CC BY
16
УДК 550.347.29
DOI: 10.183 03/2618-981X-2018-4-264-271
СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ КОРЫ В ЗОНЕ СОЧЛЕНЕНИЯ 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 лаборатории глубинных геофизических исследований и региональной сейсмичности, 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 глубинных геофизических исследований и региональной сейсмичности, тел. (383)330-60-18, e-mail: MelnikEA@ipgg.sbras.ru
В Предверхоянском прогибе мощность деформированных осадочных отложений достигает 8-10 км. Сетте-Дабанская тектоническая зона характеризуется аномально повышенной, до 6,4 км/с, скоростью, прослеженной на глубину до 20 км. В нижней части земной коры Верхояно-Колымской складчатой системы отсутствует слой со скоростью 6,7-6,9 км/с, характерный для Сибирской платформы.
Ключевые слова: сейсмические методы МПВ, ГСЗ, лучевое трассирование, Предвер-хоянский прогиб, земная кора.
SEISMIC STRUCTURE OF THE CRUST IN THE CONVERSION ZONE
OF THE SIBERIAN CRATON AND THE VERKHOYANO-KOLYMA FOLD SYSTEM
(PROFILE 3-DV)
Vladimir D. Suvorov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Prospect Аkademik Koptyug St., Novosibirsk, 630090, Russia, D. Sc., Chief Researcher, Laboratory of Deep Geophysical Investigations and Regional Seismology, 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 of Deep Geophysical Investigations and Regional Seismology, phone: (383)330-60-18, e-mail: MelnikEA@ipgg.sbras.ru
The thickness of the deformed sedimentary deposits in the Predverkhoyansk trough reaches 8-10 km. The Sette-Daban tectonic zone to a depth of up to 20 km is characterized by an abnormally high speed up to 6,4 km/s. In the crust lower part of the Verkhoyansk-Kolyma fold system there is no layer with a velocity of 6,7-6,9 km/s, which is typical for the Siberian platform.
Key words: refracted and reflected waves, deep seismic sounding, forward ray tracing, Predvekhoyansk trough, the earth crust.
Введение
Данные являются частью комплекса геофизических и геологических исследований вдоль профиля 3-ДВ, входящего в систему региональных опорных профилей РФ, создаваемых с целью составления комплексных геолого-геофизических, структурно-вещественных и геодинамических моделей земной коры, верхов мантии и выяснения закономерностей размещения месторождений твердых полезных ископаемых относительно глубинных структур земной коры [2-4]. Нами рассматривается участок профиля вкрест Предверхоянского прогиба (рис. 1) по данным МПВ (метод первых вступлений) и ГСЗ.
Рис. 1. Структурная схема Южно-Верхоянского сектора [9] с дополнениями:
СД - Сетте-Дабанская тектоническая зона; разломы: О - окраинный, В - Восточ-но-Сетте-Дабанский; сплошные линии - надвиги, сдвиги и сбросо-сдвиги. Сплошной линией показано положение профиля 3-ДВ и номера вибрационных источников на его краях
Интерес к этому отрезку профиля связан с определением восточной границы Сибирского кратона, где мощность и структура деформированных платформенных осадочных отложений слабо изучены. Они важны как для оценки нефтегазового потенциала, так и для составления геодинамических моделей формирования и развития коллизионной Верхояно-Колымской системы [5, 6, 9, 10].
Сейсмические модели построены методом двумерного прямого лучевого трассирования [11]. Сейсмические параметры (скорость и глубина) рассчитаны методом проб и ошибок при достижении минимальных невязок между наблюденными и теоретическими временами пробега волн. Мы не используем метод сейсмической томографии, результаты которого при изучении верхней части земной коры оказываются слишком сглаженными, неудовлетворительно соответствуют наблюденным данным на участках с контрастными неоднородностя-ми и слабо коррелируются с геологическими данными [1, 8].
Моделирование структуры верхней коры
При полевых наблюдениях применялось группирование четырех 30-тонных вибраторов СВ-30-1506 «Русич» (группирование на базе 40-50 м при количестве вибровоздействий 10-16) и с линейным свипом длительностью 30 с в полосе частот 10-36 Гц. Наблюдения выполнены вдоль автомобильной трассы при расстояниях между сейсмоприемниками 50 м и между пунктами возбуждения 10 км с длиной годографов 40 км.
