CC BY
16
УДК 549 903 55(1)
А.В. Куницын, В.Б. Пийп
СТРОЕНИЕ КОРЫ БАРЕНЦЕВО-КАРСКОГО РЕГИОНА
ПО ДАННЫМ ДЕТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДОМ ГЛУБИННОГО
СЕЙСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ. СТАТЬЯ 2
Сейсмогеологические разрезы в Баренцево-Карском регионе по геотраверсам 1-АР, 2-АР и 3-АР общей протяженностью около 4000 км получены с помощью компьютерного пакета программ "Годограф", разработанного на кафедре сейсмометрии и геоакустики МГУ В качестве исходных данных использовались годографы преломленных волн примерно из 100 источников по каждому профилю Приведены разрезы по профилю 3-АР на участках Белого, Печорского и Карского морей и их геологическая интерпретация На разрезах, достигающих глубины 40—50 км, прослежены главные коровые границы, складчато-надвиговые, рифтовые, палеоспрединговые структуры и зоны палео-субдукции Охарактеризованы возможный характер сочленения Южно-Карской и Северо-Карской впадин Приведен вариант геодинамической интерпретации структур в районе Баренцево-Карского региона
Введение. В 1995—2005 гг были выполнены детальные сейсмические исследования по геотраверсам 1-АР, 2-АР и 3-АР общей протяженностью примерно 4000 км в рамках Федеральной программы создания сети геофизических профилей. Детальные исследования проводились на отраженных (ОГТ) и преломленных волнах (ГСЗ)
По результатам обработки годографов с использованием компьютерного пакета программ "Годограф", разработанного на кафедре сейсмометрии и геоакустики МГУ, вычислены сейсмические разрезы В предыдущей статье [Куницын, Пийп, 2008] опубликованы результаты интерпретации по профилям 1-АР и 2-АР Здесь приводятся сейсмические разрезы по профилю 3-АР на участках Белого, Печорского и Карского морей, достигающие глубины 40—50 км, и их геологическая интерпретация На полученных разрезах, прослежены главные коровые границы, складчато-надвиговые, а также рифтовые и палеоспрединговые структуры Для района Северо-Сибирского порога получено изображение зоны палеосубдукции
Тектоника. Южно-Карская впадина — морское продолжение северной окраины Западно-Сибирской плиты С северо-запада, запада и юго-запада серией дугообразных разломов впадина отделена от Баренцевской и Но-воземельской плит Южно-Карская и Северо-Карская впадины разделены Северо-Сибирским тектоническим порогом (рис 1) Фундамент Южно-Карской впадины имеет допозднедевонский возраст и рассечен системой узких грабенов в центральной части Предполагается, что процесс раздвига в Карской впадине способствовал формированию надвиговых структур Новой Земли в раннем мезозое [Объяснительная ,1996]
В строении Баренцево-Карской континентальной окраины и ее бассейнов заметную роль сыграл магматизм Юрский этап тектонической активизации, обусловленный плюмовым магматизмом, привел к рифтингу Меловой этап был связан с рифтогенезом, его переходом в спрединг с аккрецией меловой океанической коры и отмиранием спредингового центра [Шипилов, Карякин, 2008]
Печороморская впадина, по геологическим данным, представляет собой смещенное на запад по серии вдоль-
береговых сбросо-сдвигов морское продолжение Тимано-Печорской плиты Северным и северо-западным ограничением впадины является флексурно-сбросовая зона На востоке впадина ограничена структурами Пайхойско-Новоземельского складчатого пояса Фундамент Тимано-Печорской плиты сложен позднепротерозойскими оса-дочно-метаморфическими породами с эффузивными и интрузивными образованиями
Беломорская провинция, занимающая юго-западную часть исследуемой области, расположена в пределах Восточно-Европейской платформы Впадина представляет собой депрессию лопастной формы, заполненную водами Белого моря В истории геологического Беломорского региона выделяют две стадии авлакогенную и плитную [Девдариани, 1985]
Онежско-Кандалакшский, Керецкий и Лешуконский авлакогены были заложены в рифее вдоль глубинных разломов В вендское время началась коренная перестройка структурного плана платформы, с которой связаны правосторонние сдвиги, разделившие Онежско-Кандалакшский авлакоген на ряд грабенов Во время плитной стадии в венд-протерозойское время произошло обособление Балтийского щита и Русской питы, это этап слабой тектонической активности с преобладанием поднятий С середины палеогена территория региона испытывала опускание, связанное с образованием Беломорской впадины и затоплением водами моря
Методика исследований. Вдоль профиля 3-АР (рис 1) длиной около 2000 км были проведены детальные сейсмические исследования методом отраженных и преломленных волн в различных модификациях
