CC BY
74
УДК 550.834.3(571.1)
МОДЕЛЬ ДОКЕМБРИЯ ТИМАНО-ПЕЧОРСКОГО ГЕОБЛОКА
В. С. Дружинин1, П. С. Мартышко1, Н. И. Начапкин1, В. Ю. Осипов1, В. В. Удоратин2
1Институт геофизики УрО РАН, 2Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар udoratin@geo.komisc.ru
На основе информации о строении приповерхностных структур и нижнеархейском кристаллическом фундаменте, который является основным элементом 3й-геолого-геофизической модели верхней части литосферы, составлена модель докембрия Тимано-Печорского геоблока. Модель существенно корректирует существующие представления о фундаменте Тимано-Печорского геоблока с разделением докембрийского мегакомплекса на 7 структурных зон. Подчеркнута роль субширотных дислокаций и диагональных разломов.
Ключевые слова: Тимано-Печорский геоблок, верхняя часть литосферы, 30-геолого-геофизическая модель, нижнеархейский кристаллический фундамент, докембрийский мегакомплекс.
MODEL OF PRECAMBRIAN TIMAN-PECHORA GEOBLOCK
V. S. Druzhinin 1, P. S. Martyshko 1, N. I. Nachapkin 1, V. Yu. Osipov 1, V. V. Udoratin 2
institute of Geophysics Ural Branch, Institution of the Russian Academy of Sciences, 2Institute of Geology Komy SC of Ural Branch, Institution of the Russian Academy of Sciences
On the basis of information on the structure of near-surface structures and on the Lower Archean crystal basement, the basic element of 3D-geologic-geophysical model of the upper lithosphere, the model of Precambrian Timan-Pechora geoblock was made. The model significantly corrects existing ideas about the basement of the Timan-Pechora geoblock with division of the Precambrian megacomplex on 7 structural zones. The role of the sublatitude dislocations and diagonal faults was emphasized.
Keywords: Timan-Pechora geoblock, upper lithosphere, 3D-geologic-geophysical model, Lower Archean crystal basement, Precambrian megacomplex.
К фундаменту восточной окраины Восточно-Европейской плиты (ВЕП) принято относить комплексы архея и протерозоя. Исследования, выполненные в Институте геофизики в рамках обобщения материалов по строению земной коры, включая информацию по сверхглубоким скважинам, показали, что первичным фундаментом всех палеоактивных структур первого сейсмогеологического этажа является нижнеархейский кристаллический фундамент, представленный преимущественно серыми гнейсами (поверхность раздела К01). В рамках развиваемой методики глубинного сейсмогеокартирования земной коры предполагается его практически повсеместное присутствие в континентальной коре [4]. Это также относится и к Тимано-Печорской
плите (ТПП). Но к фундаменту ТПП принято относить консолидированные комплексы широкого возрастного диапазона: от архея — нижнего протерозоя до верхнего протерозоя, и различного состава [9]. Поэтому весьма актуальными для региональной геологии, сейсмотектоники и прогнозирования месторождений УВ являются информация о поверхности раздела К01 и разделение докембрийских отложений на основные структурно-формационные зоны.