На рис. 2 представлена коррелограмма, полученная в области контрастных изменений времен пробега волн и соответствующего выклинивания толщи осадочных отложений со скоростью 4,7-5,9 км/с и мощностью до 8-10 км. Невязки между теоретическими и наблюденными временами пробега волн до 0,05-0,07 с. можно считать удовлетворительными, поскольку они соответствуют видимому периоду колебаний и к тому же в условиях значительной кривизны линии наблюдения. Хорошо видно, что фактические максимальные расстояния источник-приемник уменьшены на 5-7 км при длине линии наблюдений 40 км.
ПО 142 ф
1М
1400 Ы2в 1450 1474
О|8(апс0 (кт)
Рис. 2. Коррелограмма в редуцированном масштабе времен (скорость редукции - 6,4 км/с) в области Предверхоянского прогиба:
зеленые линии соответствуют наблюденным годографам, красные - теоретическим; треугольниками (вверху) показано положение пунктов возбуждения; внизу лучевая схема распространения волн и модельный разрез со значениями скорости в км/с
Толща осадков представлена двухслойной моделью со скоростью в верхнем слое 4,7-5,2 км/с и во втором - 5,4-5,9 км/с. В приподнятом блоке скорость достигает 6,1-6,4 км/с, что характерно для кристаллических горных пород.
Моделирование структуры земной коры
Данные ГСЗ представлены детальными наблюдениям взрывов в мелких водоемах с шагом 30-40 км и длине годографов до 300-400 км при расстояниях 3-5 км между телеметрическими регистрирующими станциями «Роса». Модель земной коры дополнена (к 11 слоям верхней коры) тремя слоями, характеризующими среднюю и нижнюю части коры и верхи мантии.
Результаты моделирования структуры земной коры иллюстрируются на примере двух ПВ с наблюдениями в прямом и встречном направлениях (рис. 3). Как видно, полностью подобрать параметры модели так, чтобы теоретические и наблюденные годографы совпали с точностью до фазы (по аналогии с данными МПВ), не удалось, но в целом теоретические времена пробега волн в первых и последующих вступлениях удовлетворительно соответствуют основным характерным особенностям этих годографов. Важно, что изменения времен первых вступлений в ГСЗ коррелируются с региональными особенностями в верхней коре и подошва блока с аномально повышенной скоростью ограничивается на глубине около 20 км.
Рис. 3. Пример моделирования разреза в области наиболее контрастных изменений свойств земной коры:
вверху сейсмограммы с наблюденными годографами первых и последующих вступлений (красные линии) и теоретическими (синие) в редуцированном масштабе времен (скорость редукции 6,4 км/с); аббревиатуры волн: Pg - рефрагиро-ванная, распространяющаяся в земной коре, Рп, РтР - преломленная и отраженная волны от Мохо, РсР - рефрагированная, проникающая в нижнюю часть коры; внизу лучевые схемы распространения волн и скоростная модель; толстые линии с кружками - сейсмические границы, тонкие - изолинии скорости и лучевые траектории
Верхняя часть земной коры характеризуется контрастными изменениями скорости по глубине и по латерали (рис. 4). Толщу осадочных пород в области прогиба представить тремя слоями. Первый - с относительно пониженной ско-
ростью 3,3-4,9 км/с и переменной мощностью от 2,0 км до выклинивания под хр. Сетте-Дабан. В этом же направлении в нем усиливаются признаки складчатости при латеральных изменениях скорости. Второй слой - со скоростью 4,4-5,0 км/с и наибольшей мощностью до 2,0 км под хр. Сетте-Дабан, где его кровлей является дневная поверхность. Третий слой мощностью до 3,0 км погружается под хр. Сетте-Дабан на глубину до 4-7 км. Скорость в нем увеличивается с глубиной, от 5,2-5,3 км/с до 5,8 км/с на глубине около 7-8 км.
Особое внимание привлекает часть разреза, относящаяся непосредственно к Верхоянскому складчато-надвиговому поясу, где выделяется участок с повышенной, до 6,5-6,6 км/с, скоростью (рис. 4). По геологическим данным, он соответствует Сетте-Дабанскому тектоническому блоку (рис. 1), ограниченному на западе Окраинным и на востоке Восточно-Сетте-Дабанским разломами. Он сложен интенсивно деформированными отложениям венда и палеозоя в виде систем складок, часто с вертикальными шарнирами [7], что отражается в близвертикаль-ных изолиниях скорости. Бурхалинский разлом в центральной части блока [7, 9] маркируется зоной изменений скорости по горизонтали, от 5,0-5,5 км/с в западной части до 5,9-6,2 км/с в восточной (рис. 1, 4). В восточной части блока возможно присутствие магматических образований в виде даек.
