Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных

Ермаков, Александр Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных"

На правах рукописи

Ермаков Александр Петрович

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ЧЕРНОМОРСКОЙ ВПАДИНЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НОВОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность 25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2005

Работа выполнена на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

ведущий научный сотрудник Пийп Валентина Борисовна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор

Родников Александр Георгиевич

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Шеремет Олег Георгиевич

Ведущая организация: Музей Землеведения МГУ им. М.В.

Ломоносова

Защита диссертации состоится 21 декабря 2005 года в 14 часов 30 минут на заседании Диссертационного совета Д 501.001.64 при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, ГЗ МГУ, зона «А», Геологический факультет, аудитория 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ (ГЗ МГУ, зона «А», 6-й этаж).

Автореферат разослан ноября 2005 года.

, Ученый секретарь

диссертационного совета

Б. А. Никулин

2- 7 5 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В последнее время в связи с появлением новых компьютерных технологий и методик обработки и интерпретации сейсмических данных появилась возможность извлекать дополнительную информацию из данных сейсморазведки прошлых лет.

Содержанием работы является интерпретация разрезов по профилям Глубинного Сейсмического Зондирования (ГСЗ), полученные Институтом океанологии им. П.П. Ширшова при исследованиях за период с 1956 по 1965 гг. в Черном море. Итогом этих исследований стала сеть профилей ГСЗ, пересекающих Черноморскую впадину в ее западной, центральной и восточной частях. Автор получил сейсмические разрезы по 17 профилям ГСЗ общей протяженностью более 3700 км. В качестве исходных материалов для получения сейсмических разрезов были использованы наблюденные годографы преломленных волн, опубликованные в открытых литературных источниках (Гончаров В.П. и др., 1972; Строение западной..., 1972; Земная..., 1975).

Исследования направлены на выяснение глубинного строения впадины Черного моря и характера сочленения коры Черного моря с его континентальным обрамлением на севере.

Актуальность проблемы

1. Черное море является одним из самых изученных внутренних морей Земли. На протяжении более ста лет на акватории Черного моря и обрамляющей ее суше проводились обширные геологические и геофизические исследования. Тем не менее, до сих пор у геологов нет единой точки зрения на происхождение, время заложения и эволюцию Черноморской котловины, ее глубинное строение и характер сочленения с корой континентального обрамления;

2. Актуальность исследования Черноморского региона, как самостоятельной области Альпийского тектонического пояса, кроме основной фундаментальной проблемы его формирования и динамики, определяется и практическими задачами, связанные с перспективами обнаружения месторождений нефти и газа;

3. Аюуальным является возможность получения дополнительной информации о строении Азово-Черноморского региона на основе

переинтерпретации на современном уротс^^ме^кшоу^^^уоразведки без

библиотека } С.1 •8

С.ПетвфггЛ/(7 }

значительных материальных затрат (в том числе без проведения дополнительных полевых исследований).

Цель работы - построение трехмерной цифровой модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона с использованием современной интерпретации данных сейсморазведки. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Сбор, анализ и цифровое представление сейсмических данных;

2. Изучение геологического строения региона по литературным данным;

3. Построение новых сейсмических разрезов по профилям в Азово-Черноморском регионе и их геологическая интерпретация;

4. Построение глубинных скоростных карт-срезов, их интерпретация и геологическое обобщение;

5. Сопоставление с данными других геофизических методов;

6. Исследование достоверности построенных сейсмических разрезов и карт-срезов;

7. Геологические выводы и обобщения. Защищаемые положения

1. Построенные сейсмические и сейсмогеологические разрезы по профилям в Черном море и скоростные глубинные карты-срезы в совокупности представляют трехмерную глубинную цифровую сейсмогеологическую модель (т.е. модель, имеющую количественные характеристики) строения Земной коры и подкоровой мантии Черного моря;

2. В районе вала Андрусова существует рифтовая (палеорифтовая, палеоспрединговая) структура. Кровля мантии поднимается по оси вала Андрусова до глубин 15 - 20 км. В верхах мантии здесь существуют аномалии пониженной скорости, которые подтверждают наличие мантийного диапира;

3. Сочленение субокеанической коры Западно-Черноморской впадины с континентальной корой Скифской плиты имеет черты характерные для зоны субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);

4. Кора и верхняя мантия Восточно-Черноморской впадины погружена под континентальную кору Кавказа в районе северного и восточного берегов Черного моря;

5. На юго-востоке Крыма и в северной части Азовского моря выделяются структуры, характерные для пассивных окраин континентов;

6. Метод однородных функций может быть использован для переинтерпретации таких относительно малодетальных материалов ГСЗ прошлых лет, какие были получены в Черном море в 50 - 60 - х годах.

