Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных Селеменев Сергей Иванович

Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных
<
Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Селеменев Сергей Иванович. Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.10.- Москва, 2006.- 185 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-4/111

Содержание к диссертации

Введение

1. Существующие представления о тектоническом строении земной коры центральной части русской плиты 10

1.1 Краткая характеристика структурного плана центра Русской плиты 11

1.2 Геолого-геофизическая изученность региона 13

1.3 Существующие представления и гипотезы о строении складчатого основания и осадочного чехла 26

2. Вопросы методики анализа потенциальных полей и синтеза геологических результатов 30

2.1 Роль потенциальных полей при изучении фундамента платформенных областей. 30

2.2 Методика построения сейсмо-гравитационных разрезов. 32

2.3 Принципы районирования геофизических полей и изучение разломно-блоковых характеристик разреза в условиях Русской плиты. 46

3. Результаты интерпретации геолого-геофизических материалов 59

3.1 Глубинное строение и вещественный состав земной коры.

3.1.1 Сейсмо-гравитационное моделирование литосферы Балтийского щита и Московской сипеклизы по профилю ГСЗ 1-ЕВ.

3.1.2 Сейсмо-гравитационное моделирование земной коры центральной части Московской сипеклизы по профилям КМПВ 83

Профиль Нерехта-Коза Профгшь Кубенка-Кузнецово Профиль 15 Профгшь 13

3.1.3 Сейсмо-гравитационное моделирование литосферы Московской синеклизы по профилям МГЗ «Рифей». 110

3.1.4 Структура земной коры по материалам сейсмических исследований и аномальных полей Волго-Камского мегаблока. 122

3.1.5 Сейсмо-гравитационное моделирование по профилю ГСЗ Редкино-Пестово. 128

3.1.6 Сейсмо-гравитационное моделирование по профилям ГСЗ Тула-Инсар и Кумпянск-Кинешма. 134

3.1.7 Схема областей распространения аномальной (измененной) коры Московской синеклизы 138

3.2 Аномальные гравитационные эффекты объемной модели земной коры и верхней мантии центральной части Русской плиты 142

3.2.1 Гравитационные эффекты осадочного чехла 142

3.2.2 Гравитационные эффекты верхней мантии и средних горизонтов коры 144

3.2.3 Остаточные аномалии силы тяжести 147

3.3 Новые факты об этапности развития структур фундамента региона по данным аномальных полей. 151

3.3.1 Структура фундамента северного окончания зоны КМА и Рязано-Саратовского авлакогена. 151

3.3.2 Продолжение структур фундамента Московской синеклизы в Белорусско-Прибалтийском регионе. 153

3.3.3 Этапы активизации коры центральной части Русской плиты и последовательность развития рифтогенных структур разных простираний

3.4 Разломно-блоковая схема строения фундамента центра Русской плиты. 158

4. Модель образования среднерусской зоны рифтинга в рифейское время 161

5. Гипотеза пространственно-временной последовательности тектонических событий на русской плите 161

Заключение. 169

Список литературы 170

Введение к работе

Центральная часть Русской платформы, несмотря на свое оптимальное географическое положение, относится к числу регионов с относительно низкой геолого-геофизической изученностью. Это проявлено в первую очередь в низкой плотности скважин достигших фундамента, отсутствии детальных съемок потенциальных полей, крайне редкой сети глубинных сейсмических профилей. Если проблемы строения осадочного чехла региона постоянно привлекали внимание исследователей, то проблемы строения кристаллического фундамента практически не решены. В современной истории изучения Московской синеклизы выделяется два этапа и оба связаны с решением вопросов нефтегазоносное региона. Первый этап относится к 60-70-ым годам прошлого столетия и направлен на выяснение перспективности структур осадочного чехла в местах его наибольшего погружения. Второй, современный этап имеет своей основной целью изучение перспектив нефтегазоносности рифейских отложений фундамента. Основанием для постановки настоящей диссертационной работы явилось с одной стороны накопление глубинных сейсмических материалов, а с другой стороны появление новой программной продукции обработки и интерпретации геофизических данных, что позволило провести обобщение материалов и их иереинтерпретацию на новой основе. Исследования этой работы направлены на выяснение разломно-блокового строения земной коры центральной части Русской плиты и ее структур - древних рифтогенных прогибов (авлакогеиов). Дополнительным и необходимым результатом явилось и выяснение характера строения земной коры регионов, прилегающих к области присутствия древних рифтогенных структур.

