CC BY
28
УДК 550.347.29
DOI: 10.33764/2618-981Х-2019-2-2-180-186
СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ В КОЛЛИЗИОННОЙ ЗОНЕ СИБИРСКОГО КРАТОНА И ВЕРХОЯНО-КОЛЫМСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ СИСТЕМЫ (ПРОФИЛЬ 3-ДВ)
Владимир Дмитриевич Суворов
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник, тел. (383)330-60-18, e-mail: SuvorovVD@ipgg.sbras.ru
Елена Александровна Мельник
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, зав. лабораторией, тел. (383)330-60-18, e-mail: MelnikEA@ipgg.sbras.ru
Признаки коллизионной структуры выражены в верхней коре передовым Приверхоян-ским и локальным тыловым прогибами, разделенными высокоскоростным массивом, скорее всего, магматического происхождения. Граница кратона под углом около 15о погружается под кору складчатой системы, где характерный для кратона слой нижней коры со скоростью 6,7-6,9 км/с отсутствует и скорость во всей коре также пониженная. Скорость на Мохо в кра-тоне повышена до 8,3 км/с, а под складчатой системой уменьшена до 7,9-8,0 км/с.
Ключевые слова: земная кора, скорость преломленно-рефрагированных и отраженных продольных волн, метод лучевого трассирования, коллизионная зона, Сибирь.
SEISMIC STRUCTURE OF THE CRUST
IN THE COLLISION ZONE BETWEEN SIBERIAN CRATON
AND VERHOYANO- KOLYMA FOLDED SYSTEM (3-DV PROFILE)
Vladimir D. Suvorov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik
Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, D. Sc., Chief Researcher, phone: (383)330-60-18, e-mail: SuvorovVD@ipgg.sbras.ru
Elena A. Melnik
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Head of Laboratory, phone: (383)330-60-18, e-mail: MelnikEA@ipgg.sbras.ru
The signs of the collisional structure are expressed in the upper crust by the advanced Priverhoyansk forland and local hinterland basins is separated by a high-speed array, most likely of magmatic origin. The boundary of the craton at an angle of about 15 ° is submerged under the crust of the folded system, where the characteristic layer of the craton lower crust at velocity of 6,7-6,9 km /s is absent and the velocity in a whole crust is reduced, as well as along the Moho from 8,3 to 7,9-8,0 km / s.
Key words: the crust, refracted, reflected P-waves, forward ray tracing, seismic velocity, collision zone, craton, folded system, Siberia.
Введение
Рассматриваемые данные являются частью комплекса геофизических и геологических исследований вдоль профиля 3-ДВ, входящего в систему опорных региональных профилей Российской Федерации [1, 6]. Рассматриваемая часть профиля пересекает слабо изученную геолого-геофизическими методами зону сочленения архейского Сибирского кратона и мезо-кайнозойской Верхояно-Колымской складчатой системы [2, 3]. Изучение структуры земной коры такой области представляет интерес в связи с геодинамической интерпретацией тектонических блоков, выделенных, в основном, по данным приповерхностной геологической изученности и региональной геофизики [1, 3, 5, 6].
Рис. 1. Положение рассматриваемого участка профиля 3-ДВ на структурной схеме [3]. Криволинейная трасса наблюдений (вдоль зимней автотрассы) показана жирной линией с номерами пунктов возбуждения МПВ.
Приведены названия пересеченных профилем тектонических структур: СД - Сет-
те-Дабанская тектоническая зона, О - Окраинный, В-Восточно-Сетте-Дабанский
Представляемые здесь результаты заметно отличаются от рассмотренных в [4]. Увеличена длина участка профиля 3-ДВ в сторону складчатой области, а дополнительные уточнения, связанные с использованием не только волн в первых вступлениях, но и отраженных, позволили более обосновано интерпретировать зону сочленения, как коллизионную структуру.
Данные и способы обработки
Сейсмические наблюдения вдоль криволинейного профиля получены по двум системам наблюдений МПВ (метод первых вступлений) и ГСЗ. В качестве источников возбуждения МПВ использовалась группа вибраторов «Русич» (30 т) с шагом вдоль линии наблюдений 10 км при длине свипа 30 с в полосе частот
10-36 Гц. Длина расстановки станций (input-output) равнялась 40 км при шаге между сейсмоприемниками 50 м. Пункты возбуждения (ПВ) и наблюдения размещались вдоль автомобильной трассы, поэтому фактическое расстояние между ПВ изменялось в интервале 7-9 км, а расстояние источник-приемник до 35-38 км в зависимости от кривизны дороги. Положение профиля определено ломаной линией, соединяющей ПВ, длина которой меньше расстановки сейсмоприемников.
Система наблюдений ГСЗ определена средним расстоянием между пунктами возбуждения (взрывы в неглубоких водоемах) 15-30 км, телеметрическими четырех канальными станциями «Роса-А» с шагом между ними 3-6 км и расстоянием источник-приемник до 400-500 км.
