CC BY
22
УДК 550.834
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-3-303-311
СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ В ЗАБАЙКАЛЬЕ ПО СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ (ПРОФИЛЬ 1-СБ)
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: [email protected]
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: [email protected]
Для земной коры Забайкалья в целом характерны пониженные значения средней скорости 6.2-6.4 км/с во всей ее толще по сравнению со значениями 6.4-6.5 км/с на Сибирской платформе и Алданском щите. При контрастных структурах верхней коры выявлен пологий рельеф Мохо, залегающий на глубинах около 40 км. По данным ГСЗ обнаружены неоднородности в земной коре и изменения скорости в верхах мантии, коррелирующие с структурно-тектоническими блоками по геологическим данным.
Ключевые слова: глубинное сейсмическое зондирование, лучевое трассирование, земная кора, Забайкалье.
REGIONAL TECTONIC STRUCTURE OF THE TRANSBAIKALIA CRUST FROM SIESMIC DATA (PROFILE 1-SB)
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: [email protected]
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: [email protected]
The Transbaikalia crust in general are characterized by lower average velocity 6.2-6.4 km/s if compare it with 6.4-6.5 km/s on the Siberian platform and Aldansky Shield. The contrasting structures of the upper crust revealed a gentle relief of the Moho, underlying at depths of about 40 km. According to the DSS found corresponding on the location of heterogeneity in the Earth's crust and changes in velocity at the top of the mantle, which are correlated with the structure-tectonic blocks according to the geological data.
Key words: deep seismic investigation, ray tracing, earth crust, Transbaikalia.
Представленные данные являются частью большого комплекса геофизических и геологических исследований вдоль профиля, входящего в систему опорных региональных профилей Российской Федерации [Кашубин и др., 2016]. Задача исследований состоит в изучении глубинного строения крупных геологических провинций, создании современных комплексных геолого-геофизических, структурно-вещественных и геодинамических моделей земной коры и верхней мантии и выяснение закономерностей размещения полезных ископаемых относительно глубинных структур. Профилем 1-СБ пересечен Центрально-Азиатский складчатый пояс (рис. 1), представленный разнообразными и разновозрастными тектоническими структурами, разделенными разломами северо-восточного простирания.
Рис. 1. Схема наблюдений ГСЗ (пункты взрыва - черные кружки) на фрагменте цифровой Тектонической (геолого-структурной) карты России.
М-б 1 : 2 500 000, ФГУП «ВСЕГЕИ», 2003 г.
Рассматриваются результаты изучения всей толщи земной коры по данным ГСЗ. Использованы наблюдения на разобщенных четырех канальных станциях «Роса-А», с шагом между станциями 3-5 км. Возбуждения проводились взрывами тротила до 4-6 т в мелких водоемах с шагом 15-30 км в зависимости от имеющихся возможностей размещения зарядов.
Основным методом построения разреза является прямое лучевое трассирование распространения опорных сейсмических волн, как в первых, так и последующих вступлениях [Zelt & Smith, 1995]. Методом проб и ошибок определяются параметры разреза, при которых различие между наблюденными и теоретическими временами пробега волн, как правило, не превышает 0.1-0.15 с. Однако в отдельных случаях это различие может быть и больше вследствие кри-волинейности профиля наблюдений из-за влияния трехмерных приповерхностных неоднородностей в горных условиях, где кривизна профиля наибольшая.
На рис. 2 показан пример монтажа сейсмограмм из пункта взрыва (ПВ) 5, расположенного в начальной части профиля, где наиболее полно удалось выделить основные опорные волны ГСЗ. До удалений от источника около 25 км в первых вступлениях выделяется волна с кажущейся скоростью 5.7-5.9 км/с, с удалением от ПВ кажущаяся скорость увеличивается до 6.0-6.3 км/с. Следует особенно подчеркнуть корреляцию локальных аномалий времен с приповерхностными скоростными неоднородностями.