Актуальность изучения кристаллического основания Русской плиты определяется в первую очередь фундаментальными проблемами, вытекающими из изучения докембрийской тектоники, механизма и последовательности формирования континентальной коры древних платформ. Тема также связана с постановкой ряда практических задач, направленных на прогноз нефтегазоперспективных зон, прогноз размещения рудных и алмазоносных провинций, контролируемых тектоническими зонами консолидированной коры. Очевидность вышесказанного видимо лежит в основе новой волны геолого- геофизических исследований в центральных районах Русской платформы, проводимых в последнее десятилетие.

Целью работы является изучение разломно-блокового строения консолидированной коры центральной части Восточно-Европейской платформы, и па этой основе с привлечением комплекса геофизических данных восстановление геодинамической обстановки, существовавшей при формировании системы рифтогенных структур в рифейское время.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: сбор и обобщение геологической и геофизической информации; переиитерпретация потенциальных полей региона в комплексе с данными глубинной сейсморазведки для выделения аномальных неоднородностей и распределения разломных структур в консолидированной коре Восточно-Европейской платформы (ВЕП); синтез структурно-вещественных моделей строения консолидированной коры и формирование на их основе тектонической концепции пространственно-временного развития региона.

В ходе решения этих геологических задач необходимо было решить и ряд методических задач. Среди них были:

4. обобщение богатейшего отечественного опыта по трансформациям и анализу потенциальных полей, разработанных 60-80-е гг. при решении нефтяных задач. Необходимо было применить этот методический опыт к специфике изучения неоднородностей консолидированной коры платформенных областей; обобщение возможностей метода однородных функций (автор В.Б. Пийп) и методики подбора плотностного разреза для построения комплексных сейсмо-гравитационных разрезов на древней изостатически скомпенсированной коре; провести теоретические и численные модельные исследования с целью разработки механизма формирования рифтогенных зон па континентальной коре.

В диссертационной работе получены результаты, часть из которых выносится на защиту: показано, что в условиях мощной древней (и практически изостатически скомпенсированной) континентальной коры прямое выделение в потенциальных полях эффектов глубинных структурных неоднородностей затруднительно. Эти эффекты весьма слабы по сравнению с эффектами от вышележащих горизонтов первых 10-15 км разреза. Показано, что выделение глубинной составляющей потенциальных полей возможно только с привлечением дополнительной априорной информации, среди которой в первую очередь необходимы материалы глубинной сейсморазведки; сделана комплексная сейсмо-гравитациониая интерпретация материалов вдоль 10-ти сейсмических профилей по важнейшим пересечениям центра Русской платформы, характеризующих глубинное строение региона. В рамках этого моделирования также построены среднемасштабные комплексные сейсмо-грави-магнитные разрезы Крестцовского грабена, Любимского и Галичского грабенов; построена принципиальная модель строения нижних и средних горизонтов консолидированной коры в диапазоне глубин 20 - 50км; построена схема разломно-блокового строения верхних горизонтов коры центральной части Русской платформы, увязанная с аналогичными схемами сопредельных территорий, в том числе по Белорусско-Прибалтийскому региону (Р.Г. Гарецкий, Г.И. Каратаев и др.); предложена механическая ( выдвинута гипотеза направленности тектонических движений на ВЕП, предшествующих рифейскому времени.

Научная новизна

1. Созданы комплексные сейсмо-гравитационные и сейсмо-грави-магпитпые модели строения земной коры центра Русской плиты по 10-ти опорным профилям ГСЗ и КМПВ.

