CC BY
55
УДК 550.831
ПРИНЦИПЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РЕКОНСТРУКЦИИ ПЛОТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ БАРЕНЦЕВОМОРСКОГО И ТИМАНО-ПЕЧОРСКОГО РЕГИОНОВ
Е.Н. МОТРЮК, О.М. ВЕЛЬТИСТОВА
Ухтинский государственный технический университет, г.Ухта [email protected]
С целью повышения достоверности результатов построения плотностных моделей геологических сред разработана и на территории Печорско-Баренцево-морского региона апробирована методика объемного структурно-плотностного моделирования геологической среды, с заданной степенью точности удовлетворяющая наблюдаемому гравитационному полю. В ходе работ было сформировано начальное приближение и выполнено гравитационное моделирование по серии профилей. Полученная глубинная модель Баренцевоморского бассейна представлена тремя основными границами раздела: граница Мохо-ровичича, граница Конрада и граница фундамента. Проведенные исследования позволяют сделать выводы о поведении коровых границ раздела и установить особенности строения земной коры в области перехода от пассивной окраины континента к океанической впадине.
Ключевые слова: Печорско-Баренцевоморский бассейн, методика объемного структурно-плотностного моделирования, гравитационное поле, геоплотност-ные модели, плотностные границы, плотностные характеристики
E.N. MOTRYUK, O.M. VELTISTOVA. PRINCIPLES AND RECONSTRUCTION RESULTS FOR THE BARENTS SEA AND TIMAN-PECHORA AREAS DENSITY MODELS
For the purpose of increase the reliability of results of construction of density models of geological media the method of volumetrical structural-density modeling of the geological medium, with the set degree of accuracy satisfying the observed gravitational field is developed and approved in territory of the Pechora-Barents Sea region. During works the initial approach has been formulated and gravitational modeling by series of profiles executed. The obtained depth model of Barents Sea basin is presented by three basic boundaries: Mohorovichich boundary, Conrad boundary and footing boundary. The conducted researches allow to draw a conclusion on the conduct of the Earth’s crust boundary of the division and to establish peculiarities of structure of Earth’s crust in the area of crossing from passive margin of continent to the ocean’s trench.
Key words: Pechora-Barents Sea basin, method of volumetrical structural - density modeling, gravitational field, geodensity models, density boundary, density adjectives
Основной целью исследований, результаты которых представлены в этой статье, является создание современной модели глубинного строения Баренцевоморского и Тимано-Печорского регионов на основе комплексного изучения геолого-геофи-зических данных. Реконструкции существующих структурно-плотностных моделей, проведенные на основе последней информации и применения новых компьютерных технологий, позволяют получить уточненные сведения о строении территории и определить значение главенствующих факторов, влияющих на формирование залежей углеводородов. Основу всех исследований составляет гравитационное моделирование.
Территория, подлежащая изучению, представляет собой гетерогенный Печорско-Баренцево-морский нефтегазоносный бассейн, который расположен в пределах обширной области погружения между Канино-Тиманской грядой, северо-восточным
склоном Балтийского щита, Уральской и Пайхойско-Новоземельской складчато-надвиговыми областями.
Территория изучена геофизическими методами крайне неравномерно. Недостаточность исследований северной части Тимано-Печорской плиты и шельфа морского бассейна неблагоприятно влияет на выбор приоритетных направлений поиска месторождений полезных ископаемых и, прежде всего, нефти и газа. Особое значение здесь приобретает интерпретация потенциальных полей, в частности гравиразведки, в районах, где геологические работы затруднены и в результате носят фрагментарный характер.
Основной целью проводимых работ является реконструкция геоплотностных моделей. Решение обратных задач гравиразведки в классе распределения плотностей и структурных по имеющимся глубинным моделям показало наличие больших неувязок в значениях наблюденного и рассчитанно-
го гравитационного поля. Несогласованность построенных геоплотностных моделей с наблюдаемым полем силы тяжести свидетельствует о необходимости пересмотра моделей. При проведении работ в условиях недостатка информации использовалась методика построения структурно-плот-ностной модели сложнопостроенных и слабоизу-ченных сред, с заданной степенью точности, удовлетворяющей наблюдаемому гравитационному полю [1]. Методика реализуется современными компьютерными технологиями, такими как автоматизированная система профильной комплексной интерпретации грависейсмических данных GCIS [2], редактор геолого-геофизических моделей GeoVIP [3], предназначенный для анализа и интерпретации результатов геофизических исследований, построения моделей среды и корректировки геолого-гео-физических моделей на основе алгоритмов интерполяции и решения обратных задач геофизики. Методика рекомендуется для выявления плотностных неоднородностей и поднятий в пределах границы, контролирующих формирование залежей углеводородов в межпрофильном пространстве при редкой сети наблюдений.
Ниже перечислены основные принципы, положенные в основу методики моделирования.
1) Начальная структурно-плотностная модель строится на основе анализа комплекса геологогеофизических данных, включающих в себя априорную информацию о физических параметрах среды, рельефе основных плотностных границ, геодинамики изучаемого региона.
