Глубинное строение шельфа Баренцево-Карского региона по данным сейсмических геотраверсов

Общая характеристика работы.

Проблема строения земной коры и происхождения Баренцевского, Карского, Печорского, Беломорского прогибов интересна многим исследователям в связи с тектоникой плит, геологической историей региона, прогнозированием и поисками минеральных ресурсов. Несмотря на большой объём геолого-геофизических работ, множество вопросов глубинной тектоники и геодинамики региона, имеющего сложное и изменчивое строение земной коры, остаются неразрешёнными.

Целью и содержанием данной работы является получение новой информации о глубинном строении коры рассматриваемого региона и характера плитных сочленений по результатам обработки и интерпретации данных по профилям Глубинного Сейсмического Зондирования (ГСЗ) c использованием метода однородных функций. Профили выполнены в пределах "Федеральной программы создания сети опорных геофизических профилей, параметрических и сверхглубоких скважин". Метод однородных функций интерпретации и обработки годографов преломленных волн в настоящее время развивается на кафедре сейсмометрии и геоакустики МГУ им. М.В. Ломоносова. Совершенствуются алгоритмы, разрабатываются формы представления разрезов (визуализация), исследуются возможности метода при различных системах наблюдений и в различных регионах Земли.

В качестве исходных материалов для получения сейсмических разрезов были использованы наблюденные годографы по профилям ГСЗ в пределах Баренцевоморского, Карского, Печорского и Беломорского бассейнов, предоставленные ФГУ НПП "Севморгео". По результатам обработки автором получены сейсмические разрезы по трем региональным профилям ГСЗ общей длиной более 3000 км.

Актуальность проблемы

1. Развитие современных методов интерпретации глубинных сейсмических данных является актуальной проблемой геофизики;

2. Выяснение особенностей строения коры Арктического шельфа России вызывает интерес у многих исследователей с целью изучения тектоники и возможности моделирования древних геодинамических обстановок.

3. Актуальность исследования акваторий Севера России, помимо основной фундаментальной проблемы их формирования и динамики, определяется и практическими задачами, связанными с перспективами обнаружения нефтяных и газовых месторождений.

Цель работы

1. Исследование возможностей метода однородных функций в условиях сложно построенного Баренцево-Карского шельфа для весьма плотной системы наблюдений;

2. Выявление особенностей тектонического и геологического строения коры Арктического шельфа России и прибрежных регионов на основе детальной современной интерпретации данных сейсморазведки.

Задачи, которые необходимо рассмотреть в процессе обработки и интерпретации данных ГСЗ, были следующими:

1. Выбрать оптимальный граф обработки путем перебора параметров (интервалы интерполяции в отношении приемников и источников, размер сетки поля скорости при построении разрезов);

2. Обосновать достоверность разрезов;

3. Произвести геологическую и тектоническую интерпретацию полученных разрезов;

4. Провести сравнительный анализ полученных разрезов и разрезов по данным других исследователей с учетом гравиметрии, магнитометрии и теплового потока;

5. Сформулировать и обосновать ранее неизвестные черты строения региона, полученные в процессе работы.

Защищаемые положения

1. Метод однородных функций является геологически и геофизически эффективным для обработки и интерпретации очень детальных данных глубинного сейсмического зондирования в Арктическом регионе;

2. Под поднятиями Ферсмана и Федынского, вблизи Западно-Кольского прогиба и в районе Адмиралтейского мегавала в консолидированной коре существуют крупные складчато-надвиговые структуры. В центральных частях складок выделены области пониженной скорости - возможно останцы магматических камер. Глубинное строение указанных поднятий, в целом, соответствует спрединговым центрам. Практически идентичные структуры получены в районах поднятия Ферсмана и Адмиралтейского мегавала. Эти структуры совместно можно рассматривать как сегменты палеоспредингового хребта, включающего крупный палеотрансформный разлом в районе Лудловской седловины;

3. На границе между Северо-Баренцевской впадиной, Новой Землей и структурами Баренцевской плиты на разрезах по профилям 1-АР и 2-АР выделена шовная зона. Предположено, что шовная область проходит в области палеотрансформного разлома. На западном обрамлении Новой Земли в прошлое геологическое время, возможно, существовала зона субдукции;

