Введение к работе
Актуальность темы. Проблема увеличения темпов поиска и разведки месторождений полезных ископаемых для обеспечения потребностей народного хозяйства в минерально-сырьевых ресурсах Является одной из важнейших и крупномасштабных задач, стоящих перед геологами и геофизиками. Успешному их решению способствует изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии. Результаты изучения строения земной коры и верхней мантии являются необходимой базой для создания фундаментальных основ региональной геологии и геотектоники, прогнозирования и поиска месторождений полезных ископаемых, определения причин и предвестников землетрясений.
При геологических исследованиях строение земной коры оценивается, главным образом, с помощью визуальных наблюдений и дискретной информации, полученной в относительно малочисленных горных выработках. Большая часть земной коры недоступна для этих видов исследований. Поэтому основное внимание в диссертационной работе уделено синтезу материалов сейсмометрии - наиболее детального и достоверного геофизического метода изучения глубин, превышающих возможности бурения.
По степени изученности и разнообразию структур Евразия, безусловно, является самым оптимальным полигоном для всестороннего исследования континентальных массивов. Здесь отработаны свыше 280000 погонных км сейсмических профилей, проведены многочисленные профильные и площаднь-е сейсмогеологические наблюдения, в результате чего получека информация о строении земной коры и верхней мантии всех крупных тектонических подразделений.
Проблемы, стоящие перед комплексом наук о Земле, тесным образом связаны с задачами построения достоверных схем геолого-геофизических параметров, выделения основных типов литосферы различных регионов, проведения районирования земной коры и верхней мантии по намеченным типам. Работы этого направления были начаты на рубеже 60-70-х годов, когда по материалам мелкомасштабных геологических съемок и данным о рельефе поверхности фундамента, а так-
- 4 -же по результатам интерпретации отдельных профилей ГСЗ, были сформулированы представления о континентальной и океанической земной коре, построены одномерные модели некоторых тектонических элементов I порядка.
Накопленная за последние 20 лет в Евразии сейсмическая информация позволяет сделать следующий шаг в этом направлении - создать двух- и трехмерные модели,^наметить с учетом достоверности и детальности сейсмометрической информации основные типы земной коры, проследить латеральные .особенности поведения параметров и неоднородности, характерные для различных тектонических сооружений.
Настоящая диссертационная работа посвящена решению этой актуальной проблемы.
Работа выполнялась в соответствии с Заданиями ГКНТ, Госплана и АН СССР 02.09.Н. и 0.50.01, а также в рамках проблемы 3.1.2.4 - Сравнительное изучение тектоники океанов и континентов.
Цели и задачи исследования. Цели работы предусматривают разработку основных принципов районирования земной коры и верхней мантии континентальных массивов по особенностям их глубинного строения и проведение на этой основе синтеза и анатаза всей накопленной в Евразии сейсмометрической информации.
Указанные цели диссертационной работы предопределили необходимость последовательного решения следующих задач: I) с учетом изученности различных регионов Евразии и разрешающей способности сейсмических методов исследований выбрать систему параметров, наиболее достоверно отражающих строение земной коры и верхней мантии; 2) изучить в ходе анализа поведения выбранных параметров латеральные неоднородности земной коры; 3) обосновать основные принципы типизации и районирования континентальной земной коры; 4) выполнить районирование земной коры Евразии; 5) с учетом новейших сейсмических данных разработать новые представления о моделях земной коры; 6) провести анализ и обобщение результатов сейсмометрии о строении верхней мантии.
В основу исследования положены материалы, полученные
- 5 -на профилях ГСЗ в различной модификации, общей протяженностью свыше 280 тыс.пог.км, а тагаке результаты интерпретации записей объемных и поверхностных волн, зарегистрированных многочисленными стационарными и передвижными станциями сейсмологической сети. Материалы собраны и частично получены автором во время учебы в очной целевой аспирантуре (1982-1985 гг.) и докторантуре (1990-1992 гг.) ИФЗ АН СССР,в ходе работы начальником партии по переинтерпретации и обобщению геофизической информации в ПГО "Узбекгеофизика" (1986 -1990 гг.) и старшим научным сотрудником лаборатории "Сейсмологических методов к сейсмических моделей земной коры" Института геологии и геосизикн АН УзССР (1987-1990 гг.). В течение 1979-1932 гг. под руководством член-корреспон-дзнта АН УзССР E.IJ.Бутовской автор принимал непосредственное участие в интерпретации экспериментальных сейсмологических данных, а в 1936-1992 гг. возглавлял работы по обработке и интерпретации многочисленных полевых материалов КМПВ, глубинных сейсмических исследований с помощью доісри-тических отраженных волн (МГОВ) и ГСЗ, а такие сейсмопро-филирования ОГТ (включая глубинную модификацию) в прзделах Восточного Устюрт'а, Араломорской впадины, Бухаро-Хивинско-гс региона, Центрально-Кызылкумских поднятий, Ферганской депрессии, на Балтийском щите. По методике дифференциальных сейсмологических зондирований'отработан маршрут Ош-Дкамбул. С целью повышения детальности и производительности исследований автором разработана и внедрена в производство автоматизированная система обработки глубинных отраженных волн.
В диссертационной работе защищаются следующие основные положения;
I. Разработанные принципы типизации и районирования континентальной земной коры, основанные на изучении латеральных особенностей рельефа поверхности фундамента и Мо-хоровичича, мощности и осредненного- скоростного облика заключенной между этими границами магмаметаморфической земной коры (ММЗК), граничной скорости по поверхности фундамента (У*), прослеживании ареалов развития и опреде-
-6.-
лении мощностей трех вяутрикоровых скоростных комплексов: низко- (5,3-6,4 км/с), средне- (6,5-6,8 км/с) и высокоскоростного (6,9-7,3 км/с).
