/211_.htm
• Такахаши, Н., Кодайра, С., Парк, Дж., Дейболд, Дж., 2003, Неоднородная структура западной Нанкайской сейсмогенной зоны, выведенная на основе данных многоканальных отражений и широкоугольных сейсмических данных, Тектонофизика , т. 364, стр. 167 –190.
• Таниока, Ю., Кусуносе, Т., Бабу, Т., Хасекава, Ю., 2004 г., Большое землетрясение вдоль Нанкайской впадины, землетрясение Тананкай 1944 г. (Mw 8,0) и два землетрясения Тонанкай-Оки 2004 г. (Mw 7,2 и 7,4) , Транзакции EOS , AGU, v. 85.
• 2007, Возрастные изменения содержания йода в поровых водах в восточной части Нанкайского прогиба, Япония: данные о различных источниках метана в большом месторождении газовых гидратов, Геология, т. 2007. 35, нет. 11, с. 1015–1018.
• Вольти, Т., Канеда, Ю., Зацепин, С., Крампин, С., 2005, Аномальная пространственная картина распространения поперечных волн, наблюдаемая в данных океанской сейсморазведки над погружающейся подводной горой в Нанкайском желобе, Geophysical Journal International, т. 163, стр. 252–264.
• Чжао С., Ву X., Хори Т., Смит А., Канеда А., Такемото С., 2003, Деформация и локализация напряжений в зоне субдукции Нанкай, юго-запад Японии, Письма о Земле и планетологии. , т. 206, стр. 145–160.
• Занг С., Чен К., Нин Дж., Шен З., Лю Ю., 2002, Движение плиты Филиппинского моря в соответствии с моделью NUVEL-1A, Geophyiscal Journal International, v. 150, с. 809–819.