Научная новизна

1. Впервые в цифровом виде (в виде сеточной модели) в рамках двумерно-неоднородного представления среды получена трехмерная сейсмогеологическая модель глубинного строения Черного моря;

2. Впервые получены сейсмические разрезы, на которых отображены структуры, подтверждающие существование поддвига (возможно субдукции, палеосубдукции или псевдосубдукции) субокеанической коры и верхней мантии Западно-Черноморской впадины под континентальную кору Скифской плиты;

3. Впервые на полученных сейсмических разрезах выявлено погружение коры и верхней мантии Восточно-Черноморской впадины под кору Кавказа;

4. Впервые на полученных сейсмических разрезах на юго-восточном окончании Крыма и в северной части Азовского моря идентифицированы структуры, характерные для пассивных окраин континентов;

5. Впервые на сейсмических разрезах в Черном море получены структуры характеризующие строение подкоровой мантии до глубин 40 - 50 км, и выделены области аномально низких мантийных скоростей.

Личный вклад и практическая ценность работы

Все исследования и построения, а также геологическая интерпретация и геологические обобщения выполнены автором лично.

Практическая ценность работы заключается в получении новой информации о глубинном строении Азово-Черноморского региона без привлечения дополнительных полевых региональных исследований. Кроме того, возможно использование полученных разрезов и карт при обосновании нефтегазоносности регионов Черного моря. Также материалы данного исследования могут иметь ценность при создании моделей геологической и тектонической эволюции Крымско-Кавказского региона.

Фактический материал

В работе были использованы опубликованные в открытых источниках годографы первых вступлений по профилям ГСЗ. В качестве дополнительных материалов использовались карты рельефа дна Черного моря, магнитного и гравитационного полей, любезно предоставленные лабораторией гравиразведки геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова в лице В.Р. Мелихова и И.В. Лыгина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: на Четвертых геофизических чтениях им. В.В. Федынского, Москва, 2002; на Ломоносовских чтениях, Москва, 2002, 2005; на международной конференции геоученых и инженеров (EAGE) 65th Conference & Exhibition — Stavanger, Норвегия, 2003; на V международной научно-практической геолого-геофизической конференции «ГЕОФИЗИКА-2005», Санкт-Петербург, 2005.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и одного приложения общим объемом аниц,

включая 57 рисунков и 1 таблицу. Список литературы составляет 187 наименований, в том числе 38 на иностранных языках.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, ведущему научному сотруднику В.Б. Пийп за постоянное внимание и помощь при выполнении работы.

Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики МГУ: профессору М.Л. Владову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Старовойтову и Е.А. Ефимовой, кандидату физико-математических наук П.Ю. Степанову; сотрудникам лаборатории гравиразведки кафедры геофизических методов поиска полезных ископаемых МГУ профессору В.Р. Мелихову и кандидату геолого-минералогических наук И.В. Лыгину; сотруднику кафедры динамической геологии МГУ профессору А.Ф. Лимонову за консультации, ценные замечания и поддержку при выполнении работы.

Особую благодарность автор выражает своему брату Ермакову Павлу

Петровичу, без постоянной поддержки которого выход этой работы был бы невозможен.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, представлены основные научные результаты, отмечена практическая ценность, приведены объем и структура работы.

Глава 1. Геолого-геофизический обзор по азово-черноморскому региону

В главе представлены эволюция взглядов на происхождение, геологическое развитие и время заложения Черноморской впадины; описаны геологическое строение и история развития основных тектонических структур впадины Черного моря и его обрамления; кратко рассматриваются основные нефте - и газоперспективные районы в пределах акватории Черного моря; представлен обзор геофизических исследований Черного моря, а также характеристика аппаратуры, методики сейсмических работ и прежней интерпретации данных, проведенных Институтом Океанологии им. П.П. Ширшова в 50-х - 60-х годах.

Проблема происхождения Черноморской котловины привлекает многих исследователей с конца 19 века и обсуждается практически непрерывно. Первые представления о природе Черного моря основывались на изучении окружающей суши (в том числе на палеонтологических находках) и отрывочных сведениях по батиметрии. Большие глубины и значительная мощность осадочного чехла впадины не позволили на сегодняшний день вскрыть бурением слои глубже, чем слои плиоценового возраста (возможно, поздний миоцен напротив пролива Босфор). Современные представления о глубинной структуре Черноморской впадины основываются в первую очередь на данных сейсморазведки.

За последние сто с лишним лет разными исследователями было предложено значительное количество гипотез о механизме образования глубоководной впадины Черного моря:

1. Н.И. Андрусов (1893), Ф.Ф. Освальд (1915), Б.Ф. Добрынин (1922) и др. Черное море представляли как гигантский провал земной коры (грабен), возникший в неоген - четвертичное время на месте обширной суши - Понтиды;

2. А.Д. Архангельский и Н.М. Страхов (1938), В.А. Обручев (1926), Д.В. Наливкин (1928), Б.Л. Дичков (1933), М.В. Муратов (1949) представляли Черное море в виде «древнего геосинклинального прогиба, находящегося в периоде своего углубления»;