2) Важнейшим условием при реконструкциях полученных моделей служит принцип изостазии. Согласно этому принципу проводилось формирование нулевого приближения - начальных моделей.
3) Упрощение громоздких вычислительных схем решения обратной трехмерной задачи гравиметрии за счет использования более простых, но приближенных методов профильного моделирования. Возникающие при этом эффекты трехмерности учитываются в схемах плоского моделирования введением поправок в используемые алгоритмы на каждой итерации.
4) Необходимая степень точности 8 задается в процессе решения обратных задач гравиразведки. Итерационный процесс решения обратной задачи считается завершенным, если невязка между наблюденным и рассчитанным гравитационными полями не превышает величины 8 , в случае региональных работ е = 4мГал.
5) Формирование параметров критерия получения оптимального решения. Он включает в себя информацию о достоверности построения нулевого приближения; ограничения на диапазон возможных значений глубины залегания границ (плотности) в различных областях.
6) Совместное решение структурной и плотно-стной задач гравиразведки позволяет построить глубинную модель среды, наилучшим образом удовлетворяющую наблюденному гравитационному полю.
При построении геомоделей Печорско-Баренце-воморского региона (рис.1) использовались карты, отображающие региональные структурные планы мелкого масштаба: тектоническая карта 1:2500000 с объясни-
тельной запиской В.И. Богацкого [4]; материалы В.Е.Хаина, С.П., И.В. Запорожцевой, Л.П. Шилова,
3.В. Шипилова, Н.И.Тимонина и др. Для реконструкции использовались карты аномального гравитационного поля масштаба 1:1000000, при этом проводилась коррекция пространственного наблюденного поля по материалам исследований геофизических полей В.В.Васильева, В.Н. Глазнева.
Проведенные ранее исследования включали в себя построение моделей с учетом геологогеофизической информации о границах раздела осадочного чехла. Результаты показали, что основной эффект создают аномальные объекты фундамента и более глубоких горизонтов. Таким образом, возникает необходимость уточнения структурно-плотностных характеристик рассматриваемой территории не только в пределах осадочного чехла, но и до глубины залегания границы Мохоровичича.
По литературным данным [4, 5] глубинная модель Баренцевоморского бассейна характеризуется тремя основными границами раздела: границей Мохоровичича; границей Конрада, связываемой с поверхностью базальтового слоя и границей фундамента, соответствующей поверхности гранитно-метаморфического слоя. Минимальные глубины залегания поверхности фундамента соответствуют центральной, юго-западной частям шельфа, а максимальные - основанию глубокого океанического бассейна. Введение в рассмотрение границы Конрада связано с тем, что она является разделом верхней хрупко-жесткой и нижней, более подвижной и деформированной, псевдопластичной части коры. В Южно-Баренцевской впадине граница Конрада прослеживается непосредственно под осадочным чехлом, отсутствует гранитометаморфический слой. Для областей Тимано-Печорской провинции характерно наличие трех вышеперечисленных слоев различной мощности.
Анализ гравитационного поля исследуемой территории показывает распространение в югозападной части карты линейных аномалий положительного и отрицательного знаков северозападного простирания, которые отображают рельеф поверхности фундамента. Отдельные аномалии соответствуют плотностным неоднородностям в земной коре. В восточном направлении напряженность гравитационного поля снижается.
Исследуемая территория расположена в сложной зоне перехода коры континентальной к океанической, поэтому интерпретация полученных результатов требует различных подходов и использования теорий и гипотез изостатической компенсации масс земной коры. За основу была взята теория Пратта, для отдельных областей наиболее приемлема гипотеза Эри.
Выполненная количественная интерпретация серии разрезов по профилям, проходящим вкрест простирания гравитационных аномалий (рис. 1, 2), позволила рассчитать глубины залегания поверхностей фундамента, Конрада, Мохоровичича (рис. 3,
4, 5).
Анализ проведенных расчетов показывает, что при гравитационном моделировании на большие глубины до 45-50 км при региональных исследованиях основной гравитирующий эффект будет
СВАЛЬБАРДСКАЯ
НОРДК,
Рис.1. Схема тектонического строения литосферы исследуемого региона с расчетными профилями [4].
создаваться рельефом поверхности Конрада, Мо-хоровичича и плотностными неоднородностями внутри этих слоев.
На схеме рельефа поверхности фундамента (рис. 3) можно выделить несколько областей: северную, центральную, юго-западную и южную. Северная отличается погружением кровли фундамен-
та, ей соответствует в тектоническом отношении южная часть Свальбардской плиты и часть Восточ-но-Баренцевоморского трога с субокеанической корой. Отметки фундамента здесь составляют 717км. Для центральной характерна смена простирания изолиний поверхности рельефа. Значения кровли фундамента здесь изменяются от 0 до 3 км и
С
т
мГал
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
Ю
0
200 400
Рис. 2. Расчетные профили, рельеф и изолинии наблюденного гравитационного поля.
