1
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение (задача работ, экспериментальный материал, геологическая
характеристика региона, геолого-геофизическая изученность............. 2
Глава I. Характеристика экспериментального материала но химическим взрывам и типы волновых полей........................... 13
1. Профиль “Кварц”..................... —..............................-...........................23
2. Профиль “Рифт”.................................................... 25
Глава И. Методика построения скоростных моделей...................... 28
1. Анализ волновой картины, выбор интерпретационной модели............31
2. Метод математического моделирования .............................. 39
Глава III. Оценка неоднозначности и достоверности
структурных построений ................ -......................... 40
1. О неоднозначности структурных построений...........................40
2. Точность и достоверность построений............................... 54
Глава IV. Структура земной коры ------------------------------------- 60
1. Профиль “Кварц” ................................ -...-............ 60
2. Профиль ”Рифт”..................................................—62
3. Сопоставление полученных разрезов с предыдущими построениями 70
Глава V. Характеристика экспериментального материала по ядерпым взрывам и модели верхней мантии по региональным профилям..............73
1. Общая характеристика волновой картины и моделей верхней мантии 73
2. Профиль “Кварц”—.—................................................ 81
3. Профиль “Рифт” .................................................. 91
4. Профиль “Метеорит” ........................................... 102
Глава VI. Общие особенности структуры верхней мантии.................106
1. Расслоенность верхов мантии, характеристика главных границ .......106
2. Горизонтальная неоднородность скоростей........................... 107
3. Высокоскоростные блоки верхней мантии Сибирской платформы.........107
Заключение- ..................................-......................116
Список литературы .................................................. 121
2
Введение, задачи работ.
Одной из наиболее актуальных проблем наук о Земле является изучение законов формирования ее внешних оболочек и крупных геологических структур. Для решения этой проблемы необходимо знать глубинное строение различных по истории развития геоструктур, их связь со строением и процессами в верхней мантии. Уникальную возможность для таких исследований представляет глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ), выполненное в пределах России на так называемых сверх'длинных профилях. На этих профилях в качестве источников использовались ядерные взрывы, что позволило зарегистрировать волны до удалений в 3000 км, и проникнуть внутрь Землг до 700 км, то есть осветить всю верхнюю мантию и переходную зону к нижней мантии.
Актуальными являются и вопросы интерпретации сейсмических данных на больших глубинах, оценка достоверности построений сейсмических моделей и определение их геолого-геофизической значимости.
Настоящая работа посвящена результатам обработки данных по трем сверхдлинным профилям: Мурманск-Кызыл (“Кварц”), Ямал-Кяхта (“Рифт”) и частично Диксон-Хилок (“Метеорит”). Профили пересекают несколько ключевых структур территории России: Восточно-Европейскую и Сибирскую древние платформы, Тимано-Печорскую и Западно-Сибирскую молодые плиты, Северный Урал и Байкальскую рифтовую зону (рис. 1).
Глубинные сейсмические зондирования по этим профилям были выполнены Специальной региональной геофизической экспедицией (СРГЭ, ныне Центр ГЕОН) согласно плана Министерства геологии СССР по созданию на территории СССР сети региональных сейсмических профилей (Егоркин, 1980, 1991, 1999). Задачей этих работ было изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии до глубины 700 км. Изучение земной коры проводилось с помощью химических взрывов, для определения структуры мантии на каждом профиле были выполнены три-четыре ядерных взрыва.
Обработка материалов по химическим взрывам выполнялась регулярно после завершения полевых экспериментов, в результате чего были построены детальные разрезы земной коры вдоль всех профилей (Егоркин, 1980, 1991). Основное внимание при этом было уделено внутренней структуре земной коры, рельефу поверхности фундамента и границы Мохоровичича. Материалы по ядериым взрывам интерпретировались независимо от данных химических
10
(главным образом вдоль рек) с шагом в 10-20 км передвигалась группа из источника и нескольких сейсмических станций. Расстояния между ними сохранялись неизменными с тем, чтобы регистрировать одни и те же опорные волны: от фундамента и от границы М. Эта методика позволила охватить глубинными исследованиями трудно-доступные регионы Сибири. Такого же рода работы осуществлялись в зоне Байкальского рифта и в смежных районах Прибайкалья и Забайкалья (Крылов и др.,1974,1981, Мишенькин и др.,1989)). Большой объем площадных работ по этой методике был выполнен также в Якутии (Суворов,1993). Построенные по таким наблюдениям разрезы были схематичными, но они позволяют достаточно точно определить мощность осадочного чехла и земной коры, а также граничные скорости по фундаменту и по границе М и среднюю скорость в коре. Работы этим методом впервые дали возможность охарактеризовать структуру коры огромной территории Сибири, очертить крупные впадины и выступы, и показать, что кора Сибирской платформы также как и Восточно-Европейской имеет значительную мощность (до 45 км). До этого по данным гравиметрии мощность земной коры оценивалась иногда лишь в 30 км.