3. После установления отсутствия «гранитного» слоя во внутренних районах впадины (Гежельянц А.А. и др., 1958; Непрочное Ю.П„ 1966) появилась гипотеза о первично-океаническом (догеосинклинальном) происхождении впадины. Эту гипотезу развивали М.В. Муратов (1955), Е.Е. Милановский (1963), А.А. Сорский (1962), А.Л. Яншин (1965), Е.В. Артюшков и др., (1980), Е.Д. Сулиди-Кондратьев и др. (1980), которые считали, что впадина Черного моря представляет собой реликт океанической коры, значительно отставшей в развитии от прилегающих ее структур. J.F. Dewey и др. (1973), О.Г. Сорохтин (1974) рассматривали безгранитную кору Черного моря как остаток океанической коры Тетиса раннемезозойского возраста;

4. П.Н. Кропоткин (1967), Адамия Ш.А. (1974) считали, что Черное море представляет собой рифтогенную структуру, возникшую на земной коре континентального типа и заполненную палеогеновыми вулканогенно-осадочными образованиями;

5. В работах I. Finetti et al. (1988) и V.V. Belousov et al., (1988) выдвигается идея двустадийного рифтинга. Предполагается, что в результате первой фазы, продолжавшейся в течение лейаса-доггера, образовался бассейн Большого Кавказа. В это время Черное море представляло собой мелководный бассейн. Глубоководный бассейн образовался в результате второй фазы, начавшейся в раннем мелу. При этом Западная и Восточная впадины, по их мнению, раскрывались синхронно, но развивались по разному;

6. Идея переработки континентальной коры («базификации») с образованием субокеанической коры глубоководной впадины Черного моря рассматривалась

С.И. Субботиным (1964), A.JI. Яншиным и др., (1980), А.В. Шлезингером (1981), В .В. Белоусовым (1962), М.В. Муратовым (1972);

7. В настоящее время большинство геологов рассматривают Черное море как задуговой бассейн, образованный в тылу Понтийской островной дуги вследствие начала рифтогенеза в позднем мелу. Подобные представления можно найти в ряде работ отечественных (Адамия Ш.А. и др., 1974; Строение..., 1992; Kazmin V. et al. 2000) и зарубежных авторов (Bocaletti М. et al., 1974; Letouzey J. et al., 1977; Zonenshain L.P. et al., 1986; Okay A.I. et al., 1994; Robinson A.G. et al., 1996). Основные модели образования задуговых бассейнов и растяжения литосферы связаны восходящим конвективным потоком в мантии. В одной из возможных моделей рассматривается разогрев висячего крыла сейсмофокальной зоны вследствие трения, что вызывает вторичную конвекцию в тылу островной дуги, восходящая ветвь которой и приводит к утонению и разрыву литосферы и образованию впадины окраинного моря.

Другая модель заключается в следующем. Зоны субдукции имеют тенденцию к откату, т.е. смещения в сторону океана. Фронтальное смещение дуг вызывает растяжение литосферы в их тылу, декомпрессию астеносферы и возникновение мантийного диапира, что и сопровождается утонением, а затем и разрывом коры и началом задугового спрединга.

Образование междугового моря может произойти в результате рифтинга вулканической дуги. При этом в ее осевой зоне образуется грабен, который в дальнейшем может переродиться в ось спрединга, что приводит к расщеплению дуги и образованию внутридугового, а затем и междугового бассейна с корой океанического типа.

Время возникновения Черноморской впадины оценивается разными авторами в пределах большого хронологического диапазона. В значительном количестве публикаций можно встретить оценки возраста Черноморского бассейна от палеозоя до кайнозоя, включая неоген и антропоген (Архангельский А.Д. и др., 1938; Муратов М.В, 1949; Зоненшайн Л.П. и др., 1987; Строение..., 1989; ВержбицкиЙ Е.В. и др., 2003 и др.). При этом существуют модели, предполагающие разновременное образование котловин: Западной - на рубеже раннего - позднего мела, Восточной - в позднем мелу или палеоцене-эоцене (Okay A.I. et al., 1994;

Robinson A.G. et al., 1995(b); Golonka J., 2004); одновременное - в позднем мелу (Никишин A.M. и др., 2001; Вержбицкий Е.В. и др., 2003); двухстадийное: поздний мел, палеоцен - эоцен (Казьмин В.Г. и др., 2000).

Краткий обзор истории и существующих представлений о происхождении и механизмах образования Черноморской глубоководной впадины наглядно иллюстрирует их противоречивость. В настоящее время существуют многочисленные, довольно разнообразные и часто противоположные взгляды на тектоническую природу Черноморской впадины, время ее заложения и условия развития.

По сейсмическим данным МОГТ, максимальная мощность кайнозойских отложений составляет около 14 км в Западно-Черноморской впадине и около 13 км в Восточно-Черноморской. Приблизительно аналогичные цифры по осадочному выполнению впадины получены по данным ГСЗ: до 14 км осадков - в Западной котловине и около 10 км - в Восточной.