При глубинном сейсмическом зондировании в качестве источников использовались пневмопушки, в качестве приемников — донные станции Донные станции устанавливали с интервалом около 40 км, возбуждение сейсмических волн производили с шагом около 250 м Расстановки донных станций обеспечивали получение годографов глубинных преломленных и отраженных волн до расстояния 200—300 км
31 35 39 43 47" 51 55 59 63 67 71 75 79 83
—- опорные профили 1 -АР и 2-АР
..................... опорный профиль 3-АР Беломорский, Печорский и Карский участки
---государственная граница
- граница «серой зоны»
Рис 1 Тектоническая схема региона с указанием положения региональных профилей 1-АР, 2-АР и 3-АР, по [Строение , 2005] 1 — Западно-Кольский прогиб, 2 — свод Федынского, 3 — Демидовский авлакоген, 4 — свод Ферсмана, 5 — Малыгинский грабен, 6 — поднятие Вернадского, 7 — Адмиралтейский вал, 8 — Скуратовское поднятие, 9 — Русановское поднятие, 10 — Оксинский грабен, 11 — Керецкий грабен, 12 — Лудлов-
ская седловина
При обработке сейсмических данных исследователи использовали кинематическую обработку в рамках различных скоростных моделей, а также строили волновые изображения (динамических разрезов) отражающих и преломляющих границ Мы использовали для интерпретации данных новую, отличную от общепринятой методику, в результате были получены более глубокие, детальные и более информативные разрезы
Методика однородных функций для обращения годографов. Технология метода обработки основана на свойствах однородных функций Скоростные разрезы построены с использованием компьютерной технологии "Годограф", разработанной в МГУ им М В Ломоносова Теория метода и технология программы рассмотрены в статьях [Рнр, 2001, Куницын, Пийп, 2008]
При геологической интерпретации полученных скоростных разрезов основные критерии выделения слоев, границ раздела и структур следующие Самым главным
признаком принадлежности к тому или иному слою коры являются величины скорости, которыми характеризуются те или иные участки разреза Границы раздела определяются по наличию скачков скорости или ее градиента в скоростном поле Значения скорости точнее всего отражают вещественный состав слоев, а их градиент характеризует степень консолидации той или иной толщи Из многочисленных предыдущих исследований методом однородных функций известно, что кровля фундамента часто является инверсионной границей, а скорость внутри фундамента вблизи кровли в среднем составляет около 5,8 км/с Осадочный слой характеризуется повышенными значениями градиента скорости Скорость в верхней консолидированной коре колеблется в интервале 5,8—6,5 км/с Скорость в средней коре может варьировать от 6,4 до 6,6 км/с В нижней коре интервал изменения скорости 6,5—7,8 км/с Принимается во внимание также следующее свойство главных
слоев коры внутри каждого слоя существует своя раз-ломная сеть, и, как правило, разломы не пересекают главные коровые разделы
Геологическая интерпретация разрезов. Профиль 3-АР состоит из трех отрезков, он пересекает Кандалакшский и Керецкий грабены Беломорской впадины, Сенгейский свод и Хорейверскую впадину в Печорском море, проходит через Южно-Карскую впадину и заканчивается у Северо-Сибирского порога Полученные разрезы по профилю достигают глубины более 50 км (рис 2, 3)
Карское море В пределах Карского региона профиль 3-АР начинается в районе Северо-Карского порога, пересекает структуры Южно-Карской впадины (в том числе Русановское поднятие) и заканчивается у южного окончания Новой Земли Полученный автоматически сейсмический разрез показан на рис 2 внизу, а вверху приведен разрез с геологической интерпретацией
Южно-Карская впадина характеризуется мощным осадочным слоем, толщина которого достигает 15—18 км В районе Русановского поднятия осадочная толща сокращается до 8 км В некоторых местах осадки разделяются на два подслоя верхний высокоградиентный со скоростью
до 5,7 км/с и нижний с значительной мощностью, со скоростью от 5,5 до 6,2 км/с и низким градиентом скорости
Структура консолидированной коры Южно-Карской впадины, полученная на разрезе, свидетельствует, что, по-видимому, здесь мог существовать задуговый бассейн, так как на разрезе выделяются структуры, которые можно интерпретировать как зону палеосубдукции и палеоспре-динговые центры
Консолидированная кора Южно-Карской впадины в целом имеет двухслойное строение, как и Северо-Ба-ренцевская впадина [Куницын, Пийп, 2008] Мощность консолидированной коры составляет около 30 км.