Следующим важным этапом глубинных сейсмических исследований этого региона явились работы ГСЗ Специальной Региональной Гефизической Экспедиции (СРГЭ) МинГео СССР (ныне Центр ГЕОН). Работы проводились по системе опорных профилей, которые должны были покрыть всю территорию СССР. Методика исследований была выбрана отличной от непрерывного профилирования и специального дифференцированного зондирования (Щукин, Солодилов, 1998). Это были системы наблюдений со встречными и нагоняющими годографами и с регистрацией всего волнового поля, но они отличались большими расстояниями между станциями - в среднем 10 км.
Исследования СРГЭ проводились на изучаемой территории с 70-ых годов. За это время отработано несколько профилей, пересекающих с запада на восток и с севера на юг Сибирскую платформу и Западно-Сибирскую плиту и северную часть Восточно-Европейской платформы (рис. 1). Длина каждого профиля составляет от 2500 до 3500 км. Методика их отработки была одинаковой /Егоркин и др.,1980, 1991/. Использовались 3-х компанентные автономные станции “Тайга” с частотным диапазоном от 2 до 20 Гц. Они выставлялись на профилях с помощью вертолетов через каждые 10 км и работали в автономном режиме в течение семи-восьми дней. За этот период выполнялись до 50 взрывов (до 5 тонн тротила из группы скважин), располагавшихся вдоль
11
профиля в среднем через 60-100 км. Регистрировались одновременно и землетрясения и случайные промышленные взрывы. Такая методика полевого эксперимента позволила регистрировать волны разного типа - продольные и поперечные, а также обменные волны. Поэтому эта методика была названа многоволновой сейсмикой.
Отличительной особенностью профилей ГЕОНа являлось также использование в качестве источника не только химических, но и мирных ядерных взрывов. Они выполнялись на ряде профилей (по 2-4 взрыва на профиль с расстоянием между ними в среднем 1000 км) и позволили получить записи до удалений в 3000 км (максимальная длина профилей). В результате была получена информация о строении всей верхней мантии и переходной зоны к нижней мантии до глубины 700 км (Егоркин, 1999в, Егоркин, Костюченко, 1991). Ядерные взрывы позволили не только изучить верхнюю мантию, но и расширить информацию о структуре земной коры. Они позволили выделить обменные проходящие волны от границ в коре и верхней мантии на наиболее благоприятном для них интервале удалений от источника (800-1500 км).
Глубинные сейсмические исследования в изучаемом регионе в достаточно большом объеме были проведены и методом обменных волн от землетрясений (МОВЗ). Этот метод ориентирован на регистрацию обменных проходящих волн от землетрясений. Для этого уже в 60-е годы был создан первый вариант автономной трехкомпонентной станции “Земля” с магнитной записью (Померанцева, Мозженко, 1977). Станции выставлялись на несколько месяцев группами или по профилю, они регистрировали землетрясения и промышленные взрывы. Из записей выбираются обменные волны, образовавшиеся на границах в земной коре и в верхах мантии. Наиболее устойчивыми границами оказались горизонт А в средней коре и граница М. Отсутствие данных о скоростях не позволило использовать этот метод, как самостоятельный, но он лег в основу обработки данных ГСЗ и сейсмологии по выделению обменных волн. В 70-х и 80-х годах было проведено обобщение результатов МОВЗ. По наиболее выдержанным и увереным горизонтам, поверхности фундамента и разделов А и М были составлены структурные схемы (Булин, 1981)
С конца 70-х годов работы ГСЗ и МОВЗ были дополнены исследованиями методом ОГТ с многократными перекрытиями, которые позволяют изучить внутренную структуру всей толщи осадочного чехла и выделять сложнопостроенные объекты в консолидированной коре. Наибольший объем
- Київ+380960830922