2. Представлена новая схема разломно-блокового строения консолидиро ванного фундамента Московской синеклизы, согласованная с одноименными тектоническими лииеаментами сопредельных территорий Русской платформы.

3. Получены новые данные о глубинном строении консолидированной коры региона. Предложена новая модель формирования рифтовых зон Московской синеклизы в рифейское время.

Практическая ценность. Представленная схема разломно-блокового строения кристаллической коры и выдвинутая гипотеза о пространственно-временной последовательности докембрийских событий на ВЕП могут быть использованы в широком спектре новых геолого-геофизических исследований, направленных на прогноз структур верхней части фундамента, перспективных на жидкие и твердые полезные ископаемые.

Методические результаты работы, полученные по Русской плите, могут быть использованы в постановке аналогичных работ на других платформенных территориях.

Фактический материал. В работе использованы электронные и печатные геофизические материалы из банка данных лаборатории гравиметрии и магнитометрии отделения геофизики МГУ. Использованы Государственные карты потенциальных полей масштабов 1:200000 и 1:1000000, и скважинные данные на изучаемый регион. Особое место в фактическом материале заняли данные профильных съемок ГСЗ и КМПВ в современной интерпретации, выполненной па кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ (Пийп В.Б.). В работе также использованы опубликованные материалы глубинных исследований по центру Русской плиты, выполненных Центром ГЕОН им. В.В. Федынского, ВНИИГеофизика, ООО «Северо-Запад» и другими организациями. Топографические данные по изучаемой территории исследований были взяты из открытых источников Интернета.

Апробации работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях (Семинар им. Д.Г. Успенского, Пермь, 2005, SEG, Москва, 2003), российских геолого-геофизических конференциях (5-е, 6-е, 7-е Геофизические Чтения имени В.В. Федынского, Москва, 2003, 2004, 2005, 2006), молодежных научных конференциях ("Ломоносов", Москва, 2003, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, 1 работа находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 185 страниц текста, 67 рисунков. Список литературы составляет 183 наименования.

Благодарности. Автор считает своим долгом выразить благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору В.Р. Мелихову за его требовательное отношение к аспиранту, всестороннюю поддержку и помощь в постановке задачи и ее выполнении.

Автор искренне признателен доктору физико-математических наук А.А. Булычеву, докторам геолого-мипералогических наук В.К. Хмелевскому, А.Г. Гайнанову, кандидату физико-математических наук К.В. Кривошее за доброжелательное отношение и проявленное внимание. Важную роль в улучшении работы сыграли консультации, критические замечания и помощь научного сотрудника Д.А. Гилод, доцента Л.А. Золотой, за что автор приносит им искреннюю признательность. Отдельное спасибо ассистенту И.В. Лыгину за поддержку и содержательную критику.

Автор благодарен своим родителям за помощь и поддержку на протяжении всего времени работы.

Геолого-геофизическая изученность региона

Потенциальные поля играли и играют до нашего времени ключевую роль в изучении и понимании тектонического центральных районов Русской платформы. Начало первых гравиметрических исследований на Русской плите относится к 1848 году, когда Б.Я. Швейцером и Ф.А. Слудским были произведены первые измерения уклонения отвеса в районе г. Москва. Позднее в 1893 Ф.А. Слудский провел уникальные для того времени расчеты, оценив глубины ( 2.2 км) залегания разуплотнений в земной коре в районе Московской линейной зоны минимумов силы тяжести {Слудский Ф.А.,1893). И если в то время геологические исследования верхних комплексов чехла уже набирали ход, то продолжение работ, направленных па изучение структур фундамента и докембрийского осадочного чехла некоторое время сдерживалось отсутствием съемок силы тяжести, магнитного поля и данных глубокого бурения.

Объем знаний о строении земной коры ВЕП стал быстро расти появлением первых региональных съемок в 20-х годах прошлого века. Первые результаты тектонического анализа аномальных гравитационного и магнитного полей (Архангельский АД., 1937) привели А.Д. Архангельского к ряду важных выводов о строении Русской платформы и об особенностях складчатых областей. Им были отмечены резкие различия характера аномальных полей в молодых и древних складчатых зонах по обобщенным материалам съемок, что стало основой для выделения границ крупнейших структур плиты и создания первых обобщающих схем {Архангельский А.Д., 1941). Эти работы показали принципиальную роль потенциальных полей в тектоническом районировании фундамента платформы.