На рис. 1 представлена схема расположения региональных сейсмических профилей ГСЗ-МОВЗ, совмещённая с аномальным полем силы тяжести. Имеющиеся сейсмические разрезы ГСЗ, МОВЗ (работы Центра «ГЕОН», Института геологии Коми НЦ УрО РАН и Баженовской геофи-
зической экспедиции (БГЭ) были откорректированы в соответствии с разработанной в Институте геофизики УрО РАН технологией сейсмогеокар-тирования земной коры в процессе анализа, обобщения и геологической интерпретации большого объёма сейсмической информации, прежде всего по профилям ГСЗ, отработанным в БГЭ, и данных по сверхглубокому и глубокому бурению, вскрывшему породы от нижнего архея до мезозоя включительно [2, 4]. Основой сейс-могеокартирования земной коры является слоисто-блоковая как наиболее адекватная модель континентальной коры с региональным разделением её на сейсмогеологические этажи (СГЭ). Это поверхность нижнеархейского кристаллического фундамента (К01), представленного преимуще-
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Рис. 1. Схема расположения профилей ГСЗ, МОВЗ (Сыктывкарский), совмещенная с гравитационным полем
ственно серыми гнейсами с выдержанными физическими параметрами Vp=6.1±0.2 км/с, ст=2.79+0.02 г/см3; поверхность относительно слабо изменённых комплексов верхней мантии (Мсг) с ^=8.15+0.25 км/с, ст=3.32± ±0.04 г/см3. Кристаллическая кора, заключённая между этими поверхностями, подразделяется на две части. Нижняя кора (поверхность раздела К^) не тождественна общепринятому понятию «сейсмический базальтовый слой», она характеризуется существенными вариациями значений сейсмических параметров: мощность изменяется от 10—15 до 40 км, скорость V — от 6.4 до 7.1 км/с, и соответственно изменяется расчётная плотность. В подошве нижней коры находится промежуточный мегаком-плекс К—М. Он отнесён к подобного рода структурам по следующим признакам: 1) мощность изменяется в значительных пределах: от 2—5 км в стабильных блоках до 15—20 км в па-
леоактивных пограничных структурах типа Уральского подвижного пояса, где подобное образование принимается за мантийный корень; 2) сейсмические характеристики непостоянны (строение переходного комплекса в стабильных блоках представлено инверсионной зоной, а в пограничных структурах — сложноустроенными природными системами с невыдержанным характером распределения скоростных параметров). Мантийный корень Центральной мегазоны Урала значительно раздроблен, о чём свидетельствует практически отсутствие записи вертикальных отражений ниже поверхности переходного мега-комплекса. Вопрос о природе образования мантийного корня за счёт переработки мантийных пород или в результате насыщения нижней коры мантийными интрузивными телами остаётся открытым.
Таким образом, вертикальная расслоенность земной коры Ураль-
ского региона представлена тремя сейсмогеологическими этажами (СГЭ). В состав первого СГЭ входят 2—3 мегакомплекса, которые подразделяются на комплексы. Подошвой этажа и одновременно поверхностью второго СГЭ является раздел К01, ниже которого находятся преимущественно нижнеархейские (первичные?) комплексы коры. Третий этаж, или нижняя кора (поверхность раздела К2), также может быть представлен 2—3 мегакомплексами, в том числе переходным мегакомплексом (К—М) в низах коры. Поверхность основных СГЭ в Уральском регионе изменяется в значительных пределах: К01 — от 2 до 16 км; К2 — от 8—10 до 30 км; М (Мсг) — от 30-35 до 60 км. В соответствии с изменением структурных параметров (глубина залегания, мощность, характер расслоенности, физические параметры) осуществляется глубинное тектоническое районирование с выделением структур первого порядка: геоблоки (платформы, плиты), мегаблоки, входящие в состав структур первого порядка, блоки и пограничные структуры между геоблоками или мегаблоками. Уральский подвижный пояс и Печорско-Кол-винская рифтовая структура подразделяются на мегазоны и зоны. Привязка символов сейсмогеологических разделов к общепринятым на сейсмических разрезах следующая: осреднён-ное положение поверхности К01 соответствует границе Форша (Ф), Мсг — М в пределах стабильных блоков; при наличии переходного мегакомплекса — его подошве; из-за различий в понятиях «сейсмический базальтовый слой» и «нижняя кора» символ К2 целесообразно отнести к поверхности третьего сейсмогеологического этажа. На рис. 2 в качестве примера приведен сейсмогеоплотностной разрез по геотраверсу АГАТ-2 (откорректированный авторский разрез Центра «ГЕОН» [5]). Поверхность раздела К^ соответствует первой выдержанной границе на разрезах МОВЗ и сейсмической границе на разрезах ГСЗ, расположенной ниже поверхности консолидированного фундамента в зонах развития протерозойских комплексов. В результате обобщения и интерпретации потенциальных полей для ТПП была составлена схема рельефа нижнеархейского кристаллического фундамента (рис. 3). Положение поверхности консолидированного фундамента Ф приведено на рис. 4 согласно структурно-тектонической