За более чем 30 лет исследований Черного моря методом ГСЗ составлено несколько схем рельефа границы Мохо. Все эти схемы в той или иной степени отличаются детальностью, рисовкой изолиний и мощностями земной коры Черного моря. В то же время эти схемы обладают некоторыми общими чертами. На всех схемах - наименьшую мощность коры имеет область, лишенная «гранитного» слоя и составляет по данным ГСЗ 18 - 22 км в центральных районах Западно-черноморской впадины. К периферии Черного моря мощность коры возрастает до 30 - 35 км и более. Земная кора Восточно-Черноморской впадины изучена хуже, чем кора Западно-Черноморской впадины в связи значительно меньшей плотностью здесь профилей ГСЗ. Предполагается, что земная кора Восточной Черноморской впадины в самой глубоководной ее части имеет мощность около 2225 км. В центральной части Черного моря (в районе вала Андрусова) глубина границы Мохо составляет более 30 км (Буланже Ю.Д. и др., 1975; Балавадзе Б.К. и др., 1975; Геологическая..., 1980; Соллогуб В.Б., 1986; Чекунов A.B. и др., 1992; Строение..., 1992).

Конфигурация области безгранитной коры до настоящего времени не является точно определённой и различается своей рисовкой в различных публикациях. В

работах Ю.П. Непрочнова (1976) и W. Gealey (1988) она представляет собой единый контур и занимает значительную часть глубоководной котловины. При этом часть комплекса валов Архангельского и Андрусова представлена как область с безгранитной корой. В работе W. Gealey (1988) безгранитная кора протягивается от берегов Болгарии до берегов Грузии, включая часть вала Шатского. В работах V.V. Belousov et al. (1988), J. Boulin (1991), A.I. Okay et.al. (1994), G. Spadini et al. (1996) безгранитная кора разделяется на две области, сложенные океанической корой, которые соответствуют Западной и Восточной впадинам. Некоторые исследователи ставят под сомнение существование океанической коры в Восточной впадине (Finetti I. et.al., 1988; Meredith D. et al., 2002), другие (Robinson A.G. et al., 1996; Никишин A.M. и др., 2001 и мн. др.) предполагают, что каждая из впадин сложена океанической или сильно растянутой континентальной корой. При этом отнесение консолидированной коры Западной котловины к океанскому типу является более уверенным, чем для Восточной котловины.

Наблюдаемая в современную эпоху сейсмическая активность вдоль крымско-кавказской и понтийской периферии Черноморской впадины имеет сегодня спорную связь с механизмом субдукции. Например, по мнению В.Е. Хаина (2001), Е.Ф. Шнюкова (1997) и др. такая сейсмическая активность обязана не субдукции ее коры под смежные орогены, а надвиганию этих орогенов на котловину -псевдосубдукции (Лобковский Л.И. и др., 2004). Существуют сторонники и других мнений, имеющие в своей основе явление субдукции, как основного действующего механизма (Мелихов В.Р. и др., 2004), так и проявление субдукции и надвигание • орогенов в равной мере.

Глава 2. Метод однородных функций и программный пакет «Годограф» для интерпретации систем годографов преломленных волн.

В главе дается описание программного пакета «Годограф» и кратко излагаются теоретические положения метода однородных функций. Также приводится решения модельных задач и описывается методика интерпретации сейсмически разрезов.

Сейсмические разрезы вычислены путем обращения системы встречных и нагоняющих годографов преломленных волн по профилям в Черном море методом однородных функций.

В основе метода однородных функций лежит локальная аппроксимация реального скоростного распределения однородными функциями двух координат (Рир У.В., 2001). Метод однородных функций, использует двухмерно-неоднородную модель среды. Скоростные разрезы представляются в виде сеточной модели, что позволяет использовать современные компьютерные методы при визуализации и интерпретации этих разрезов. Однородные функции представляют собой широкий класс бесконечномерных функций двух координат; эти функции не имеют ограничений относительно величин градиента функции в горизонтальном и вертикальном направлениях. Изолинии однородной функции - произвольные кривые, однако, они являются кривыми, подобными друг другу. Вследствие этого однородные функции оказываются удобными для описания многослойных геологических сред.

Метод однородных функций применим для регионов со сложным строением, которые, как правило, описываются двухмерно-неоднородными моделями. Метод обобщает все существующие методы интерпретации данных на случай двухмерно-неоднородных сред. В рамках метода однородных функций применимы методы ^ и разностного годографа, пластовых скоростей, сопряженных точек и другие. Могут быть использованы методы определения эффективной скорости по данным отраженных волн. Метод Герглотца-Вихерта-Чибисова применим в частном случае однородной скоростной функции, когда скорость в горизонтальном направлении изменяется линейно.

Для системы наблюденных годографов, содержащей несколько пар встречных и нагоняющих годографов, результирующий разрез получается с помощью объединения на одном разрезе нескольких полей скорости, отвечающих различным парам годографов и вычисленных независимо - локальных полей скорости. Используется и дополнительный контроль точности - совпадение значений скорости для разных локальных скоростных полей в точках их пересечения. Решения, получаемые этим способом, устойчивы я локальные поля скорости в точках их пересечения весьма удовлетворительно совпадают.