4. Внутри мощного осадочного слоя Северо-Баренцевской впадины и Южно-Карской впадины прослежены серии рифтогенных структур, механизм формирования которых предположительно можно связать с возникновением асимметричных рифтов над пологими вязкими сбросами по Вернике. Утоненная нижняя кора впадин разбита разломами на блоки;

5. Глубинный разрез Южно-Карской впадины свидетельствует о том, что здесь в прошлое геологическое время мог существовать задуговой бассейн. В центральной части впадины присутствовал центр спрединга, а в районе Северо-Сибирского порога существовала зона субдукции;

6. Структуры, свидетельствующие об обстановке пассивной континентальной окраины, получены в районе сочленения Балтийского щита и Кольско-Колгуевской моноклинали и у восточной границы Новой Земли.

Научная новизна

Для получения хорошо разрешенных и высоко информативных структурных разрезов с помощью метода однородных функций в рамках данных работ, в районе шельфа Арктических морей, выбрана оптимальная система наблюдений методом перебора параметров интерполяции. Таковой является система с шагом 4 км по профилю между приемниками и с использованием годографов из источников с шагом 10-20 км.

Расшифровано глубинное строение поднятий в Баренцевом море (Ферсмана и Федынского), а также района Западно-Кольского прогиба и Адмиралтейского мегавала как крупно амплитудных складчато-надвиговых структур. Одновременно они могут быть интерпретированы как сегменты палеспредингового хребта, в центральных частях которых существуют останцы магматических камер. Предполагается, что крупный палеотрансформный разлом существует в районе Лудловской седловины;

Впервые с помощью новых сейсмических разрезов обосновано предположение о существовании палеосубдукции в районе шовной зоны, обрамляющей Северо-Баренцевскую впадину со стороны Новой Земли. Также впервые сейсмическими разрезами подтверждено предположение о Южно-Карской впадине как задуговом море в палеозойское время.

В центральной части Южно-Карской впадины и в западной части Печороморской впадины выделяются резко выраженные аномальные скоростные структуры, которые интерпретируются как центры палеоспрединга.

Практическая ценность работы и личный вклад автора

Исследования - обработка, построения и сравнительный анализ, а также геологическая интерпретация и геологические обобщения - выполнены автором лично.

Практическая ценность работы заключается в:

- исследовании возможностей метода однородных функций при интерпретации плотной системы годографов в условиях сложно-построенного шельфа северных морей России;

- получении новой информации о глубинном строении Баренцевого, Карского, Печорского и Белого морей;

- возможном использовании полученных разрезов для оценки перспектив нефтегазоносности регионов;

- возможном включении материалов данного исследования при создании моделей геологической и тектонической эволюции литосферы морей Севера России.

Фактический материал. В качестве данных для построения разрезовиспользовались годографы преломленных волн, предоставленные ФГУ НПП "Севморгео", по профилям 1-АР, 2-АР и 3-АР, выполненным в 1995-2005 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных конференциях геоученых и инженеров (EAGE) International Geophysical Conferences & Exhibitions: Москва, 2003; Санкт-Петербург, 2006 и Санкт-Петербург, 2008, а также на международной конференции молодых ученых и специалистов <Геофизика-2003>, Санкт-Петербург, 2003.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, десяти глав, заключения общим объемом ... страницы, включая .... рисунков. Список литературы составляет .... наименований, в том числе .... на иностранных языках.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, ведущему научному сотруднику В.Б. Пийп за внимание и помощь на всех этапах подготовки работы.

Автор благодарен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ: доктору физико-математических наук, профессору М.Л. Владову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Старовойтову, А.П. Ермакову; профессору кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ М.Г. Ломизе, а также коллективу Музея Землеведения МГУ профессорам Е.П. Дубинину и Ю.И. Галушкину за консультации и ценные замечания.

Особую благодарность автор выражает сотрудникам ФГУ НПП <Севморгео> кандидатам физико-математических наук Ю.В. Рослову и Т.С. Сакулиной за предоставленные сейсмические материалы и доктору геолого-минералогических наук М.Л. Вербе за консультацию.

Отдельно автор благодарит свою сестру Куницыну А.В., без помощи которой выход данной работы был бы затруднителен.