Рис. 2. Сейсмогеоплотностной разрез верхней части литосферы по геотраверсу Агат-2
1 — линия профиля с градусной привязкой и участок пересечения с геотраверсом Купянск—Воркута (КПВ). Над разрезом показаны геологические структуры [9], внизу разреза — районирование по особенностям глубинного строения. Нечеткое определение границ между подразделениями показано наклонной штриховкой; 2 — подошва палеозойского мегакомплекса или поверхность докемб-рийских отложений. Ее положение согласовано со схемой на рис. 4; 3 — поверхность докембрийского мегакомплекса, возможно, Р^—Я возраста на западе и Я на востоке; 4 — поверхность нижнеархейского кристаллического фундамента; 5 — поверхность нижней коры; 6 — поверхность переходного мегакомплекса в низах коры; 7 — основной сейсмогеологический раздел между породами земной коры и относительно слабоизменёнными породами верхней мантии; 8 — промежуточная граница внутри переходной зоны К—М, возможно, соответствующая поверхности комплекса с пониженными значениями скорости; 9 — основные зоны глубинных разломов; 10 — глубинные разломы; 11 — наблюденная (1а) и расчетная (1б) кривая Расчет ведется до 80 км — региональный уровень изостатической компенсации; 12 — наблюденная (2а) и расчетная (2б) кривая ДТ
карте фундамента Тимано-Северо-Уральского региона, составленной на основе карт: 1) Фундамент Тима-но-Печорского нефтегазового бассейна (авторы: Л. Т. Белякова, В. И. Богацкий, Б. П. Богданов, Е. Г. Дов-жикова, В. М. Ласкин); 2) Карта неотектонического районирования Европейского Севера СССР (автор И. Н. Рыжов).
Анализ аномального поля Дg и характера расслоенности временных разрезов на региональных профилях ОГТ, а также разница в глубинах залегания двух поверхностей (рис. 5) послужили основой для составления макета расположения основных структурно-фор-мационных зон (рис. 6).
По данным бурения Кольской сверхглубокой скважины СГ-3 и результатам работ по ГСЗ [2, 4, 6], нижнепротерозойские комплексы Балтийского щита (карелиды) представлены в основном метавулканитами с повышенными значениями скорости
и плотности. Они расположены в отрицательных шовных структурах нижнеархейского кристаллического фундамента и характеризуются повышенными положительными аномалиями Дg. Было предположено, что подобные структурно-формационные зоны (СФЗ) с аналогичными характеристиками существуют в пределах северо-восточной и восточной частей ВЕП. В частности, это относится к Тимано-Ижма-Печорскому и Коми-Пермяцкому мегаблокам. Различие между ними наблюдается в глубинах залегания поверхности нижнепротерозойских отложений и соответственно в мощности и составе верхнего ме-гакомплекса докембрия. В Ижма-Пе-чорском блоке он перекрыт складчатыми отложениями рифея, и разница в глубинах залегания двух поверхностей, Ф и К01, составляет 10—12 км, а в пределах Коми-Пермяцкого поднятия при отсутствии или малой мощности рифейских отложений — 5—7 км.
Расположенные между ними Средне-Тиманский и Южно-Тиман-ский мегаблоки представлены складчатыми комплексами рифея с наличием интрузивных тел кислого и основного состава. Вопрос о присутствии нижнепротерозойских комплексов (карелид), особенно в Средне-Тиман-ском мегаблоке, остаётся невыясненным. По данным сейсмогеоплотност-ного разреза, по геотраверсу Воркута— Купянск (Глобус) поверхность К01 находится на глубине 6—7 км, докембрий-ский комплекс имеет мощность 4—6 км и расчётную плотность ст=2.72 г/см3. Поэтому можно предположить, что в этом мегаблоке над поднятием древнего кристаллического фундамента находятся складчатые отложения ри-фея. Имеющиеся в незначительном количестве определения указывают на преобладающий позднерифейский [9] или кембрийский возраст (данные определения возраста по зёрнам циркона из работы [8]) верхнего складчатого комплекса.