Программный пакет «Годограф» предназначен для интерпретации систем годографов преломленных волн (первых вступлений) произвольного вида, При этом осуществляется автоматическое построение сейсмических разрезов с учетом

рельефа, построение скоростных горизонтальных карт-срезов для любого горизонтального уровня в пределах глубины исследования, если на площади имеется несколько профилей. Если сейсмические разрезы вычисляются по продольным и поперечным волнам, то существует возможность расчета разрезов физических параметров - отношения скоростей поперечных и продольных волн, модулей Юнга и сдвига, коэффициентов Пуассона и всестороннего сжатия. Программа также позволяет рассчитывать статические поправки и вертикальные времена до линии приведения. Минимальным требованием для работы программы в отношении системы наблюдения на профиле является наличие двух встречных годографов.

На скоростных разрезах границы раздела определяются как границы первого рода (скорость изменяется скачком) и второго рода (изменяется градиент скорости). Геологическая интерпретация скоростных разрезов и глубинных карт-срезов проводится непосредственно интерпретатором. Сейсмический разрез представляет собой скоростное поле в изолиниях, где значения скорости определены в узлах прямоугольной сетки 250X100.

Сформулированы следующие выводы к главам 1 и 2:

1. Поступление нового фактического материла о глубинном строении впадины и строения зон сочленения ее с прилегающими континентальными окраинами может значительно сузить множество гипотез о глубинном строении, происхождении и геологическом развитии впадины Черного моря;

2. В настоящее время созданы и развиваются новые методы интерпретации (метод однородных функций), которые позволяют получить новые фактические данные о глубинном строении Черноморской впадины путем переинтерпретации материалов ГСЗ прошлых лет;

3. В процессе интерпретации должны быть изучены возможности новых методов интерпретации, которые при таких исследованиях адаптируются к новым задачам.

Глава 3. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Западной части Черного моря.

В главе описывается геологическая интерпретация полученных автором новых сейсмических разрезов в пределах Западной части Черного моря. Также сделаны выводы о глубинном строении Западно-Черноморской впадины и характере ее сочленения с прилегающими структурами на севере.

В Западной части Черного моря изучено строение коры и верхней мантии по профилям ГСЗ 5, 6, 7, 21, 25, 26, 27. Из них наиболее длинным и детальным является субмеридианальный профиль 25 (рис.1). Он начинается у мыса Кефкен

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Расстояние, км

Рис. 1. Сейсмогеологический разрез по профилю 25 (внизу) и наблюденное гравитационное поле (вверху). На разрезе тонкими сплошными линиями показаны изолинии скорости с шагом 0.25 км/с. Толстые сплошные линии - границы слоёв. Толстая линия - граница Мохо. Пунктирные линии - тектонические нарушения. Линия, показанная точками и тире - граница между субокеанической корой Черного моря и континентальной корой Скифской плиты. I, II, III - обозначения слоёв субокеанической коры. Пунктирные овалы - аномальные области низкой скорости сейсмических волн.

На разрезе прослежено погружение (субдукция, палеосубдукция или псевдосубдукция) субокеанической коры Черного моря и верхней мантии под континентальную кору Скифской плиты (показано толстыми стрелками) и положение аномальных областей низкой скорости сейсмических волн.

(Турция), пересекает глубоководную Западно-Черноморскую впадину, Каркинитский грабен в пределах Скифской плиты и заканчивается около г. Херсон на 1ранице с Восточно-Европейской платформой в пределах северо-западного шельфа Черного моря. На разрезе по профилю 25 в зоне сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Скифской плиты наблюдается погружение (субдукция, палеосубдукция или псевдосубдукция (Лобковский Л.И., Никишин A.M., Хаин В.Е., 2004)) литосферы Черного моря в сторону Скифской плиты. Непосредственно в переходной зоне от Черноморской впадины к Скифской плите консолидированная кора Черного моря дислоцирована и разбита на блоки системой глубинных разломов с углами падения около 45 градусов. Осадки в этой зоне (слой I) также дислоцированы и погружены на глубину до 14 км. Граница Мохо прослеживается на глубине от 20 км в южной части разреза до 30 км в зоне погружения (субдукции) литосферы Черного моря. На протяжении всей морской части разреза граница Мохо - инверсионная граница со скоростью 8 км/с вблизи нее. В верхней мантии в Западно-Черноморской впадине выделена аномальная зона пониженной скорости (мантийный диапир). В переходной зоне впадина Черного моря - Скифская плита аналогичная зона пониженной скорости может быть связана с плавлением слэба(?). Скорость сейсмических волн составляет здесь 7.5 и меньше км/с. Аномальные зоны в верхней мантии находят отражение в наблюденном гравитационном поле. Мощность осадочного слоя и субокеанической коры Западно-Черноморской впадины составляет в среднем 10 и 20 км соответственно. Для континентальной коры Скифской плиты эти цифры оказываются в среднем 4 и 26 км соответственно. Разрез по профилю 25 хорошо увязывается с разрезами по профилям 26 и 27, пересекающими его в южной и северной частях. Полученные данные о существовании субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции) субокеанической коры Западно-Черноморской впадины под континентальную кору Скифской плиты не противоречат результатам исследований ряда авторов: A.M. Никишина и др. (2000); Е.И. Паталахи (2003); М.Г. Ломизе и др. (2001). В частности, существование мантийных диапиров в верхней мантии, выраженные в скоростном поле, согласуются результатами исследований В.П. Коболева (2002); В.А. Вигинского (2004); И.В. Лыгина (2005).

