Сейсмічні хвилі показали складну деформацію мантії під Центральною Індією

21 жовтня 2026 р. 11:01

21 жовтня 2026 р. 11:01

Аналіз сейсмічних даних під Центральноіндійською тектонічною зоною показав, що верхня мантія тут деформована неоднорідно і зберігає сліди як сучасного руху Індійської плити, так і давньої тектонічної історії. Про це йдеться в дослідженні, короткий виклад якого опубліковано на ресурсі Scienmag .

Як вимірювали деформацію мантії

Команда вчених дослідила 129 надійних вимірювань розщеплення зсувних хвиль SKS і SKKS, зареєстрованих дев’ятьма тимчасовими широкосмуговими сейсмічними станціями в районі басейну Сатпура Гондвана та прилеглих територій. Станції працювали у трьох етапах між липнем 2023 та липнем 2025 року, тимчасово ущільнивши мережу спостережень у регіоні, де раніше таких досліджень було мало.

Дослідники відібрали 424 телесейсмічні землетруси магнітудою понад 5,5. Для хвиль SKS розглядалися епіцентральні відстані 84–145 градусів, для SKKS — 84–180 градусів. Після обробки та контролю якості залишилося 82 вимірювання розщеплення SKS, 47 SKKS від 87 землетрусів, а також шість «нульових» спостережень, де розщеплення не було виявлено.

Коли хвиля SKS або SKKS проходить крізь анізотропне середовище, вона розділяється на швидку та повільну компоненти з взаємно перпендикулярною поляризацією. Напрямок швидкої поляризації відображає переважний напрям поширення, а затримка в часі між компонентами характеризує сумарну «силу» анізотропії вздовж шляху хвилі біля приймача.

Щоб визначити параметри розщеплення, команда застосувала метод мінімізації енергії на поперечній компоненті, підбираючи орієнтацію та часову затримку, за яких поперечна енергія після корекції мінімальна. Незалежною перевіркою слугував метод кореляції обертань, а поляризаційні діаграми використовували для контролю орієнтації станцій.

Що показали напрямки і затримки хвиль

Середні по станціях затримки між швидкою та повільною хвилями становили від 0,74 до 1,40 секунди . Це значення суттєво перевищує типові внески лише від земної кори, товщина якої в регіоні близько 40 км (із локальним потовщенням у зоні палеорифту Нармада). На думку авторів, навіть найменше середнє значення 0,76 секунди на станції SG02 перевищує очікуваний коровий внесок, що вказує на домінуюче джерело анізотропії у верхній мантії.

Напрямки швидкої поляризації на станціях змінювалися в діапазоні 24,84–70,88 градуса і переважно були орієнтовані у напрямку північний схід — південний захід. У цілому вони добре узгоджуються з абсолютним напрямком руху Індійської плити (близько 48 градусів), але на кількох станціях зафіксовано значні відхилення.

П’ять із дев’яти станцій демонструють різницю з напрямком руху плити більш ніж на 10 градусів: відхилення досягають 26 градусів на SG06, 19 градусів на SG03, 16 градусів на SG04 і 12 градусів на SG08, причому середній швидкий напрям на SG03 сягає 70,88 градуса. Це свідчить, що анізотропію не можна пояснити лише сучасним мантійним потоком, пов’язаним з рухом плити.

Глибина анізотропії та роль давньої тектоніки

Щоб оцінити глибину, на якій зосереджена основна анізотропія, дослідники застосували аналіз просторової узгодженості за точками проходження променів (ray-piercing-point). Оскільки фази SK(K)S підходять до станцій під крутими кутами, їхні вимірювання мають слабку природну глибинну роздільну здатність. Тому було розраховано, де промені перетинають уявні горизонти від поверхні до 400 км.

Показник варіації різко зменшувався до широкого мінімуму на глибинах приблизно 200–250 км , а далі вирівнювався. Такий характер отримано для блоків просторового усереднення 0,30 і 0,35 градуса. Автори наголошують, що 200–250 км — це радше «перспективна середня глибина», а не чітка межа, оскільки чутливість методу зменшується зі збільшенням розходження точок проходження променів на більших глибинах.

