Сейсмологическое и грави­тационное зондирование консолидированной части коры и верхней мантии

В.В Удоратин, Н.В.Конанова. Глубинное строение литосферы по профилю MEZTIMPECH. /Отечественная геология, 2000, с 44-50.

В конце 80-х годов в Институте геологии КНЦ УрО РАН были начаты исследования по изучению глубин­ного строения литосферы Печорской и Западно-Си­бирской плит по методике гравитационного зондирова­ния, а в 1996 г. введена в эксплуатацию сейсмологичес­кая станция «Сыктывкар». Геофизическая обсервато­рия Института геологии КНЦ ведет наблюдения за сейсмическим режимом территории юга Республики Коми тремя сейсмологическими комплексами, два из которых цифровые. На основе комплексного анализа геолого-геофизических данных по структуре платфор­менного чехла, результатов сейсмологического и грави­тационного зондирования консолидированной части коры и верхней мантии построена модель литосферы вдоль регионального профиля MEZTIMPECH ( пересекающего южные части Мезенской синеклизы (MEZ), Тиманской гряды (TIM) и Печорской синеклизы (РЕСН). Сейсмологические исследования западной части субширотного профиля MEZTIMPECH (Сыктыв­кар — Усть-Нем) проводились с применением метода обменных волн от землетрясений (МОВЗ). В 1997 г. был отработан западный участок профиля протяженностью 215 км от северо-восточной оконечности Сысольского свода через северную часть Кировско-Кажимского авлакогена и Вычегодский прогиб (рис. 2.3.1).

По профилю MEZTIMPECH в 1998 г. проведена экс­пресс-интерпретация поля силы тяжести по методике гравитационного зондирования, которая заключалась в оценке глубин залегания основных структурно-вещест­венных комплексов земной коры и верхней мантии. Ре­зультаты интерпретации представлены в виде обобщен­ного плотностного разреза. Гравиметрический профиль протяженностью около 750 км пересекает структуры: Сысольский свод и Кировско-Кажимский прогиб Волго-Уральской антеклизы, Вычегодский прогиб Мезенской синеклизы, Тиманскую гряду, Ижма-Печорскую моноклиналь юга Печорской синеклизы, Предуральский желоб и Уральский кряж.

Рис. 2.3.1. Обзорная схема района работ MEZTIM­PECH:

границы структур: 1 — надпорядковых, 2 — первого порядка; 3 — сейсмологический профиль Сыктывкар — Усть-Нем с пунктами наблюдений; 4— гравиметрический профиль MEZTIM­PECH

По данным сейсмологических исследований был построен геолого-геофизический разрез литосферы до глубины приблизительно 120 км и выделен ряд сейсми­ческих границ. Опорными границами обмена являются горизонты Ф (поверхность дорифейского фундамента). А, К (поверхность гранулито-метабазитового комплекса), М (поверхность Мохоровичича), M1.

Поверх­ность Мохо выделена с глубинами за­легания 36-42 км. Горизонт M1в верхней мантии так же, как и граница Мохоровичича, отчетливо отражается в волновом поле, иногда даже более интенсивно. Он залегает на глубинах 44,9=48,2 км и по форме повторяет поведение горизонта М.

В разрезе верхней мантии выделяются границы на глубине 55-65 км и 98-99 км. На глубинах 105-118 км выделяются отдельные площад­ки обмена, которые предположительно можно объеди­нить в общую границу.

Установ­лена вертикальная расслоенность консолидированной земной коры, которая интерпретируется как первичная региональная стратификация, отвечающая этапам фор­мирования крупных структурно-вещественных геоло­гических комплексов, выделяемых в качестве сейсмо-структурных этажей — ССЭ. Каждый этаж, имею­щий гетерогенное строение по латерали и характеризу­ющийся определенными физическими параметрами, отражающими структурно-вещественный состав и осо­бенности внутренней структуры, выделяется относи­тельно выдержанными сейсмическими границами раздела.

Материалы проведенных сейсмологических работ позволили выделить глубинные зоны разрывных нару­шений двух категорий: предположительно глубинные разломы; границы разнородных блоков коры или верх­ней мантии (пограничные зоны).

Результаты интерпретации гравитационного поля представлены в виде обобщенного геолого-плотностного разреза по профилю MEZTIMPECH (рис. 2.3.2). Протя­женность гравиметрического профиля 750 км, глубина исследований около 120 км.

Первая гравиактивная граница, отождествляемая с по­верхностью консолидированной коры, находится на глубине 2—8 км. Данная поверхность наиболее погру­жена в пределах Вычегодского прогиба и Тимана и протягивается, по гравиметрическим данным, до Вос­точно-Уральской структурно-формационной зоны Уральского кряжа.