Рис. 2. Результаты моделирования разреза земной коры в окрестности ПВ 5
Вверху сейсмограмма с наблюденными годографами (красные линии) и теоретическими (зеленые) в редуцированном масштабе времен, выбранном для подчеркивания аномалий времен, связанных с неоднородностями верхней коры (скорость редукции 6.3 км/с). Аббревиатуры волн: Pg, Pc1 - рефрагирован-ные, распространяющиеся в земной коре, Pn, PmP - преломленные и отраженные волны от Мохо, PcP1, РсР2, РсР3 - отраженные от внутрикоровых границ. Внизу лучевая схема распространения волн в скоростной модели. Толстые линии с кружками - сейсмические границы, тонкие - лучевые траектории.
Преломленная волна на Мохо выходит в первые вступления на удалениях свыше 180 км, с кажущейся скоростью около 8.3 км/с. В целом, волны, регистрируемые в первых вступлениях, достаточно интенсивны, и их корреляция не вызывает больших затруднений.
Дополнительно к традиционной корреляции волн в первых вступлениях сделана попытка выделить последующие волны, которые можно отнести к за-критическим отражениям от границ в земной коре. Таковыми являются отра-
женные от границ в земной коре волны Р^ь PcP2, PcPз с кажущейся скоростью 6.3-6.5 км/с и отраженная волна от Мохо (РтР), надежно прослеживающаяся на встречном годографе из ПВ 5 (рис. 2).
Лучевая схема распространения волн в полученной модели земной коры показана на рис. 2 (внизу). Основным условием при моделировании ее структуры по данным ГСЗ является согласованность со свойствами верхней части коры, полученными по данным КМПВ [Суворов и др., 2016, 2017]. Как видно, полностью подобрать параметры модели так, чтобы теоретические и наблюденные годографы совпали с точностью до фазы, не удалось, но в целом теоретические годографы первых вступлений повторяют основные аномальные особенности формы годографов.
Особый интерес представляют локальные понижения времен пробега волн в первых вступлениях на удалениях от приемника 60 и 100 км в прямом направлении от ПВ. Одну из них удалось смоделировать путем локального прогиба кровли внутрикоровой границы, возможно представляющую собой глубинное продолжение Монголо-Охотского разлома.
На рис. 3 представлен пример волновой картины и результатов теоретического моделирования опорных волн ГСЗ для ПВ 27.
■350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100
Расстояние источник-приемник, км
1050 1150 1250 1350
Расстояние по профилю, км
Рис. 3. Результаты моделирования разреза земной коры в окрестности ПВ 26. Вверху сейсмограмма с наблюденными годографами (красные линии) и теоретическими (зеленые) в редукции 8.0 км/с
Плотная система наблюдений позволяет надежно коррелировать в первых вступлениях преломленную волну на Мохо, кажущаяся скорость для этой части
профиля равна 7.9-8.0 км/с. В последующих вступлениях на встречном годографе надежно выделяется волна, отраженная от Мохо (Р^Р). В редукции 8.0 км/с видно, что асимптотическое значение кажущейся скорости волны Р^ не превышает 6.7-6.8 км/с, что ограничивает максимальную скорость в нижней коре. Важно отметить, что природа выделенных волн подтверждается результатами лучевого моделирования.
Некоторая новизна в обработке данных ГСЗ заключается в оценке максимально возможной мощности нижней коры, при которой годографы распространяющейся в ней преломленно-рефрагированной волны с кажущейся скоростью более 6.6-6.7 км/с выпадают из первых вступлений. С уменьшением глубины залегания кровли нижней коры преломленная волна может быть обнаружена. Дополнительные данные о ее глубине на уровне 20-28 км получены по отраженной волне [Крылов и др., 1981].
Сейсмический разрез коры и верхов мантии представлен на рис. 4. Особой характеристикой кристаллической коры Забайкалья в целом являются пониженные значения средней скорости 6.2-6.4 км/с по сравнению с 6.4-6.5 км/с на Сибирской платформе и Алданском щите, в нижней коре которых присутствует слой с повышенной средней скоростью до 6.7-6.9 км/с.