Рис. 4. Сейсмический разрез верхней коры на участке профиля 1 100-1 510 км:
тонкими линиями показаны изолинии скорости; толстыми - сейсмические границы со скачком скорости, значения в км/с; треугольники - пункты возбуждения
В земной коре по данным ГСЗ уточнено (в сравнении с рис. 4) положение подошвы Предверхоянского прогиба, где фундамент Сибирской платформы со скоростью 5,9-6,1 км/с погружен на глубину до 20 км, протягиваясь под хр. Сетте-Дабан на расстояние около 50 км (рис. 5). С перерывом под Сетте-Дабанской тектонической зоной изолиния скорости 6,1 км/с прослеживается под хр. Сунтар-Хаята на глубине около 18-20 км и воздымается к востоку до уровня 8-10 км. В этой части профиля в земной коре отсутствуют признаки сейсмической границы с достаточно резким скачком скорости, которую можно было бы отождествить с кровлей кристаллического фундамента (детачмента) [9], подстилающего складчатый осадочный чехол. Исключением является трехслойный прогиб (метаморфический пояс, рис. 1) общей мощностью до 18 км,
расположенный на участке между Восточно-Сетте-Дабанским разломом и хр. Сунтар-Хаята (рис. 1, 5). Скорость в приповерхностном слое мощностью до 1 км достигает 3,9 км/с, второй, мощностью около 5 км, характеризуется скоростью 4,9-5,0 км/с и в третьем, мощностью 12 км, она увеличивается до 5,25,6 км/с. В подстилающей толще скорость повышена до 6,1 км/с. На востоке, за пределами прогиба, скорость в приповерхностном слое мощностью до 1-2 км достигает 5,2-5,3 км/с, который подстилается толщей верхней коры мощностью 16-18 км со скоростью 5,7-5,9 км/с.
Сибирская платформа Предверхо янс к ий прогиб Верхоянский складчато
г г налпигппыиппАГ
1100 1200 1300 1400 1500 1600
Рис. 5. Структура земной коры на участке профиля 1 100-1 700 км:
толстыми линиями показаны сейсмические границы со скачком скорости; тонкими - ее изолинии, в км/с
На фоне общего прогиба Мохо под Предверхоянским прогибом до глубины около 50 км наблюдается инверсионное по отношению к подошве верхнего низкоскоростного слоя (рис. 4) поднятие амплитудой до 8,0 км. В верхах мантии под этим поднятием скорость достигает 8,3 км/с, тогда как на сопредельных участках она понижена до 8,0 км/с. В пределах складчатой системы (к востоку от Сетте-Дабанского тектонического блока) в низах коры отсутствует слой с повышенной в среднем до 6,8-6,9 км/с скоростью, характерной для платформы.
Полученные результаты имеют значение для геодинамической интерпретации структуры земной коры и верхов мантии в области сочленения Сибирского кратона и Верхояно-Колымской складчатой системы, а в пределах последней - в связи с изучением структуры до- и постаккреционных металлоге-нических поясов [9].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Беляшов А. В., Суворов В. Д., Мельник Е. А. Сейсмическое изучение верхней части разреза на участке Семипалатинского ядерного испытательного полигона // Технологии сейсморазведки. - 2013. - № 3. - С. 64-75.
2. Глубинное геолого-геофизическое изучение недр России: Современное состояние и основные задачи / Р. Б. Сержантов, С. Н. Кашубин, Ю. М. Эринчек и др. // Региональная геология и металлогения. - 2013. - № 53. - С. 26-31.
3. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин / Ю. М. Эринчек, А. В. Липилин, Р. Б. Сержантов и др. // Геофизические методы исследования земной коры: материалы Всероссийской конференции, посвящен-
ной 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.
4. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин - основа глубинного 3D картографирования территории РФ и ее континентального шельфа / С. Н. Кашубин, Е. Д. Мильштейн, И. Ю. Винокуров и др. // Региональная геология и металлогения. - 2016. - № 67. - С. 43-48.
5. Гриненко В. С., Мишнин В. М., Истомин И. Н. Новые представления о перспективах нефтегазоносности шарьяжно-надвиговых структур Алданского Приверхоянья // Вестник ГосКомГеологии РС(Я). - 2003. - № 1. - С. 35-43.
6. Парфенов Л. М., Прокопьев А. В., Тарабукин В. П. Палеонтологические доказательства крупных надвиговых перемещений в Южном Верхоянье // Доклады Академии наук. -1998. - Т. 361, № 5. - С. 667-670.