Построение сейсмического разреза верхней коры проведено прямым лучевым трассированием методом направленного подбора [7] при невязках между наблюденными и теоретическими временами пробега волн, не превышающих в среднем 0,05-0,07 с. В зависимости от кривизны линии наблюдения и влияния латеральных неоднородностей, когда положение лучевых плоскостей на встречных годографах значительно различалось, невязки на отдельных локальных участках могли увеличиваться до 0,1-0,15 с.
По данным ГСЗ невязки увеличивались в среднем до 0,1-0,2 с, что примерно соответствует фазе регистрируемых колебаний. Однако, на отдельных локальных участках невязки также возрастали (вследствие кривизны линии наблюдения и влияния латеральных неоднородностей), особенно при моделировании годографов отраженных волн, регистрирующихся в последующих вступлениях, где подбор параметров осуществлялся не по временам первых вступлений, а по наиболее интенсивным фазам колебаний.
Примеры виброграмм и результаты моделирования иллюстрируют волновую картину на участках профиля с наиболее отчетливыми фазами отраженных волн, определяющими возможность обнаружения слоистости в пределах прогибов. Важно отметить различие в качестве прослеживемости отраженных волн в прямом и встречном направлениях. Часто это связано с геометрией отражающих горизонтов и, по-видимому, повышенным фоном помех в виде интенсивных боковых отражений, а также и случайного шума. В таких случаях непрерывность построения отражающих границ вдоль профиля является условной из-за отсутствия отражений на отдельных участках профиля. Так, например, отраженные волны являются более отчетливыми во встречном направлении (рис. 2), тогда как в прямом направлении их прослеживание затруднено помехами значительной интенсивности. Отметим также увеличение времен пробега волн и повышенное затухание интенсивности волн в окрестности первых вступлениях в сторону Тылового прогиба, заполненного породами с относительно пониженной скоростью. В прямом направлении мощность слоев значительно уменьшается, что определяет сближение годографов закритических отражений.
Особенности моделирования структуры земной коры связаны с повышенной ролью закритических отраженных волн, прослеживаемых в последующих и в видимых первых вступлениях (левая сейсмограмма на рис. 3).
ПВ136 ПВ 1Б6
1340 1365 1390 1415 1520 1545 1570 153®
Расстояние гта профилю (км) Расстояние по профилю (км)
Рис. 2. Примеры редуцированных виброграмм (нормализованные) и лучевых схем распространения преломленно-рефрагированных и отраженных волн на участке Приверхоянского (слева) и Тылового (справа) прогибов с наблюденными и теоретическими годографами при скорости редукции 6,4 км/с.
На разрезе толстые линии соответствуют границам со скачком скорости, тонкие -изолиниям скорости в км/с. Пункты возбуждения показаны треугольниками с номерами
профиль В ЛВ 10
Расстояние по профилю (км)
Рис. 3. Примеры редуцированных (нормированных и фильтрованных в полосе частот 2-5-17-20Гц) сейсмограмм ГСЗ (скорость редукции 7,0 км/с) и результаты моделирования совместно с лучевыми траекториями
распространения волн. Рп - преломленная и РтР отраженная волны от Мохо. Другие условные обозначения см. на рис. 2
В прямом направлении из этого же ПВ волны, пересекающие высокоскоростную аномалию (выражена участком повышенной кажущейся скорости), характеризуются пониженной интенсивностью. При этом годограф отраженной волны от Мохо в закритической области (в зоне коллизии) имеет сложную форму при довольно протяженной области интенсивных отражений между модельными годографами волн Рп и РтР, (ПВ 6, левая часть рис. 3). Хорошо видно также повышение значений времен пробега волны Рп в складчатой области в сравнении с кратоном, достигающие 1с, а в рельефе Мохо наблюдается скачкообразное уменьшение глубины его залегания. Это сопровождается понижением скорости вследствие значительного утолщения слоя верхней коры со скоростью 5,9-6,2 км/с.
Результаты
В сейсмическом разрезе верхней коры выявлены Приверхоянский передовой и тыловой прогибы, разделенные блоком с аномально повышенной до 6,5-6,6 км/с скоростью (рис. 4). Протяженность передового прогиба около 250 км, тыловой около 30 км. Относя к поверхности архейского фундамента границу со скоростью 5,9-6,2 км/с на глубине около 1-2 км, наблюдаемую в прибортовой платформенной части Вилюйской синеклизы, можно предполагать его погружение в передовом прогибе на глубину 6 км.
Рис. 4. Сейсмический разрез верхней коры с рельефом дневной поверхности (вверху).
Жирные линии соответствуют границам выделенных слоев с скачком скорости или изменениями ее градиентов. Значения скорости даны в км/с. Черными треугольниками показаны пункты возбуждения с номерами
При этом покрывающую толщу пород со скоростью 4,6-5,9 км/с можно отнести к дислоцированным палеозойским отложениям. Остается не понятной природа толщи пород со скоростью 6,1-6,2 км/с и мощностью в прогибе до почти 4 км. В западной приплатфоменной части разреза скорость в этом слое увеличивается до 6,2-6,4 км/с. При этом в тыловом прогибе мощностью до 7 км залегают породы с примерно такой же скоростью 4,2-5,6 км/с как и в передовом.