Рис. 4. Сейсмический разрез земной коры по данным рефрагированных волн и ГСЗ (толстыми линиями показаны сейсмические границы со скачком скорости, тонкими - ее изолинии, в км/с; треугольниками с номерами показано положение источников возбуждения; Структурно-тектонические единицы соответствуют тектонической карте М 1 : 1 000 000, листы М-50, N-50, O-49, 0-50 (интернет-ресурс ftp://ftp.vsegei.ru))
Мезокайнозойские осадочные отложения распространены чаще всего в зонах глубинных разломов и в протяженных прогибах в пределах Монголо-Забайкальской (0-180 км) и Муйской рифтогенной впадин с мощностью до 3 км. Для верхней части кристаллической коры этих блоков характерна сущест-
венная неоднородность, выраженная в локальных изменениях глубины залегания изолиний скорости практически от 0 до 3-5 км. В Селенгино-Становой области рельеф изолиний скорости 6.2-6.3 км/с в верхней коре менее контрастный, а скорость 6.2 км/с наблюдается на значительно большей глубине 10-15 км. Осадочные отложения Сибирской платформы характеризуются двухслойным прогибом, в верхней части которого залегают породы со скоростью около 3.8 км/с, и более мощного второго слоя (5-8 км), заполненного отложениями, характеризующимися скоростями 5.3-5.9 км/с. В целом, мощность осадочной толщи может достигать 7-8 км.
На глубине 10-18 км удалось частично (там, где скачок скорости достигает 0.1 км/с и более) проследить границу в верхней коре с граничной скоростью 6.3 км/с. В первых вступлениях мы наблюдаем преломленную волну от этой границы только на ее приподнятых участках, когда эта волна наблюдается в первых вступлениях. Граница образует пологий подъем протяженностью около 200 км, с апикальной частью на глубине около 10 км, в окрестности Монголо-Охотского разлома (250-450 км профиля), затем погружается под Западно-Становую складчатую систему (450-650 км). Под Алдано-Становым щитом (650-900 км) она снова поднимается до 10-11 км, при переходе в Байкальскую складчатую зону вновь погружается до глубин 16-20 км, и на такой же глубине прослеживается при переходе в Сибирскую платформу. Также интересной особенностью является обнаружение в земной коре корня Кутомарской гранитог-нейсовой купольной структуры (120-140 км) со скоростью 6.3 км/с, прослеженного на глубину до 10-12 км, где он теряется на фоне скорости, характерной для верхней-средней коры.
Кровля нижней коры со скачком скорости 6.35-6.6 км/с залегает под Монголо-Забайкальской системой на глубине 20-23 км и погружается в зоне Монголо-Охотского разлома, образуя локальный прогиб (220-450 км профиля), заполненный линзообразной неоднородностью со скоростью 6.45-6.5 км/с. Глубина залегания кровли этой линзы определена по отраженной волне. Далее к северу, под Селенгино-Становой складчатой областью (450-970 км), отмечается пологое поднятие внутрикоровой границы до глубины 20 км с амплитудой около 10 км. Скорость, 6.6-6.7 км/с, в нижней коре вдоль всего профиля остается практически постоянной.
При столь контрастных структурах верхней коры неожиданным является довольно пологий рельеф Мохо, залегающий на глубине от 39-40 км на участке профиля 0-600 км и постепенно увеличивающийся до 45-47 км под Байкальской складчатой областью. Под Сибирской платформой глубина Мохо уменьшается до 40-42 км. Скорость на Мохо изменяется от 7.9 до 8.5 км/с, в пределах блоков с размерами от 100 до 200 км. Наибольшие значения характерны для Монголо-Забайкальской складчатой системы, а наименьшие - для Байкальской складчатой области (рис. 4).