Начало эпохи интенсивного изучения земной коры Русской плиты связано с широким охватом региона исследованиями. В 50-х и начале 60-х гг. конторами «Спецгеофизика», «ВНИИГеофизика», Западный геофизический трест, а также трестами «Геофизуглеразведка», «Моснефтегеофизика», Ухтинское территориальное управление геофизических работ, ПГО «Центргеология» и другими организациями были проведены площадные гравиметрические работы масштабов 1:200000 и 1:500000 практически по всем районам платформы. Работы были направлены как на изучение глубинного строения в связи с геологическим картированием территории СССР в масштабе 1:200000, так и на выявление перспективных структур для поисков полезных ископаемых. Па перспективных площадях ставились съемки более крупных масштабов (1:50000) с последующим заложением поисковых и параметрических скважин (Даниловская, Гжатская площади, разведываемые зоны КМА и др.). По результатам съемок в 60-70-х годах были изданы листы Гравиметрической карты СССР в редукции Буге масштабов 1:1000000 и 1:200000 с плотностью промежуточного слоя 2.3 г/см3. Проведенные оценки показали, что средняя плотность пород промежуточного слоя варьирует в пределах 2.16-2.40 г/см3 и связанная с отклонением от принятой плотности максимальная ошибка не превышает 1.6 мГал, что было признано удовлетворительным для представленных масштабов Государственных карт (Британишский В.Л., 1963).

С середины 50-х годов началось проведение аэромагнитных региональных съемки АГ всей территории платформы, и к середине 60-х гг. были изданы карты аномального магнитного поля СССР масштабов 1:200000 и 1:1000000. К этому времени появился ряд обобщений методического характера, сыгравших большую роль в развитии интерпретации материалов. В их числе были оригинальные методики комплексного представления потенциальных полей (Борисов А.А., 1948), разложения поля силы тяжести на составляющие, обусловленные влиянием осадочного покрова, фундамента, глубинных факторов (Фотиади А.А., 1958), определения глубин аномалиобразующих магнитных масс (Андреев Б.А., 1955, 1967) и другие, получившие широкое использование в дальнейшем. Были получены первые оценки о небольшой глубинности (0-15 км) масс гравитационно-активного слоя платформы (Неволин Н.В., 1976). Весьма широкое развитие на практике получили методики трансформаций потенциальных полей с целью определения иеоднородностей глубокозалегающего осадочного чехла и фундамента {В.В. Федынский, 1975 и др.), разработанные для нефтегазопоисковых задач. Среди работ широкого круга исследователей, занимавшихся в тот период анализом и интерпретацией данных аэромагнитных и гравиметрических съемок на платформе с целью установления региональных особенностей полей и выделения основных структур фундамента и внесших заметный вклад в этой области, необходимо упомянуть работы Т.Н. Симоненко, М.М. Толстихипой, В.Н. Зандера, Ю.И. Томашунаса, А.Д. Серовой, Е.Ф. Козловой, А.Н. Берковского и других. Отдельно, на взгляд автора, необходимо выделить работы Р.А. Гафарова (1973, 1976) и В.А. Дедеева (1973), обобщивших полученные результаты интерпретации потенциальных нолей и давших им тектоническое истолкование.

Таким образом, изучение разломно-блоковых характеристик консолидированного основания и тектонического строения ВЕП этапа исследований 50-70-х гг. практически полностью основывалось на интерпретации данных потенциальных полей. Па этом богатом материале исследований Ю.Т. Кузьменко (1987) был создан альбом карт: рельефа поверхности фундамента, схемы тектоники кристаллического фундамента центральных районов ВЕП, тектоники центральных районов ВЕП (рис. 1.2.1) и др., обобщивший и увязавший результаты всех имевшихся исследований и интерпретаций по разным структурам. В настоящее время накопление глубинных сейсмических материалов, с одной стороны, и появление новых программных средств, с другой, требуют пересмотра интерпретации потенциальных полей в рамках обобщения комплекса материалов, что предпринято автором в настоящей работе.