Разница в глубинах залегания поверхностей древнего кристаллического и докембрийского мегакомплек-сов К01 и Ф в пределах Западно-Печорской мегазоны и соседней Центрально-Печорской зоны обусловлена возможным присутствием в нижней части докембрийского мегакомплек-са субплатформенных отложений верхнего протерозоя. Эти отложения имеют сложное строение из-за их значительной тектонической раздробленности, сопровождаемой внедрением интрузивных тел (преимущественно изменённых ультрабазитов), что отмечается положительными аномалиями магнитного поля. В состав докембрия Центрально-Печорской мегазоны входят рифейские складчатые комплексы разного состава, включая, как уже отмечалось, осадочные отложения в западной части и зоны возможного развития метавулканитов и интрузивных тел (изменённых ультраба-зитов), предполагаемых по характеру потенциальных полей.
Особого внимания в связи с проблемой поисков месторождений УВ в глубокопогружённых отложениях Тимано-Печорской нефтегазовой провинции заслуживает восточная прибортовая часть Тимано-Печорско-го геоблока (ТПГБ). Она характеризуется сравнимыми глубинами залегания границ К01 и Ф с разницей между ними в пределах 0—3 км и отрицательными значениями Дg. Такие особенности указывают на присутствие в
50 100 150 200 км
1 2 3
5 6 7
Рис. 4. Структурно-тектоническая карта фундамента Тимано-Североуральского региона и прилегающих районов Русской плиты (Институт геологии Коми НЦ УрО РАН)
1 — изогипсы поверхности фундамента (км): карельского на Русской плите, рифей-вендского в Тимано-Североуральском регионе; разломы (2, 3): 2 — глубинные, определяющие границы плит и геоблоков Тимано-Печорской плиты, 3 — прочие, различного проникновения; 4 — фронтальная граница системы надвигов, восточнее которой в Западноуральской мегазоне не определена глубина залегания поверхности допозднекембрийского фундамента; 5 — Тиманский геоблок; 6 — Волго-Уральский, Мезенский геоблоки; 7 — Северо-Уральская складчатая система; 8 — Печорский геоблок
данной структуре ниже палеозойских горизонтов расслоенной толщи, представленной суб платформенными отложениями верхнего протерозоя.
Специфика глубинного строения Печорско-Колвинской системы чётко проявлена на составленном сейс-могеологическом разрезе (рис. 2). Для неё характерно: поднятие переходно-
го мегакомплекса до 32—35 км и соответственно увеличение его мощности до 12—16 км; расположение сейсмоге-ологического раздела М на глубине 47—50 км; значительная раздробленность кристаллической коры и, возможно, присутствие интрузивных тел основного и ультраосновного состава, которым соответствуют локальные
аномалии потенциальных полей. Пе-чорско-Колвинская рифтовая система подобна Уральской, но отличается от неё меньшей мощностью переходного мегакомплекса и меньшими глубинами залегания ограничивающих его поверхностей раздела К—М и Мсг (М). Возможная причина этих различий кроется в менее продолжительном развитии Печорско-Колвинской системы в геосинклинальном (эндогенном) режиме.
Составленная модель докемб-рийского (название условное: мега-комплекс охватывает только после-нижнеархейский разрез докембрия) мегакомплекса (рис. 6) отличается от существующих тектонических схем [7, 9]. В основу составленного макета положено разделение докембрийского мегакомплекса на структурно-форма-ционные зоны и мегаблоки, существенно различные по возрасту и глубинному строению. Прежние тектонические схемы ориентировались в основном на характер аномальных полей Дg и ДТ, которые из-за неоднозначности решения обратных задач не могут служить самостоятельной основой для изучения земной коры. Глубина залегания нижнеархейского кристаллического фундамента (поверхности К01), являющегося подошвой докембрийского мегакомплек-са первого сейсмогеологического этажа, изменяется в значительных пределах: от 5—7 до 14—16 км; мощность докембрийских отложений 7.5±4.5 км. Установлено, что западная, наиболее крупная по размерам часть ТПП и часть прилегающего с юга Коми-Пермяцкого мегаблока ВЕП представлены более древними образованиями, начиная с нижнего протерозоя.