Анализируя в целом структурно-тектонические особенности приповерхностной части коры, полученные по данным КМПВ [Суворов и др., 2017], и всей земной коры по данным ГСЗ, вдоль профиля можно выделить шесть блоков,
коррелирующих определенным образом для всей толщи коры. Первый - на участке 0-200 км, ограниченный Куренгинским структурным швом, который прослеживается с глубиной в направлении на выклинивающуюся часть линзообразной аномалии и далее, до контакта между уменьшением скорости на Мохо от 8.5 до 8.4 км/с.
Второй блок расположен между Куренгинским швом и Монголо-Бушулейским разломом, его северное ограничение наклонно прослеживается до выклинивания линзообразной неоднородности в нижней коре и далее до Мохо, где скорость уменьшается от 8.4 до 8.3 км/с. В пределах этого блока наблюдается поднятие границы со скоростью 6.3 км/с и амплитудой около 8-10 км. В пределах третьего, довольно протяженного блока коры, на участке 400-710 км, с пологой изолинией скорости 6.0 км/с, на глубине 3-5 км, выделен прогиб границы со скоростью 6.3 км/с и амплитудой до 8-10 км. Границу этого блока можно определить положением приповерхностного повышения скорости до 6.2-6.3 км/с на участке к северу от п. Усть-Каренга (700-720 км). В земной коре это аномальное, возможно, магматическое тело коррелируется с утолщением слоя нижней коры (кровля на глубине 20 км).
К четвертому блоку можно отнести Западно-Становую структурно-фациальную зону (Алданский щит, 720-900 км, рис. 1, 4). В его пределах приповерхностная часть коры характеризуется контрастными изменениями скорости в интервале 5.5-6.0 км/с при также значительных вариациях мощности слагающих толщ пород. Эта структура находится в пределах приподнятого положения границы со скоростью 6.3 км/с и ограничена на севере локальной приповерхностной аномалией с повышенной до 6.1-6.2 км/с скоростью. На Мохо эта зона соответствует участку с повышенной до 8.3 км/с скоростью. Более контрастные по глубине аномалии скорости наблюдаются в пределах Байкало-Муйской структурно-фациальной зоны (пятый блок, 900-1190 км), граница которого может расширена до пересечения с р. Алдан. При наклонных зонах сочленения она уверенно может быть соотнесена с Байкальской рифтовой зоной с аномально пониженной до 7.9 км/с скоростью на Мохо [Крылов и др., 1981; Соловьев и др., 2017]. Вблизи поверхности она хорошо выражена в цепочке локальных прогибов, заполненных низкоскоростными отложениями, наиболее мощными (до 3 км) в Муйской рифтовой впадине. Последний блок земной коры (шестой) относится уже к Сибирской платформе и выражен пологим прогибом амплитудой до 8 км, заполненным осадками со скоростью 3.8-5.9 км/с. Зона сочленения его с рифтовой системой выражена локальными повышениями скорости до 6.1-6.3 км/с, прослеженными до глубины около 20 км.
Региональные структурно-тектонические блоки земной коры по данным ГСЗ, которые можно выделить по корреляционным признакам между приповерхностными и глубинными сейсмическими характеристиками, не полностью соответствуют складчатым системам и областям по официально изданным тектоническим картам (см. рис. 1, 4). Это требует уточнения и более обоснованного комплексного геолого-геофизического изучения структурно-тектонических и вещественных характеристик земной коры, особенно в приповерхностой ее
части, в связи с поисками прогнозных критериев размещения месторождений полезных ископаемых.
Работа выполнена при финансовой поддержке Комплексной программы фундаментальных исследований СО РАН по проекту Междисциплинарных интеграционных исследований № 71.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кашубин С. Н., Мильштейн Е. Д., Винокуров И. Ю., Эринчек Ю. М., Сержантов Р. Б., Татаринов В. Ю. Государственная сеть опорных геолого-геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин - основа глубинного 3D картографирования территории РФ и ее континентального шельфа // Региональная геология и металлогения. -2016. - № 67. - С. 43-48.