Методика построения сейсмо-гравитационных разрезов.

В геолого-геофизических работах на огромных территориях СССР отечественная школа геофизиков-разведчиков всегда придавала особое значение глубинным геофизическим исследованиям земной коры. Выполняемые по каркасной системе профилей и с некоторым опережением они создавали региональную основу для последующих поисково-разведочных работ. Фаворитом была и остается сейсморазведка, поскольку она единственная среди геофизических методов обладает свойством оператора, способного избирательно выделять аномальные объекты разреза - акустически жесткие границы раздела сред. Однако при отсутствии априорной информации об изучаемой физико-геологической модели, интерпретация сейсмических материалов но ряду причин может быть неоднозначной. В связи с этим необходимым условием для подобных геофизических работ является выполнение основного методического принципа -комплексироваиие различных геофизических методов в интерпретации, в создании комплексных моделей среды. Критерием объективности выполненных физико-геологических построений считается непротиворечивость между сейсмической картиной геологического разреза (скорости сейсмических волн, гипсометрии выделенных границ), аномалиями и источниками потенциальных полей - силы тяжести, магнитного поля и электрических полей. При этом надо учитывать, что эта непротиворечивость оценивается в рамках принятой, а чаще (и это намного сложнее) параллельно разрабатываемой геологической гипотезы. Современное состояние и исторические аспекты проблемы

Очевидно, что наибольший интерес всегда вызывало комплексироваиие сейсмических материалов с данными гравиразведки, поскольку близость этих двух геофизических методов по принципиальным геологическим возможностям определяется фундаментальной связью скорости и плотности в горных породах. Однако комплексироваиие этих методов остается до настоящего времени на весьма низком уровне. Более того, катаклизмы 80-90-х годов привели к практическому уничтожению в пашей стране гравиразведки как геофизического метода и в аппаратурном, и в организационно-производственном плане. Возникает вопрос - почему это произошло именно с гравиразведкой, а не, например, с электроразведкой, которая в 70-х годах была теоретически менее развитым методом? Осознание этих причин, на наш взгляд, крайне необходимо для будущего воссоздания гравиразведки и ее комплексирования с другими методами.

Объективных причин в этом отношении несколько, однако, в столь плачевном современном состоянии метода - виноваты в значительной степени сами гравиразведчики. До середины 60-х годов гравиразведка была ведущим геофизическим направлением не только в региональной геологии. Материалы тех лет убедительно свидетельствуют об эффективности комплекса (гравиметровых и вариометрических съемок) в детальных поисковых задачах на обнаружение неоднородностей осадочного чехла в уже упоминавшихся разных нефтяных районах страны. Но после успешного обнаружения перспективного объекта следующая задача - построение структурных границ раздела (только на основании гравиметрических аномалий) давала неудовлетворительный результат по точности. Наблюдались смещения максимумов гравитационных аномалий относительно сводовых частей сейсмических структур, что явно свидетельствовало о смещении структурного плана по глубоким горизонтам чехла и о сдвиговом характере осадков относительно индентора в фундаменте. Однако эта дополнительная информация у практиков особого интереса не вызывала, поскольку гравиразведка, ввиду отсутствия вычислительных возможностей, не могла представить детальные прогнозные построения. В результате вместо дальнейшего совершенствования аппаратуры и теории векторной (тензорной) гравиразведки все работы по вариометрии к началу 60-х были практически свернуты. Эта была первая стратегическая ошибка.

С внедрением компьютерной техники, гравиметристы, измерявшие только аномалии силы тяжести (Ag), сконцентрировали свое внимание на преодолении трудностей решения некорректных многопараметрических обратных задач в рамках одного метода. Геологически сильная сторона гравиметрии, когда она могла выступать как момент связи в комплексных геофизических моделях, не использовалась. И в этом была вторая ошибка. Увлечение формальными (с точки зрения геологии) алгоритмами привело к тому, что получаемые решения были настолько негеологичны, что вызывали справедливые нарекания геологов.