В восточной части ТПП верхнепротерозойские комплексы, за исключением отдельных зон, предположительно залегают на поверхности нижнеархейского кристаллического фундамента. В таком случае Западно-Печорская мегазона является пограничной структурой между двумя крупными подразделениями континентальной коры. Аналогичное деление ТПП на две части показано в работе по Тимано-Пайхойской коллизионной области [8]. Рассматривая динамическую обстановку формирования этой области, авторы разделили Тимано-Печорскую плиту на западную часть (дислоцированные покров-но-складчатые комплексы венда) и восточную, представленную микро-
Рис. 5 (наверху). Схематическая карта изопахит докембрийских отложений
Рис. 6 (внизу). Схема тектонического районирования докембрийского основания Тимано-Печорского осадочного бассейна и сопредельных структур. Условные обозначения: 1 — контуры Тима-но-Печорской плиты; 2 — контуры мегаб-локов и мегазон. Разделение на мегабло-ки и мегазоны сделаны с учетом предполагаемой мощности докембрийского мегакомплекса, степени расслоенности допалеозойских отложений на сейсмических разрезах, характера аномального гравитационного поля, схемы тектонического районирования кристаллической коры [4].
Тимано-Печорская плита (3—9): 3 — Ижма-Печорский мегаблок (ИПМБ), представленный, вероятно, карелидами (в нижней части) и вышерасположенными мезо-неопротерозойскими отложениями в северной части и рифейскими складчатыми, частично гранитизирован-ными комплексами на юге; 4 — Средне-Тиманский мегаблок (СТМБ), представленный складчатыми частично гранити-зированными комплексами рифея; 5 — Южно-Тиманский мегаблок (ЮТМБ) — складчатые комплексы рифея с интрузивными телами кислого и основного состава; 6 — Омра-Лузский мегаблок (ОЛМБ) примерно с аналогичными комплексами, как в ЮТМБ, так и в ЗТМБ; 7 — Западно-Печорская мегазона (ЗПМЗ), представленная рифейскими комплексами с интрузивными телами основного состава на западе, терригенно-карбонатными отложениями на востоке; 8 — Центрально-Печорская мегазона (ЦУМЗ), в состав которой могут входить: на севере — рифей-ские складчатые комплексы с интрузивными телами основного состава, на юге — нижнерифейские частично гранитизи-рованные комплексы и субплатформенные отложения; 9 — Восточно-Печорская мегазона (ВПМЗ), возможно, представленная субплатформенными отложениями Я1—2; 10 — Чернышевский блок; структуры обрамления (11—13): 11 — Западно-Уральская мегазона (ЗУМЗ) складчатых комплексов палеозоя и допалеозоя, 12 — Центрально-Уральская мегазона (ЦУМЗ), возможно, пограничная структура, 13 — Восточно-Уральская мегазона (ВУМЗ); северо-восточная окраина ВЕП (14—16): 14 — Мезенский мегаблок; 15 — Коми-Пермяцкий мегаблок (КПМБ) с преобладанием карелид восточной окраины ВЕП; 16 — Пограничная структура (Предтиманский прогиб) между ТПП и восточной окраиной ВЕП; 17 — субширотные дислокации, в основном соответствующие подобным зонам кристаллической коры; 18 — субвертикальные и диагональные разломы
континентом (террейном) с корой континентального типа, с наличием между ними пограничной зоны. В зависимости от принятой концепции можно по-разному подходить к динамике формирования данной области. Но изучение строения верхней части литосферы подразумевает современные модели ТПП, что и рассмотрено в данной статье на примере докембрий-ского комплекса, тектоническая схема которого увязана с районированием всей кристаллической коры [2, 4].
Омра-Лузский мегаблок по месту расположения отнесён на схеме к юго-восточной окраине Тиманских структур, хотя имеет параметры, близкие к Западно-Печорской мегазоне.