Сформулированы следующие выводы к главе 3:

1. Субокеаническая кора Западно-Черноморской впадины погружена под континентальную кору Скифской плиты. При этом слои субокеанической коры испытывают деформацию в зоне сочленения двух литосфер;

2. Верхняя мантия в районе Западно-Черноморской впадины (профиль 25) имеет аномальную зону пониженной скорости сейсмических волн, предположительно связанную с подъемом разуплотненного и разогретого мантийного вещества (мантийный диапир); в переходной зоне впадина Черного моря - Скифская плита аналогичная зона пониженной скорости может быть связана с плавлением слэба(?);

3. Мощность субокеанической коры Западно-Черноморской впадины (глубина границы Мохо) составляет около 20 км в ее глубоководной части. Континентальная кора Скифской плиты имеет мощность около 26 км.

Глава 4. Результаты геологической интерпретация сейсмических разрезов в Центральной части Черного моря.

В главе описывается геологическая интерпретация полученных автором новых сейсмических разрезов в пределах Центральной части Черного моря. Также сформулированы выводы о глубинном строении этого района и характере сочленения впадины Черного моря с Крымским полуостровом.

В Центральной части Черного моря изучено строение коры и верхней мантии по профилям ГСЗ 8,9,10,11,17,18,19,20. Все указанные профили пересекают вал Андрусова. На разрезе по субмеридианальному профилю 18, который пересекает Западно-Черноморскую впадину и Горный Крым, как и на разрезе по профилю 25, наблюдается поддвиг литосферы Черного моря на север в сторону Крымского полуострова. При этом углы наклона слоёв консолидированной коры Черного моря в переходной зоне Черное море - Крым составляет около 30 градусов. Глубина границы Мохо (мощность коры) изменяется от 20 км в южной части профиля в пределах котловины Черного моря до 30 км в переходной зоне к Крыму. Верхняя мантия в морской части профиля имеет аномально низкие значения скорости сейсмических волн (меньше 7 км/с). В районе пикета 80 (окончание вала

Андрусова) верхняя мантия имеет минимальные значения скорости (мантийный диапир).

Профиль 11 расположен субпараллельно профилю 18 к востоку от него по простиранию вала Андрусова. Глубина границы Мохо составляет 18-20 км а скорость сейсмических волн в верхней мантии имеет аномально низкие значения -меньше 7 км/с. В отличие от разреза по профилю 18 субокеаническая кора Черного моря на разрезе по профилю 11 надвинута на континентальную кору Крыма.

Профиль 17, расположенный субпараллельно профилю 11 далее на восток, начинается в центральной части Западно-Черноморской впадины, пересекает вал Андрусова и впадину Сорокина, далее пересекает Горный Крым и заканчивается в Степном Крыму (рис. 2). В районе вала Андрусова выделяется структура, имеющая

Расстояние, км

< Рис. 2 Сейсмогеологический разрез по профилю 17 (внизу) и наблюденное

гравитационное поле (вверху). На разрезе тонкими линями показаны изолинии скорости. Шаг изолиний 0.25 км/с. Черные линии - границы слоев. Пунктирные линии - тектонические нарушения. Толстая черная линия - граница Мохо. К1 и К2 - верхняя и нижняя кора соответственно. М - верхняя мантия. Пунктирный овал -аномальная зона низкой скорости сейсмических волн.

ярко выраженный характер рифтовой структуры. Эта структура ограничена разломами, падающими к ее центру. Осадки в районе вала Андрусова образует

поднятие. Глубина до кровли слоя II уменьшается в сторону континента от 13 до 5 км, локально погружаясь в районе вала Андрусова на глубину до 11 км. На этих же пикетах кровля подстилающего слоя Ш поднимается до глубины около 15 км. В верхней мантии в районе вала Андрусова выделяется аномальная зона пониженной скорости (меньше 7 км/с).

На разрезе в зоне сочленения с континентальной корой Крыма субокеаническая кора Черного моря разбита тектоническими разломами на ряд блоков, надвинутых на север под углами около 45 градусов. Глубина границы Мохо (мощность коры) в пределах впадины Черного моря составляет 20 - 27 км. Мощность коры Горного Крыма на разрезе составляет 35 - 40 км. Тип сочленения, наблюдаемый на разрезе по профилю 17 - в виде комплекса надвинутых блоков субокеанической коры Черного моря на континентальную кору Крыма характерен для пассивных окраин континентов (Разницын Ю.Н.. 2004).