-
Возможность районирования континентальной земной коры по особенностям ее глубинного строения с выделением трех основных типов (I - салического, 2 - салическо-мафического, 3 - мафического).
-
Необычно широкое развитие (около 205 территории) в пределах Евразии мафической земной коры, отличающейся скоростным обликом, близким к океанической коре, но типичными для континентов мощностью. К зонам развития мафической земной коры закономерно приурочены все крупнейшие осадочные бассейны и нефтегазоносные провинции.
-
Выделение в рельефе поверхности Мохоровичича системы надпорядковых морфоструктурных элементов, для каждого
из которых гарактерна доминирующая роль одного из типов земной коры.
-
Наиболее адекватно имеющуюся геолого-геофизическую информацию о строении континентальной земной коры отображает "ячеисто-неоднородный" класс моделей, предложенный в диссертационной работе.
-
По выделенным латеральным и вертикальным вариациям отражающих свойств магмаметаморфической земной коры, соотношению количества наклонных и субгоризонтальных отражающих площадок, концентрации сейсмически "прозрачных" зон, изученным с помощью близвертикальных отраженных волн, установлены существенные различия и построены модели строения земной коры древних и молодых платформ, разновозрастных складчатых сооружений, рифтовых зон.
-
Выделение в Центральной Евразии обширного массива (около 40 территории континента), отличающегося высокоскоростным, безастеносферным типом разреза верхней мантии.
Научная новизна и практическая ценность диссертационной работы. В работе впервые: I) синтезирована обширная, неоднородная по методике экспериментов и интерпретации сейсмометрическая информация о строении земной коры и верхней мантии Евразии, включая материалы изучения литосферы с по-
- 7 -мощью глубинной модификации ОГТ, полученная к 1990 году; 2) разработаны и обоснованы принципы типизации и районирования континентальной земной коры; 3) с единых методических позиций выполнено районирование земной коры Евразии, построены двух- и трехмерные модели различных структур; 4) установлено широкое развитие мафической (высокоскоростной) коры; 5) намечены ареалы развития различных типов разрезов верхней мантии; 6) по особенностям глубинного строения проведена классификация рифтов Евразии; 7) построен комплект карт, включающий схемы изученности Евразии сейсмическими методага, рельефа, районирования и граничных скоростей поверхностей фундамента и Мохоровичича, средних скоростей в магмаметаморфической земной коре, развития и глубины залегания астеносферы и многие другие.
Выполненные разработки по проблемам типизации земной коры и верхней мантии, классификации рифтов, обоснованию новых представлений о моделях земной коры могут служить основой для дальнейших исследований как других континентальных массивов, так и при более детальном изучении отдельных регионов. Принятые за основу принципы решения указанных задач, по-существу, отображают принципиально новое направление в исследовании строения континентальной земной коры и верхней мантии. Очевидно, что целый ряд выводов диссерта-. циснной работы (например, о широком развитии мафической земной коры и безастенссферного типа верхней мантии) потребу- . ют существенного пересмотра сложившихся геодинамических концепций о происхождении и эволюции континентальной земной коры, механизме формирования впадин с глубокопогруженной поверхностью фундамента. Построенные схемы и разрезы имеют важное значение для специалистов, занимающихся изучением гравитационного, электромагнитного, теплового полей Евразии, а также для установления генетических связей глубинного строения с приповерхностными геологическими структурами и месторождениями полезных ископаемых. Значительную роль при решении последней проблемы играют обоснованные в работе заключения о более широком, чем предполагалось ранее, развитии промежуточного структурного этажа в пределах Туранской и За-
- 8 -падно-Европейской плит, что существенно повышает нефтегазо-перспективность этих регионов.
Проведенное в диссертационной работе обобщение и выполненные результирующие построения, позволившие выявить ряд новых принципиальных особенностей строения литосферы Евразии, могут рассматриваться как один из первых шагов в создании современных представлений о трехмерной гетерогенной геостатике земной коры и верхней мантии.
Апробация работы и публикации. Результаты проведенных исследований докладывались на Симпозиуме "К 100-летию международной планетарной геофизики" (Дагомыс, 1983), совещании по результатам реализации двухлетнего плана проекта І КАПГ (Ялта, 1983), Всесоюзном семинаре имени Успенского (Ташкент, 1984), заседании Московского общества испытателей природы (Москва, 1985), "Абдуллаевских чтениях" (Таикент, 1982 и 1987), Всесоюзной школе-семинаре "Актуальные проблемы интерпретации данных сейсморазведки" (Ленинград, 1988), Международном совещании по проблемам изучения недр Земли (Ярославль , 1988), Всесоюзном симпозиуме по глубинному строению СССР (Алма-Ата, 1988), на 28 международном геологическом конгрессе (Вашингтон, 1989), на У Всесоюзной конференции-конкурсе молодых ученых (Переяславль-Залесский, 1990), ХІУ конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1990), совещании секции ГСЗ Научного совета по комплексный исследованиям коры и верхней мантии АН СССР (Новосибирск, 1990), Международной конференции "Строение и геодинамика земной коры и верхней мантии" (Москва, 1991), на XX Генеральной Ассамблее IUGG (Вена, 1991), на заседаниях Центра сейсмических исследований (Вашингтон, 1991) и Института изучения континентов Кор-нельского университета (Итака, 1991), Генеральной Ассамблее европейского геофизического комитета (Эдинбург, 1992), на 29 международном геологическом конгрессе (Киото, 1992)., на семинарах отдела 900 ИФЗ РАН (1983, 1985, 1990-1992), на секции сейсмостратиграфии и тектоники ГИН РАН (1992).. По проблеме диссертации опубликованы << 7 статей, 3 монографии, 3 обзора, изданы комплекты карт "Глубинного строе-