Южно-Тиманский мегаблок, расположенный на стыке структур I порядка (ТПП, Уральская складчатая система (УСС) и восточная окраина ВЕП), имеет сложные контуры, сохраняя общее западно-северо-западное направление, и характеризуется неоднородностью состава докембрий-ского мегакомплекса: складчатые комплексы рифея среднего состава сменяются в центральной части более основными разностями. Сложные контуры докембрия намечены для Предтиманской пограничной зоны, расположенной между структурами Тимана и Коми-Пермяцким мегабло-ком восточной окраины ВЕП.
Тектоническая схема докембрий-ских отложений Тимано-Печорского геоблока, составленная с учётом имеющейся информации: структурно-тектонической карты консолидированного фундамента, схемы рельефа поверхности раздела К01, разности глубин залегания поверхностей до-кембрийского комплекса и нижнеархейской кристаллической коры, геолого-геофизической 3Б-модели верхней части литосферы, анализа потенциальных полей, характеризуется
сложным содержанием и может оказать помощь при рассмотрении вопросов геодинамики, эволюции, сейсмотектоники и минерагении данной структуры и её взаимоотношений со структурами обрамления.
Разработанная нами модель отличается также от прежних схем тем, что в ней показана существенная роль субширотных дислокаций восточно-северо-восточного направления, которые разграничивают мегаблоки докембрия и соответствуют, как правило, глубинным структурам в кристаллической коре [1, 2, 4]. Большее значение по сравнению с прежними тектоническими схемами отводится глубинным разломам северо-восточного и субмеридионального направлений. Важным элементом нашей схемы является крупная линзовидная структура северо-северо-западной ориентировки, выделенная в центральной части территории в пределах широт 66— 67° на севере и 62—63° на юге. Не исключено, что её образование обусловлено крупными глубинными сдвигами, роль которых недооценена авторами предшествующих схем. В частности, этим можно объяснить положение Омра-Лузской структуры по отношению к Западно-Печорской мегазоне.
Авторы выражают глубокую благодарность д. г.-м. н., профессору А. М. Пыстину за замечания и рекомендации к тексту статьи и рисункам.
Работы выполнены при поддержке проектов М12-И-5-2067 и М12-У-5-1029 Программы фундаментальных исследований РАН.
Литература
1. Дружинин В. С., Мартышко П. С., Начапкин Н. И., Осипов В. Ю, Федорова Н. В. Оценка нефтегазоперспектив-ности Тимано-Печорской плиты с учетом объемной модели верхней ча-
сти литосферы // Отечественная геология, 2011. № 3. С. 22-29.
2. Дружинин В. С., Начапкин Н. И., Осипов В. Ю. Роль информации о строении верхней части литосферы Уральского региона для решения региональных задач тектонического районирования и оценки нефтегазоперспективно-сти исследуемых территорий: Монография. LAP LAMBERT Academic Publishing. Германия, 2012. 153 с.
3. Дружинин В. С., Мартышко П. С., Начапкин Н. И., Осипов В. Ю. Региональный прогноз на поиски месторождений углеводородов с учётом специфики верхней части литосферы // Разведка и охрана недр, 2013. № 1. С. 33-41.
4. Дружинин В. С., Мартышко П. С., Начапкин Н. И., Осипов В. Ю. Схема тектонического районирования Уральского региона на основе геолого-геофизической информации о строении верхней части литосферы // Отечественная геология, 2013. № 1. С. 43-58.
5. Егоркин А. В. Строение земной коры по сейсмическим геотраверсам // Глубинное строение территории СССР. М.: Наука, 1991. С. 118-135.
6. Кольская сверхглубокая / Гл. ред. Е. А. Козловский. М.: Недра, 1984. 490 с.
7. Костюченко С. Л., Джи Д., Егоркин А. В., Сапожников Р. Б. Структура и геодинамика земной коры северо-востока европейской части Восточной Европы: Результаты исследований по программе EURO PROBE. М.: Гео-карт-Геос, 2006. С. 540-553.
8. Костюченко С. Л., Морозов А. Ф., КременецкийА. А. Тимано-Урало-Пай-хойская коллизионная область. М.: Геокарт-Геос, 2012. 210 с.
9. Тимонин Н. И. Печорская плита: история геологического развития в фанерозое. Екатеринбург, 1998. 240 с.
Рецензент д. г.-м. н. А. М. Пыстин