На разрезе по субширотным профилям 19 и 10 отмечается, что переходная зона Западно-Черноморская впадина - вал Андрусова осложнена системой разломов с падением, как на запад, так и иа восток под углами 30-45 градусов; Мощность коры в районе вала Андрусова понижается до 12км, а подкоровая мантия обладает аномально низкой скоростью - черты, характерные для рифтовых структур.

Сформулированы следующие выводы к главе 4:

1. На всех разрезах в районе вала Андрусова выделена рифтовая структура. Здесь отмечается аномально низкие скорости сейсмических волн в верхней мантии (меньше 7 км/с);

2. На разрезе по профилю 18 в южной части Крымского полуострова наблюдаются пододвинутые под континентальную кору Горного Крыма структуры субокеанической коры Черного моря. Восточнее, на разрезе по профилю 11 субокеаническая кора Черного моря надвинута на континентальную кору Крыма. При этом, как и на разрезе по профилю 18 граница Мохо погружается в сторону континента.

3. На востоке (профиль 17) зона сочленения морской и континентальной частей разреза наблюдаются структуры, характерные для пассивных

континентальных окраин. Мощность коры Горного Крыма составляет более

35 км.

Глава 5. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Азовского моря и северо-западной части Восточно-Черноморской впадины.

В главе описывается геологическая интерпретация, полученных автором, новых сейсмических разрезов в пределах Азовского моря и северо-западной части Восточно-Черноморской впадины. Также сформулированы выводы о глубинном строении этого района и характере сочленения Восточно-Черноморской впадины с континентальными структурами на севере и на востоке.

В Восточной части Черного моря изучено строение коры и верхней мантии по профилям ГСЗ 28, 29, 13, 1, 14, 15. Профиль 28-29 проходит в меридиональном направлении от берегов Турции к Феодосийскому заливу, пересекает вал Андрусова, Азовское море и выходит на Украинский щит (рис. 3). На разрезе по

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Расстояние, км

Рис. 3. Сейсмогеологический разрез по профилю 28-29 (внизу) и наблюденное гравитационное поле (вверху). Тонкими линями показаны изолинии скорости. Шаг изолиний 0.25 км/с. Черные линии - границы слоев I, П, III. М - верхняя мантия. К1 и К2 - верхняя и нижняя континентальная кора Крыма (индекс «к»), Скифской плиты (индекс «с») и ВЕП (индекс «веп») соответственно. Пунктирные линии -тектонические нарушения. Толстая черная линия - граница Мохо. Пунктирный овал в районе вала Андрусова - аномальная область низкой скорости сейсмических волн (мантийный диапир).

этому профилю, зона сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Крыма представлена системой разнонаправленных тектонических нарушений. Мощность коры (глубина границы Мохо) впадины Черного моря по разрезу составляет около 25 км. Область разреза, соответствующая валу Андрусова, осложнена серией разломов, которые расположены веерообразно под углами около 40 градусов. Этой структуре в верхней мантии соответствует область аномальной низкой скорости сейсмических волн (мантийный диапир). Граница Мохо над этой областью приподнята до глубины 22 км. Такое строение вала Андрусова в центральной части имеет черты, сходные с рифтовыми структурами. Под Азовским морем присутствует чередование низкоскоростных и высокоскоростных блоков. Они характеризуют зону сочленения коры Восточно-Европейской платформы и блоков земной коры Скифской плиты, которые надвинуты в северном направлении под углами около 30 градусов. Такой тип сочленения (как и на разрезе по профилю 17) обладает чертами, характерными для пассивных континентальных окраин.

Профиль 13 начинается в Восточно-Черноморской впадине, пересекает в субмеридиональном направлении вал Шатского и заканчивается к югу от Керченского пролива. На разрезе по профилю 13 наблюдается «ступенчатое» погружение (субдукция, палеосубдукция или псевдосубдукция) литосферы Черного моря в сторону континентального обрамления Черного моря (Керченский и Таманский п-ова). Мощность коры Черного моря составляет 16 км в южной части разреза в пределах Восточно-Черноморской впадины и 28 км в районе вала Шатского. »

Профили 14 и 15 начинаются в пределах Восточно-Черноморской впадины и оканчиваются у берегов Кавказа. На разрезах по этим профилям наблюдается «ступенчатое» погружение субокеанической коры Черного моря в сторону континентальной коры Кавказа.

Результаты интерпретации разрезов по профилям ГСЗ 13,14,15 согласуются с данными, подтверждающими существование поддвига коры Восточно-Черноморской впадины под континентальную кору Кавказа, которые были получены И.В. Лыгиным и В.Р. Мелиховым при интерпретации потенциальных

полей (Лыгин И.В., 2005; Мелихов В.Р. и др., 2004 (а, б)).

Сформулированы следующие выводы к главе 5:

1. Структуры зоны сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Крыма (район Керченского п-ова) представлена системой разнонаправленных тектонических нарушений;

2. В районе вала Андрусова в верхней мантии выделена аномальная зона пониженной скорости (меньше 7 км/с) сейсмических волн. Разрез вала Андрусова имеет четко выраженные черты рифтовой структуры;

3. В районе Азовского моря присутствует чередование нгокоскоростных и высокоскоростных блоков. Они характеризуют зону сочленения коры Восточно-Европейской платформы и блоков коры Скифской плиты, которая имеет черты, характерные для пассивных континентальных окраин;

4. Субокеаническая кора Восточно-Черноморской впадины пододвинута в северном и восточном направлениях под континентальную кору Кавказа.