7. Прокопьев А. В. Кинематика мезозойской складчатости западной части Южного Верхоянья. - Якутск : ЯНЦ СО АН СССР, 1989. - 128 с.
8. Скоростная модель глубинного строения Чульманской впадины по данным первых вступлений / В. Д. Суворов, Е. А. Мельник, З. Р. Мишенькина, А.С. Сальников // Технологии сейсморазведки. - 2016. - № 2. - С. 109-117.
9. Тектоника, геодинамика и металлогения территории Республики Саха (Якутия) / под ред. Л. М. Парфенова, М. И. Кузьмина. - М. : МАИК «Наука / ИнтерпПериодика», 2001. -571 с.
10. Parfenov L. M. Tectonics of the Verkhoyansk-Kolyma Mesosoides in the context of plate tectonics // Tectonophysics. - 1991. - Vol. 199, Is. 2-4. - P. 319-342.
11. Zelt C. A., Smith R. Seismic traveltime inversion for 2D crustal velocity structure // Geophys. J. Int. - 1992. - Vol. 108. - P. 183-204.
REFERENCES
1. Beljashov A. V., Suvorov V. D., Mel'nik E. A. Sejsmicheskoe izuchenie verhnej chasti razreza na uchastke Semipalatinskogo jadernogo ispytatel'nogo poligona // Tehnologii sejsmorazvedki. - 2013. - № 3. - S. 64-75.
2. Glubinnoe geologo-geofizicheskoe izuchenie nedr Rossii: Sovremennoe sostojanie i osnovnye zadachi / R. B. Serzhantov, S. N. Kashubin, Ju. M. Jerinchek i dr. // Regional'naja geologija i metallogenija. - 2013. - № 53. - S. 26-31.
3. Gosudarstvennaja set' opornyh geologo-geofizicheskih profilej, parametricheskih i sverhglubokih skvazhin / Ju. M. Jerinchek, A. V. Lipilin, R. B. Serzhantov i dr. // Geofizicheskie metody issledovanija zemnoj kory: materialy Vserossijskoj konferencii, posvjashhennoj 100-letiju so dnja rozhdenija akademika N.N. Puzyreva: sb. materialov, Novosibirsk, 8-14 dekabrja 2014 g. -Novosibirsk : Izd-vo INGG SO RAN, 2014. - S. 282-288.
4. Gosudarstvennaja set' opornyh geologo-geofizicheskih profilej, parametricheskih i sverhglubokih skvazhin - osnova glubinnogo 3D kartografirovanija territorii RF i ee kontinental'nogo shel'fa / S. N. Kashubin, E. D. Mil'shtejn, I.Ju. Vinokurov i dr. // Regional'naja geologija i metallogenija. - 2016. - № 67. - S. 43-48.
5. Grinenko V. S., Mishnin V. M., Istomin I. N. Novye predstavlenija o perspektivah neftegazonosnosti shar'jazhno-nadvigovyh struktur Aldanskogo Priverhojan'ja // Vestnik GosKomGeologii RS(Ja). - 2003. - № 1. - S. 35-43.
6. Parfenov L. M., Prokop'ev A. V., Tarabukin V. P. Paleontologicheskie dokazatel'stva krupnyh nadvigovyh peremeshhenij v Juzhnom Verhojan'e // Doklady Akademii nauk. - 1998. -T. 361, № 5. - S. 667-670.
7. Prokop'ev A. V. Kinematika mezozojskoj skladchatosti zapadnoj chasti Juzhnogo Verhojan'ja. - Jakutsk : JaNC SO AN SSSR, 1989. - 128 s.
8. Skorostnaja model' glubinnogo stroenija Chul'manskoj vpadiny po dannym pervyh vstuplenij / V. D. Suvorov, E. A. Mel'nik, Z. R. Mishen'kina, A. S. Sal'nikov // Tehnologii sejsmorazvedki. - 2016. - № 2. - S. 109-117.
9. Tektonika, geodinamika i metallogenija territorii Respubliki Saha (Jakutija) / Pod red. L. M. Parfenova, M. I. Kuz'mina. - M. : MAIK «Nauka / Interperiodika», 2001. - 571 s.
10. Parfenov L. M. Tectonics of the Verkhoyansk-Kolyma Mesosoides in the context of plate tectonics // Tectonophysics. - 1991. - Vol. 199, Is. 2-4. - P. 319-342.
11. Zelt C. A., Smith R. Seismic traveltime inversion for 2D crustal velocity structure // Geophys. J. Int. - 1992. - Vol. 108. - P. 183-204.
© В. Д. Суворов, Е. А. Мельник, 2018