Разделяет эти прогибы блок (возможно, магматический массив) протяженностью около 40 км. В западной его части скорость понижена до 5,9-6,1 км/с и увеличивается с глубиной до 6,4-6,5 км/с. Восточная, штокообразная часть, характеризуется скоростью 6,5-6,6 км/с при практически не изменяющейся с глубиной скоростью до 6,60-6,65 км/с, характерной для основных пород.
Интерес вызывает сравнение особенностей дневного рельефа относительно расположения структурных особенностей верхней коры. Так, понижение рельефа в начальной части профиля соответствует передовому прогибу, но Тыловой располагается на горном склоне хр. Сунтар-Хаята, что не является характерным для структуры, заполняющейся осадочными отложениями. Это можно объяснить тем, что время формирования Тылового прогиба (вероятно, одновозрастного с передовым) предшествовало горообразованию, обусловленному коллизией. Отсюда также следует, что и магматический массив также может иметь доколиззионный возраст.
Уточненная структура земной коры (в сравнении с [4]) при более отчетливых коллизионных признаках, представленных выклинивающимся слоем нижней коры со скоростью 6,7-6,9 км/с и значительным (до глубины 30 км) утолщением верхней коры со скоростью 5,7-6,2 км/с (рис. 5).
Рис. 5. Сейсмический разрез земной коры вкрест простирания
коллизионной зоны.
Толстые линии - сейсмические границы со скачком скорости или с изменениями ее градиента, тонкие - изолинии скорости с значениями в км/с. Штриховой черной линией показана граница кратона, падающая на восток под углом около 15о. Черные треугольники с номерами - положение пунктов возбуждения ГСЗ
Глубина Мохо в коллизионной зоне скачком уменьшается от 50 до 45 км, маркируя положение границы кратона в коре вдоль вероятного разлома с углом падения около 15о. Размеры магматического массива увеличиваются от 40 км вблизи поверхности до 80 км на глубине около 25 км, где характеризующая его скорость 6,5-6,6 км/с приближается к ее значениям в нижней коре. Также по данным ГСЗ, фактически по временам пробега отраженных волн от внутрикоровой границы на глубине около 30 км и Мохо, мощность пород с относительно пониженной скоростью в Тыловом прогибе увеличилась по сравнению с данными преломленно-рефрагированных волн, распространяющихся в верхней коре (рис. 2, слева, рис. 4), от 7-8 до 12-14 км.
Работа выполнена при поддержке проекта ФНИ № 0331-2019-0006 «Структуры и напряженно-деформированное состояние земной коры платформенных и складчатых областей Центральной Азии на основе совместного решения обратных задач сейсмологии и гравиметрии».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин - основа глубинного 3D картографирования территории Российской Федерации и ее континентального шельфа / С.Н. Кашубин, Е.Д. Мильштейн, И.Ю. Винокуров, Ю.М. Эринчек, Р.Б. Сержантов, В.Ю. Татаринов // Региональная геология и металлогения. - 2016. - № 67. - С. 43-48.
2. Модель формирования орогенных поясов Центральной и Северо-Восточной Азии / Л.М. Парфенов, Н.А. Берзин, А.И. Ханчук, Г. Бадарч, В.Г. Беличенко, А.Н. Булгатов, С.И. Дриль, Г.Л. Кириллова, М.И. Кузьмин, У. Ноклеберг, А.В. Прокопьев, В.Ф. Тимофеев, О. Томуртогоо, Х. Янь // Тихоокеанская геология. - 2003. - Т. 22. - № 6. - С. 7-41.
3. Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия) / Под редакцией Л.М. Парфенова и член-корреспондента РАН М.И. Кузьмина. - М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. - 571 с.
4. Суворов В. Д., Мельник Е.А. Сейсмическая структура земной коры в зоне сочленения Сибирского кратона и Верхояно-Колымской складчатой системы (профиль 3-ДВ) // Интерэкспо ГЕО-Сибирь: XIV Международный научный конгресс: Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология»: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 23-27 апреля, 2018 г.) - Новосибирск: СГУГиТ, 2018. - Т. 4. - С. 264-271.
5. Концепция региональных геофизических исследований для геологических и минера-генических целей / Ю.К. Щукин, В.А. Ерхов, С.Л. Костюченко, А.В. Липилин, А.К. Сулейманов // Отечественная геология. - 2008. - №4. - С. 50-59.
6. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин / Ю.М. Эринчек, А.В. Липилин, Р.Б. Сержантов, С.Н. Кашубин, Е.Д. Мильштейн // Геофизические методы исследования земной коры: Всеросс. конф., по-свящ. 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Пузырева: сб. материалов (Новосибирск, 8-14 декабря 2014 г). - Новосибирск: Изд-во ИНГГ СО РАН, 2014. - С. 282-288.
7. Zelt C.A., Smith R.B. Seismic travel time inversion for 2-D crustal velocity structure // Geophysical Journal International. - 1992. - № 108 (1) - P.16-34.
© В. Д. Суворов, Е. А. Мельник, 2019