Аномальные гравитационные эффекты объемной модели земной коры и верхней мантии центральной части Русской плиты

Для расчетов гравитационного эффекта осадочного чехла традиционно используются карты гипсометрии фундамента, составленные на основе комплекса геолого-геофизических исследований, и данные по физическим свойствам, принятые на основании обобщения результатов бурения на исследуемой территории. В главе 2 было показано, что для Московской синеклизы использование опубликованных в настоящее время карт рельефа фундамента нецелесообразно. Это может привести к появлению несанкционированных ошибок, новых аномальных эффектов, значительно затрудняющих общий анализ. В настоящей работе для учета осадочного комплекса центральной части Московской синеклизы была принята карта поверхности вендских отложений (Владимирова Т.В., 1997). При проведении расчетов автор отдавал себе отчет, что в таком случае недоучтенными остаются не только эффекты разуплотнений зон глубоких грабенообразпых прогибов, но и эффекты от пологозалегающих отложений рифея, а также возможные ошибки в зонах развития инверсионных структур чехла. Однако примененный подход является единственным надежным способом исключить из поля силы тяжести влияние осадочных комплексов. Для участков установленного отсутствия рифейских отложений (северное окончание Воронежской и Волго-Уральской антеклиз, юго-восточного склона Балтийского щита), для дополнения указанной карты использовались материалы о глубинах кристаллического основания Д.Л. Федорова и В.П. Орлова (2001). Ввиду отсутствия информации о гипсометрии поверхности венда для зон Рязано-Саратовского прогиба и Мезенской синеклизы, в расчет были включены сведения о глубине залегания подошвы рифейских отложений по данным упомянутых авторов.

Расчеты прямых задач в трехмерном варианте произведены на основе программных комплексов, разработанных в МГУ. Средняя плотность венд-фанерозойского осадочного комплекса составляет для Московской синеклизы 2.35 г/см3. Плотность фундамента принята 2.70 г/см3, таким образом, разуплотнение осадков относительно фундамента составило -0.35 г/см3. Результаты расчетов показали, что веид-фанерозойский осадочный чехол создает региональную аномалию в среднем амплитудой -15 - -20 мГал. Наибольшее влияние в наблюденном поле он имеет в центральной части Московской синеклизы в районе гг. Кострома, Солигалич, представленное аномалиями амплитудой до -40 мГал (рис.3.2.1).

Остаточное поле, полученное исключением из наблюденного эффектов осадочного чехла, представлено положительной региональной аномалией амплитудой до +70 мГал (рис. 3.2.2). Небольшие отрицательные аномалии северовосточного простирания в районе г. Тверь своим появлением могут быть обязаны двум возможным причинам: либо недоучтен осадочный чехол (то есть имеется неточная информации о гипсометрии его подошвы), либо ниже в фундаменте присутствуют значительные разуплотнения.

Рельеф поверхности Мохо на территории Московской синеклизы проявлен крупным поднятием амплитудой до 40 км относительно среднего уровня смежных структур с глубиной поверхности М 44-47 км. Автором не введены в расчет относительно небольшие вариации границы М, фиксируемые на профилях ГСЗ. Это не позволяет делать весьма редкая сеть глубинных исследований территории Московской синеклизы. Поэтому для расчета гравитационных эффектов был принят сглаженный рельеф поверхности Мохоровичича, основанный на данных обобщений ГСЗ (Костючепко С.Л., 1998). Аномальная плотность гравитирующей границы составила +0.35 г/см3 на границах Московской синеклизы и сопредельных структур, а для центра синеклизы была принята +0.32-0.33 г/см3. Такие значения плотностей основаны на скоростных неоднородностях, выделенных по результатам ГСЗ, и использовались в сейсмо-гравитационном моделировании (раздел 3.1).