Следующая гравиактивная граница, отождествляемая с подошвой гранитогнейсового подкомплекса (кровлей диорит-гнейсового подкомплекса), наблюдается, по гравиметрическим данным, на глубине 10-20 км. Дио­рит-гнейсовый структурно-вещественный подкомплекс верхней коры имеет перерывы в сплошности распространения в пределах исследуемой территории. Вероят­но, нижняя часть верхней коры выклинивается в пре­делах Тиманской гряды. Наиболее приближен к по­верхности данный комплекс в Восточно-Уральской структурно-формационной зоне, наименее — в Волго-Уральской антеклизе.

Кровля гнейсогранулитового структурно-веществен­ного комплекса — наиболее «капризная» гравиактивная граница, с точки зрения неоднозначности геологичес­кой интерпретации гравиметрического поля. Кровля гнейсогранулитового слоя залегает на глубине 26 км, по гравиметрическим данным, в Волго-Уральской антеклизе, а в районе Вы­чегодского прогиба Мезенской синеклизы поднимается до глубины 23 км. Минимальные отметки залегания кровли данного слоя, по гравиметрическим данным, вероятно, будут приурочены к границе Тиманской гряды и Печорской синеклизы. В Предуральском про­гибе и на Урале гнейсогранулитовый слой фиксируется на глубине около 20 км.

Поверхность Мохоровичича, по гравиметрическим данным, залегает на глубине 35—50 км в пределах исследуемой территории. Максимальный (до 35 км) подъем данной поверхности наблюдается в пределах Вычегодского прогиба Мезенской синеклизы, а наибо­лее погружена поверхность Мохо (до 50 км) в пределах Уральского кряжа. Ниже данной поверхности на глуби­не 50—60 км практически на всей территории просле­живается еще одна поверхность, залегающая парал­лельно поверхности М и повторяющая ее по форме залегания.

Сысольский свод Волго-Уральской антеклизы харак­теризуется большой мощностью консолидированной части земной коры с преобладанием в разрезе гранит­ного слоя и нормальной мощностью базальтового слоя. Верхняя мантия обладает повышенной плотностью и тенденцией к погружению мантийных блоков. В зем­ной коре этот процесс должен сопровождаться подъ­емом земной поверхности.

Рис. 2.3.2. Обобщенный геолого-плотностной разрез по профилю MEZTIMPECH:

1 — линия профиля с пикетами (пк) гравиметрических и сейсмологических точек наблюдения, пикеты расположены через 10 км; 2 — аномальная (а) и эффективная (б) плотности, г/м3; 3 — верхнепротерозойский структурно-вещественный комплекс; 4 — гранитогнейсовый (а) и диорит-гнейсовый (б) слои; 5 — гранулитобазитовый слой; 6— уплотненные (а) и разуплотненные (б) породы верхней мантии; 7— основные геоплотностные границы (а) и разломы (б); I, 111 — Мезенская синеклиза; II — Волго-Уральская антеклиза; IV — Тиманская гряда; V — Печорская синеклиза; VI — Предуральский желоб; УП — Уральский кряж

Вычегодский прогиб Мезенской синеклизы имеет вы­ступы архейского фундамента, сокращенную мощность консолидированной коры и разуплотненные породы верхней мантии, обладая тенденцией подъема мантий­ных флюидов до поверхности mi. В земной коре дан­ный процесс сопровождается прогибанием поверхнос­ти фундамента и, возможно, наличием зон «волново­дов», которым свойственно частичное плавление веще­ства земной коры.

Тиманская гряда отличается сокращенной мощнос­тью консолидированной коры и наличием в верхней мантии блока пород повышенной (до 3400 кг/м) плот­ности, залегающего на глубине 46—49 км. В районе Тиманской гряды происходит выклинивание нижнего слоя гранитогнейсового и, вероятно, диорит-гнейсово­го структурно-вещественных подкомплексов, что может свидетельствовать о более сильной базификации земной коры Тиманской гряды.

Ижма-Печорская моноклиналь южной части Печор­ской синеклизы и Предуральский желоб характеризуют­ся сложным строением консолидированной части зем­ной коры с присутствием клина пород диорит-гнейсо­вого структурно-вещественного подкомплекса, а также наличием в разрезе пород гранитогнейсового структур­но-вещественного подкомплекса нормальной мощнос­ти, несколько сокращенной в Предуральском желобе.

Уральский кряж имеет довольно простое глубинное строение, граница Конрада здесь залегает на глубине 18—20 км, отсутствуют (или полностью переработаны) породы гранитогнейсового структурно-вещественного подкомплекса в Восточно-Уральской зоне и выклини­ваются в гранитогнейсовом подкомплексе в пределах Западно-Уральской зоны. Для Восточно-Уральской зоны характерен мощный (до 14 км) диорит-гнейсовый слой, залегающий на глубине?—8 км, а породы грани­тогнейсового структурно-вещественного подкомплекса отсутствуют или они полностью переработаны. Земная кора Урала имеет увеличенную мощность (до 49 км). Верхняя мантия Восточно-Уральской зоны представле­на блоком пород с повышенной плотностью.

Дата добавления: 2015-09-07