В восточной части профиля со стороны Северо-Сибирского порога нижняя кора небольшой мощности (10—15 км) опускается под более мощную кору впадины с глубины 15 км до 35—40 км Она разбита поперечными разломами на прямоугольные блоки Самый верхний блок похож по строению на палеоаккреционный клин Нижнюю и верхнюю кору внутри этой стуктуры (второй и третий слои палеоокеанической коры) разделяет параллельный им слой с пониженным градиентом скорости, возможно, это изображение сместителя В мантии (пи-
З-ЮЗ
1300 i
Южно-Карская впадина
Русановское поднятие 1600 1700
I
Южно-Карское поднятие 1900
В-СВ
Северо-Сибирский порог 2000 2100
1300 1400 1500 1600
осадочный слой
|С«1<»Н1ВШШ »»киши верхняя кора
1700 1800 __—— Мохо
1900 2000 2100
расстояние, км
нижняя кора
мантия
Главные разделы в коре
Разломы
области пониженной ...... скорости
Рис 2 Сейсмический разрез по профилю 3-АР — Карское море разрез с геологической интерпретацией (вверху) и автоматически рассчитанный (внизу) Тонкие сплошные линии — изолинии сейсмической скорости Значения скорости — цифры Тон соответствует величине градиента
скорости Сечение изолиний скорости 0,2 км/с
А
Беломорская впадина
З-ЮЗ Онежско-Кандалакшский Керецкий грабен грабен
О 50 100 150 200
В-СВ
З-ЮЗ
Канино-Тиманский складчатый пояс
Оксинский грабен
Печероморская впадина
Сенгейскии
Хорейверская впадина
В-СВ
Коротаихский прогиб
1050 1100
1050 1100 расстояние, км
\ л л \ нижняя кора
Главные разделы в коре
Разломы
области пониженной скорости
мантия
Рис 3 Сейсмические разрезы по профилю 3-АР А — Белое море, Б — Печорское море Вверху — разрезы с геологической интерпретацией, внизу — рассчитанные автоматически Тонкие сплошные линии — изолинии сейсмической скорости Значения скорости — цифры Тон соответствует величине градиента скорости Сечение изолиний скорости 0,2 км/с
48,0
1200,0
Рис 5 Сравнение наблюденных по профилю 1-АР годографов (сплошные линии) с рассчитанными временами (кружки) Внизу показаны сейсмические лучи, вычисленные при решении прямой задачи
1395,6
1591,2
1786,8
1982,4
2178,0 X, км
Демидовски Ю авлакоген 0
й Свод Малыгинский Ферсмана грабен с
Адмиралтейский Прогиб мегавал , Седова в
500 550 600 650 700 750 800 850 Расстояние, км
300 350 400 450 Расстояние, км
Рис 6 Сопоставление сейсмогеологических разрезов в районе свода Ферсмана (А) и Адмиралтейского ме-гавала (Б) Условные обозначения см на рис 2 и 3 Тонкие сплошные линии — изолинии сейсмической скорости Значения скорости — цифры Сечение изолиний скорости 0,5 км/с
ууГ'лг^-д V, ч, ; ,• % ,50иКАд-
ЕГО кратоны
орогены ЩЦ Байкальские
77Л Байкальские 9
Каледонские
1 I Сварбальд-Каледонские 9
Уральские
ЩЩ Хребет Ломоносова
БАССЕЙНЫ ЕллЗ Девонские
ПЕРМСКО-МЕЛОВЫЕ I ! Окраинные КН Центральные
Позднепалеозойские
Границы орогенов -внешние
Папеоспрединг
Пассивные окраины Палеотрансформный разлом
Палеосубдукция
Рис 7 Схема Баренцевского региона и граничных областей, по [Вгетк е1 а1, 2002] с тектоническими элементами, полученными в результате интерпретации разрезов по профилям 1-АР, 2-АР и 3-АР
разломы и сдвиги, совпадающие с известными прогибами и грабенами, которые разделяют указанные поднятия Во многом схожее строение Адмиралтейского мегавала и свода Ферсмана заставило предположить, что это сегменты одного палеоспредингового хребта, разорванного трансформным разломом в районе Лудловской седловины, разделяющей Северо- и Южно-Баренцевские впадины По материалам С В Аплонова, трансформный разлом протягивается на восток до Новой Земли [Апло-нов, 1998]
Между Малыгинским грабеном и Северо-Баренцев-ской впадиной установлено наличие шовной зоны [Ку-