Такий інтервал глибин більше відповідає астеносферному мантійному потоку як головному джерелу розщеплення, а не лише коровій анізотропії чи «замороженій» структурі, обмеженій літосферою. Водночас дослідники вважають, що частина сигналу може бути успадкована від Мезопротерозойської конвергенції та колізії в межах Центральноіндійської тектонічної зони, а також модифікована нерівномірною межею літосфера–астеносфера під Центральною Індією.

Центральноіндійська тектонічна зона — це мезопротерозойський шов, який позначає зіткнення північного кратону Бунделкханд із кратоном Бастар, а також кратоном Дхарвар і Сінгхбхум на півдні. Геометрія цієї конвергенції досі дискутується: пропонувалися моделі північного або південного піднадвигу, двосторонньої субдукції та зміни полярності субдукції. Нові сейсмічні дані задають важливі обмеження, але не дають однозначної відповіді щодо цих сценаріїв.

Обмеження даних і локальні особливості

Більшість землетрусів, використаних у роботі, надходили з вузького діапазону зворотних азимутів — 90–120 градусів . Така геометрія обмежує можливість розрізнити кілька анізотропних шарів і побудувати двошарову модель, яка потребує чіткої 90-градусної періодичності параметрів розщеплення в широкому діапазоні азимутів. Через це автори не намагалися жорстко прив’язувати окремі напрямки та затримки до конкретних шарів, а трактують результати як свідчення просторово змінної, ймовірно багатошарової анізотропії.

Обмежене азимутальне покриття також не дозволяє однозначно інтерпретувати шість «нульових» вимірювань. Вони можуть відображати як відсутність ефективної анізотропії, так і складну багатошарову структуру або початкову поляризацію, співпадаючу з однією з осей анізотропії.

Станції з невеликими середніми затримками (менше 1 секунди) — SG02, SG06, SG07 і SG09 — дають додаткові підказки. SG02, де зафіксовано чотири нульові спостереження, розташована в регіоні Нармада–Тапті, де крейдові дайки свідчать про магматичну активність. SG09 із двома нульовими вимірюваннями знаходиться поблизу Деканської вулканічної провінції, що також зазнала інтенсивного крейдово–палеогенового магматизму.

Автори припускають, що зменшене розщеплення може відображати модифікацію або «перезапис» давньої мантійної структури тепловими та деформаційними процесами, пов’язаними з плюмами. Водночас вони підкреслюють, що проста просторово-геологічна близькість не доводить причинно-наслідкового зв’язку чи прямого внеску неглибоких дайок.

На станції SG08, розташованій поблизу субширотної (схід–захід) зони розлому Тапті, напрямок швидкої поляризації паралельний розлому. Це узгоджується з інтерпретацією розлому як глибинної літосферної слабкої зони, яка може простягатися в мантію та впливати на деформацію там, хоча сейсмічні спостереження не дають прямого зображення його геометрії.

Загальна картина деформації мантії

У підсумку дослідження показує, що верхня мантія під Центральною Індією зберігає комбінований сигнал кількох процесів:

• переважний північний схід — південний західний астеносферний потік, пов’язаний із сучасним рухом Індійської плити;
• успадковану Мезопротерозойську орогенну структуру в межах Центральноіндійської тектонічної зони;
• вплив глибинних розломів, зокрема зони Тапті;
• можливе «перезаписування» мантійної тканини плюмами в районах крейдового та палеогенового магматизму.

Отримані результати не підтверджують і не спростовують однозначно гіпотези про відрив плити (slab breakoff) чи зміну полярності субдукції. Для перевірки таких глибших тектонічних моделей, за словами авторів, потрібні додаткові методи — томографія, картування інтенсивності розщеплення та аналіз приймальних функцій.

Наука