Для описания распределения плотностных неодиородностей верхней мантии по площади был введен линейный закон изменения плотности верхней мантии в зависимости от гипсометрии поверхности Мохо: Лб- -0.00625Н +0.075. Правомерность такого подхода подтверждается характером изменения скоростей в верхней мантии от 7.85 км/с в центральной части синеклизы до 7.9-7.95 км/с в ее бортовых частях (Егоркин А.В., 2000). Аномальные эффекты верхней мантии составляют +24 мГал в центральной части в Московской синеклизы и градиентно уменьшаются до +4-6 мГал в ее бортовых частях (рис. 3.2.3).

Расчеты эффектов средних горизонтов коры производились на основе результатов сейсмо-гравитационного моделирования, показавшего, что для Московской синеклизы характерно общее увеличение плотности пород разреза до Дб=+0.1-0.15 г/см3. Гипсометрия поверхности измененных в сторону большей основности пород также имеют сводообразную форму и достигает наивысшей точки в местах присутствия авлакогенов в фундаменте Московской синеклизы. Такое строение также фиксируется по всем сейсмо-гравитационным моделям региона (раздел 3.1). Закон изменения аномальной плотности средней коры по площади вводился по аналогии с породами верхней мантии: Аб= -0.0333Наном +0.65 (где Наполю- предполагаемая поверхность аномальной коры). Указанные неоднородности имеют весьма значительный гравитационный эффект, достигающий в осевой зоне Среднерусской системы авлакогенов +50 мГал (рис. 3.2.4).

Модель образования среднерусской зоны рифтинга в рифейское время

Активизация древних платформ (её причины и механизм) являются теоретической проблемой современной геотектоники. В литературе дискуссия идет в основном но второй части проблемы - о механизме образования континентальных рифтов. Кроме ранних работ с моделью растяжения Маккензи и моделью сдвига Вернике в последнее десятилетие вышло много публикаций отечественных ученых по этой проблеме (Хаин В.Е., 1998, 2001; Леонов Ю.Г, 2001; Артюшков Е.В. 2000, 2002; Лобковский Л.И. и др., 2004; Мелихов В.Р., 2004 и др.). Обсуждаются две основных противоположных модели: активного и пассивного рифтинга. Первая подразумевает разрыв и растяжение литосферы иод действием сил «снизу» -мантийных или астеносферных восходящих потоков. Вторая модель предполагает присутствие глобальных горизонтальных напряжений, обеспечивающих общее растяжение коры и, как следствие, в результате подтока вещества образование выступа астеносферы. В настоящей главе диссертации приведены теоретические и модельные оценки по механизмам этих процессов, сделанные ранее для тонких и толстых пластин (Д. Теркот, Дэю. Шуберт, 1985 и И.Г.Клушин, 1969). На их основе автор сделал ряд дополнительных оценок и, в частности, для распределенных вертикальных нагрузок с увеличивающимся давлением от краев к центру пластины. По мнению автора, подобное распределение сил наиболее близко к геофизическим проявлениям тектогеиеза на Московской сипеклизе. Параметры расчетных моделей выбраны целенаправленно, исходя из априорных геолого-геофизических результатов, полученных ранее в Главе 3. Этими данными были: толщина коры Московской синеклизы, размеры пятна активизации, то есть области измененных скоростей и плотностей по низам коры (рис.3.1.40), гипсометрия поверхности измененных пород (рис. 3.2.4) и др.