ницын, Пийп, 2008], которую можно рассматривать как область палеотрансформного разлома
Центры палеоспрединга присутствуют в западной части Печороморской впадины и в районе центральной части Южно-Карской впадины Все выделенные палео-спрединговые структуры приурочены к поднятиям фундамента
Южная часть Баренцевского региона в районе Балтийского щита, а также восточное окончание Новой Земли имеют строение, соответствующее типу пассивной континентальной окраины
Нижняя кора глубоких осадочных бассейнов в районе исследований утонена, разбита разломами на блоки и подстилается верхней мантией с пониженной скоростью Это может означать, что погружение здесь происходило вследствие растяжения коры, а не ее эклогитизации
Выводы. 1 Полученные нами данные о строении Южно-Карской впадины свидетельствуют, что, по-видимому, здесь существовал задуговый бассейн В районе Северо-Сибирского порога, возможно, присутствовала зона субдукции, а в центральной части впадины — центр спрединга
2 В районе Печороморской впадины, в ее западной части в верхней и нижней коре выделяется мощная струк-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Аплонов С В Геодинамика Печоро-Баренцевоморского региона попытка комплексного геофизического анализа // Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы Баренц-регион 4 2/ Ред Ф П Митрофанов, Н В Шаров Апатиты КНЦ РАН, 1998 С 82-108
2 Девдариани НА Геологическое строение Беломорской впадины Автореф канд дис М , 1985
3 Куницын А В , Пийп В Б Строение Баренцево-Карского региона по данным детальных исследований методом глубинного сейсмического зондирования Статья 1 // Вестн Моек ун-та Сер 4 Геология 2008 № 3 С 55—63
4 Лобковский ЛИ, Никишин А М, Хаин В Е Современные проблемы геотектоники и геодинамики М Научный мир, 2004
5 Объяснительная записка к тектонической карте Баренцева моря и северной части Европейской России масштаба 1 2 500 000/ Отв ред Н А Богданов, В Е Хаин М , 1996
6 Строение литосферы российской части Баренц-региона / Ред Н В Шаров и др Петрозаводск Карельский научный центр РАН, 2005
тура, которая интерпретируется нами как центр палео-спрединга
3. Под Беломорской впадиной в коре выделена крупная складчато-надвиговая структура, наличие которой может свидетельствовать о существовавшей обстановке сжатия в районе континентальной окраины
4 В районе поднятий Федынского, Ферсмана, а также Адмиралтейского поднятия выделены структуры, являющиеся предположительно сегментами одного палеоспре-дингового хребта, разорванного трансформным разломом в районе Лудловской седловины.
Авторы благодарны сотрудникам ФГУ НПП "Сев-моргео" за предоставленные для интерпретации сейсмические материалы
7 Хаин В Е, Ломизе М Г Геотектника с основами геодинамики Учебник 2-е изд М Книжный дом "Университет", 2005
8 Шипилов Э В, Корякин Ю В Юрско-меловой базальтоид-ный магматизм Баренцево-Карской континентальной окраины геологические и геофизические свидетельства и геодинамические обстановки проявления // Общие и региональные проблемы тектоники и геодинамики Мат-лы XLI Тектонического совещания Т 2 М ГЕОС, 2008
9 BrernkA J, Mjelde R, Grogan P et al A possible Caledonide arm through the Barents Sea imaged by OBS data // Tectonophysics 2002 Vol 355 P 67-97
10 Coffin M , Eldholm О Volcanism and continental break igneous provinces // Magmatism and the causes of continental break-up a global compilation of large / Geol Soc Spec Publ 1992 Vol 68 P 17-30
11 Pup VВ 2D inversion of refraction traveltime curves using homogeneous functions//Geophys prosp 2001 Vol 49 P461—482
Поступила в редакцию 02 06 2008