соответствуют восточной области Балтийского щита и шельфу морского бассейна. Южная область изучаемой территории относится к северу Тимано-Печорской и северо-востоку Русской плит с отметками залегания поверхности фундамента от 2 до 4 км. Отмечается зона пониженных значений до 7 км, соответствующая Лешуконскому трогу. В восточном направлении от Тимано-Печорской плиты к Большеземельскому своду наблюдается увеличение интенсивности гравитационного поля и соответственно понижение кровли фундамента до 6 км.
Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:
1. Отмечается несоответствие поведения изолиний на схемах рельефа поверхностей фундамента и Мохоровичича. Следовательно, рельеф дневной поверхности и фундамента исследуемой территории
компенсируется не столько обратной по знаку унду-ляцией поверхности Мохоровичича, сколько плотно-стными неоднородностями консолидированной коры.
2.Поверхность раздела внутри консолидированной коры граница Конрада в целом повторяет основные формы нижележащей границы Мохоро-вичича, однако имеет некоторые особенности в строении рельефа. Отмечается погружение в юговосточной и северо-западной частях изучаемого участка. К северу наблюдается поднятие границы, что связано с постепенным уменьшением толщины и выклиниванием гранитометаморфического слоя.
3. В пределах Баренцевоморского трога прослежена зона выклинивания гранито-метаморфи-ческого слоя.
4. На периферии Балтийского щита Русской плиты отмечена область выклинивания осадочного чехла.
с
км
0
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
17
и
Рис. 3. Схема рельефа поверхности границы фундамента.
5. В пределах северной части Тимано-Печорской плиты (Печорскоморская впадина) мощность консолидированной коры увеличивается и изменяется в пределах 36-38 км. Исследуемая территория характеризуется трехслойным разрезом земной коры (плитный тип).
6. Региональный максимум амплитудой до 90 миллигал, наблюдаемый в пределах Мезенской синеклизы, обусловлен плотностной аномалией (плотность пород до 3,4 г/см3) и поднятием границы Мохоровичича. Возможно, он связан с проникновением мантийных магматических масс в зону их ба-зификации, что типично для бортовых частей грабенов.
7. Преобразования коры в процессе формирования седиментационных бассейнов континентальной окраины характеризуются не только её
утонением, но и блоковым строением слоев верхней консолидированной коры.
8. Для бассейна Баренцева моря свойственны крупные блоки горных пород с выделенными границами и плавным компенсационным поднятием кровли мантии.
Результаты количественной интерпретации гравитационных аномалий подтверждают субокеа-ническое происхождение земной коры, залегающей в основании Баренцевоморского бассейна, для которой характерны: сокращенная мощность и высокие значения плотности пород. Региональные высокоамплитудные аномалии, обнаруженные в наблюденном гравитационном поле, отображают выступы фундамента и блоков консолидированной коры.
Построенные схемы рельефа поверхностей фундамента, Конрада, Мохоровичича и средних зна-
с
t
Ю
км
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
чений плотности выделенных слоев отображают общие черты глубинного строения и распределения плотностных характеристик исследуемого региона и требуют дальнейшего уточнения с привлечением результатов магнитометрии и термометрии. Развитие современных методик и технологий, их использование на примерах Тимано-Печорского и Барен-цевоморского седиментационных бассейнов будут способствовать дальнейшему изучению геологического строения территории и выбора приоритетных путей исследования.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. и аналитической ведомственной целевой Программы “Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)”
0 100 200 км
Рис. 4. Схема рельефа поверхности границы Конрада.
Литература
1. Аминов Л.З., Кобрунов А.И., Моисеенкова С.В. и др. Методика интегрированной интерпретации гравиметрических данных в условиях слабой изученности с целью построения объемных региональных плотностных моделей седиментационных бассейнов //Геология и минеральные ресурсы Европейского Северо-Востока России: материалы XIV Геологического съезда Республики Коми. Т. IV. Сыктывкар : Геопринт, 2004. С. 79-81.
2. Кобрунов А.И., Петровский А.П., Даниленко А.Н., и др. Методика и технологии эволюционного комплексного анализа геолого-геофи-зической информации //Актуальные научнотехнические проблемы развития геолого-гео-физических промысловых и поисково-разведочных работ в Республике Коми. Книга 3. Ухта, 2003. С. 109-175.
км
14
16
18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
3. Барабанов М.И., Куделин С.Г. Программный редактор геолого-геофизических моделей среды “GeoVIP” и его функциональные возможности //Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Москва, 25-29 января 2010г.: Материалы 37-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского». М.: ИФЗ РАН, 2010. С. 54-58.
4. Объяснительная записка к тектонической карте Баренцева моря и северной части Евро-
пейской России масштаба 1:2500000/В.И.Бо-гацкий, Н.А. Богданова, С.Л. Костюченко и др. Институт литосферы РАН при участии ВНИИморгео, Тимано-Печорского отделения ВНИГРИ и др., 1996. 94 с.
5. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Баренц регион / Кол. авт. под ред. Ф.П. Митрофанова, Н.В. Шарова, Апатиты: изд-во Кольского НЦ РАН, 1998.
Ч. I. 237с.; Ч. II. 205 с.