2. Крылов С. В., Мандельбаум М. М., Мишенькин Б. П., Мишенькина З. Р., Петрик Г. В., Селезнев В. С. Недра Байкала (по сейсмическим данным). - Новосибирск : Наука, 1981. - 104 с.
3. Соловьев В. М., Чечельницкий В. В., Сальников А. С., Селезнев В. С., Лисей-кин А. В., Галёва Н. А. Особенности скоростного строения верхней мантии Забайкалья на участке Монголо-Охотского орогенного пояса // Геодинамика и тектонофизика. - 2017. -Т. 8. - N 4. - С. 1065-1082.
4. Суворов В. Д., Мельник Е. А., Мишенькина З. Р., Сальников А. С. Скоростная модель глубинного строения Чульманской впадины по данным первых вступлений // Технологии сейсморазведки. - 2016. - № 2. - С. 109-117.
5. Суворов В. Д., Мельник Е. А., Сальников А. С. Региональное структурно-тектоническое районирование верхней коры Забайкалья по данным КМПВ (профиль 1-СБ, южный участок) // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 4. - С. 100-105.
6. Zelt C.A., Smith R. Seismic traveltime inversion for 2D crustal velocity structure // Geophys. J. Int. - 1992. - V. 108. - P. 183-204.
REFERENCE
1. Kashubin S. N., Mil'shtejn E. D., Vinokurov I. Yu., Erinchek Yu. M., Serzhantov R. B., Tatarinov V. Yu. Gosudarstvennaya set' opornyh geologo-geofizicheskih profilej, parametricheskih i sverhglubokih skvazhin - osnova glubinnogo 3D kartografirovaniya territorii RF i ee kontinental'nogo shel'fa // Regional'naya geologiya i metallogeniya. - 2016. - № 67. - S. 43-48.
2. Krylov S. V., Mandel'baum M. M., Mishen'kin B. P., Mishen'kina Z. R., Petrik G. V., Seleznev V. S. Nedra Bajkala (po sejsmicheskim dannym). - Novosibirsk : Nauka, 1981. - 104 s.
3. Solov'ev V. M., Chechel'nickij V. V., Sal'nikov A. S., Seleznev V. S., Lisejkin A. V., Galyova N. A. Osobennosti skorostnogo stroeniya verhnej mantii Zabajkal'ya na uchastke Mongolo-Ohotskogo orogennogo poyasa // Geodinamika i tektonofizika. - 2017. - T. 8. - N 4. -S.1065-1082.
4. Suvorov V. D., Mel'nik E. A., Mishen'kina Z. R., Sal'nikov A. S. Skorostnaya model' glubinnogo stroeniya Chul'manskoj vpadiny po dannym pervyh vstuplenij // Tekhnologii sejsmorazvedki. - 2016. - № 2. - S. 109-117.
5. Suvorov V. D., Mel'nik E. A., Sal'nikov A. S. Regional'noe strukturno-tektonicheskoe rajonirovanie verhnej kory Zabajkal'ya po dannym KMPV (profil' 1-SB, yuzhnyj uchastok) //
Interekspo GEO-Sibir'-2017. XIII Mezhdunar. nauch. kongr. (g. Novosibirsk, 17-21 aprelya 2017): Mezhdunar. nauch. konf. \"Nedropol'zovanie. Gornoe delo. Napravleniya i tekhnologii poiska, razvedki i razrabotki mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. Ekonomika. Geoekologiya\": Sbornik materialov v 4 t. - 2017. - T. 2. - № 4. - S. 100-105.
6. Zelt C.A., Smith R. Seismic traveltime inversion for 2D crustal velocity structure // Geophys. J. Int. - 1992. - V. 108. - P. 183-204.
© Е. А. Мельник, В. Д. Суворов, 2018