Будем считать, что пластина является тонкой (h«L), где h - толщина пластины, L - её длина. Тогда амплитуда w прогиба пластины будет описываться следующим дифференциальным уравнением (Д.Теркот, Дж. Шуберт, 1985): изгиб, P - горизонтальная сила, действующая на края пластины, q(x) вертикальная нагрузка. При случае q(x) =0 и присутствии только граничных (x=0,L) сил сжатия, критическая горизонтальная сила, при которой начнет проявляться начало изгиба пг пластины, будет определяться соотношением Ркр =—D (2), а применительно к современным размерам Восточно-Европейской платформы минимальная оценка сил составляет Ркр 2 1012 Па, Это очень большая величина, характерная для общепланетарных сил. Если же вслед за изгибом плиты потребовать её раскол и сдвиговые движения, то сдвиговый механизм потребует горизонтальных давлений еще большей силы, распределенных во времени. Из физики сопротивления материалов хорошо известно, что предельная прочность материалов (и в том числе горных пород) на сдвиг как правило в 2-3 раза превосходит прочность на продольный изгиб. Так как на пластину действует сила снизу (рис.4.2), будем считать, что она свободно опирается на краях в ограничители. Распределение нагрузки на участке [0,L] опишем синусоидой q=q in(7a/L). Вводя в уравнение (1) граничные условия на x=0;L, получим следующее выражение для прогиба пластины: Подставляя в него параметры (модуль упругости =7 1010 Па, L=3 105M, /?=4 104м, нагрузку q=pgh+qHpo4l„ где qnf)04„=(h2 6max ir)/6L2, бтах=30 106 Па - средний предел прочности кислых и основных пород) для точки x=L/2, отвечающей центру пластины получим оценку 19.1 км. Это амплитуда, на которую необходимо прогнуть пластину коры, чтобы началось ее разрушение. Вышеприведенная двумерная оценка была проверена расчетом трехмерной модели, предложенной И.Г. Клушииым (1969), для пластины, имеющей в плане эллиптическую форму (такая форма наиболее соответствует области распространения рифтогенных систем фундамента Московской синеклизы). Для модели однородной по вертикали эллипсоидальной пластины величина прогиба до начала ее разрушения составила 22.4 км. В качестве изгибающей силы q в последней оценке были использованы силы всплывающих с глубин 40-90 км мантийных пород с разуплотнением 0.03-0.01 г/см3. Этот результат почти во всем отвечает действительности кроме амплитуды прогиба. Однако амплитуду 22 км видимо можно уменьшить на порядок, если в расчеты были бы введены ранее присутствовавшие системы нарушений и температурное воздействие, приводящие к усилению текучести материала - эффекту Ребиндера (А.В. Артюшков, 2000). Таким образом, для активизации континентальной коры платформ и заложения на них рифтовых систем необязательны мощные восходящие астеносферные потоки или плюмы. Достаточно иметь меньший по силе механизм, например, согласованное воздействие продольного сжатия коры и небольших подтоков всплывающего горячего мантийного вещества, обусловленного встречным движением нисходящих мантийных потоков (рис.4.5 б). Описанный выше механизм разработан основываясь на тектонических обстановках, существовавших на краях ВЕП с начала рифейского времени. По материалам новейших геофизических исследований 2003-2004 гг. и бурения, выполненных в Беломорской тектонической зоне (Журавлев В.А. и др., МАГЭ, 2003), а также в Тиманском древнем горном сооружении (Шилов Л.П., УхГУ, 2003), которое протягивается на юго-восток от п-ова Канин до Полюдова камня в Предуралье, установлены чередования этапов сжатия и растяжения с образованием к началу палеозоя на континентальной коре ВЕП указанных тектонических зон. Это говорит о том, что на протяжении рифея на северо-восточной границе ВЕП имели место коллизионные процессы, и под поверхностью Мохо ВЕП существовал нисходящий мантийный поток, направленный к центру платформы. В это же время на юго-западной границе ВЕП происходили близкие к указанным коллизионные процессы. Это отражено в аномальном магнитном поле, где вдоль разломной зоны Торнквиста выделяется широкая 40-100 км зона измененных пород коры ВЕП, отражающихся полосой интенсивных магнитных аномалий, следящихся от Карпат до берегов Балтийского моря. Таким образом, можно считать, что рифтогенные процессы в центре Русской платформы произошли под влиянием встречных сжимающих напряжений и двух нисходящих мантийных потоков, встречающихся под корой будущей Московской синеклизы.

Похожие диссертации на Структура земной коры центральной части Русской платформы по комплексу геолого-геофизических данных