Глава 6. Глубинные сейсмические карты и схемы по черноморскому региону.

В главе представлены полученные автором глубинные карты-срезы и новые структурные схемы мощности осадочного чехла впадины Черного моря, мощности консолидированной коры, глубины раздела Мохоровичича, дана характеристика слоёв субокеанической коры Черного моря.

На основе достаточно плотной сети профилей ГСЗ на глубинах 6, 12 и 25 км были рассчитаны карты-срезы Черноморской впадины. Интерпретация карт-срезов проводилась на основе обобщения результатов интерпретации всех сейсмических разрезов. Выбор глубин, по которым строились карты-срезы, проводился автором из соображений наглядности и наибольшей информативности. Карта-срез на глубине 6 км характеризует скоростное распределение внутри осадочного слоя I. На глубине 12 км осадочный слой I встречается только в самой глубокой части Черноморской котловины. Большую часть морской части карты занимает слой II (следующий после осадочного слоя). На карте-срезе на глубине 12 км наблюдается существенное различие в скоростной характеристике Западно-Черноморской и Восточно-Черноморской впадин: скорость в Западной впадине, изменяясь в

пределах от 4.3 до 5.7 км/с, оказывается меньше, чем в Восточной впадине, где скорость достигает значений 6.5 км/с. Большую часть карты-среза на глубине 25 км занимает верхняя мантия Черного моря со скоростью сейсмических волн более 8 км/с. На севере выделяется континентальная кора Скифской плиты и Горного Крыма с более низкой скоростью (7-7.5 км/с). На данной глубине хорошо видно положение в плане областей аномально низкой скорости в верхней мантии (мантийные диапиры).

На структурной карте мощности осадочного чехла, представленной во втором параграфе, максимальную мощность осадков имеют центральные районы впадины, где она составляет 12.5-13 км. По полученным ранее данным МОГТ (Тектоника мезокайнозойских..., 1985) и ГСЗ (Гончаров В.П., Непрочное Ю.П., Непрочнова А.Ф., 1972) максимальная мощность осадков составила 14 км при общем совпадением рисовки изопахит со структурной картой автора.

Мощность консолидированной коры (без слоя осадков) в Западно-Черноморской впадине составляет 10 - 12 км. Самую тонкую кору имеет центральный район Черного моря к югу от Крымского полуострова (около 70 км от него). Здесь мощность консолидированной коры около 8 км. Мощность северозападной части консолидированной коры Восточно-Черноморской впадины составляет около 17 км.

На большей части акватории Черного моря глубина границы Мохо не превышает 25 км. Наименьшей глубиной границы Мохо обладает Западно-Черноморская впадина в ее глубоководной части и составляет 17-20 км, увеличиваясь до 34 км на северо-западе Черного моря. Примерно такая же глубина *

поверхности Мохо (18-20 км) в глубоководной часта Западно-Черноморской впадины была получена рядом исследователей: Ю.Д. Буланже и др. (1975), Б.К. Балавадзе и др. (1975), В.Б. Соллогуб (1986), A.B. Чекунов и др., (1992), авторы работы Геологическая..., 1980. Глубина до верхней мантии по данным интерпретации разреза по профилю 13 - единственного глубокого профиля в Восточно-Черноморской впадине, составляет 16 км. К югу от Крыма (около 70 км от него) выделяется зона с аномально высоким положением границы Мохо для данной области. Ее глубина здесь составляет около 17 км.

Глава 7. Достоверность построения сейсмических разрезов.

В главе исследуется достоверность построения сейсмических разрезов путем 1. решения прямой задачи; 2. сопоставления кривых изменения скорости с глубиной и 3. подбором плотностных моделей на основе трех сейсмических разрезов, полученные методом однородных функций. Также в главе рассматривается вопрос о том, как сопоставляются сейсмические разрезы прошлых лет и новые разрезы.

Решение прямой задачи для четырех детальных профилей показало удовлетворительное совпадение рассчитанных и наблюденных годографов. Среднеквадратическое отклонение наблюденных годографов от рассчитанных по профилям составило менее 2%, что удовлетворяет современным требованиям к точности построения разрезов

Другим критерием оценки достоверности полученных сейсмических разрезов является степень совпадения изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей (увязка профилей). Все сейсмические разрезы были получены независимо друг от друга. Соответственно, совпадение кривых изменения скорости с глубинной в точках пересечения профилей свидетельствует о том, что разрезы вычислены правильно и несут достоверную информацию о скоростном поле и границах раздела. Зависимости скорости от глубины получены в 6 точках пересечения профилей. На всех графиках кривые изменения скорости с глубиной являются подобными друг другу и в целом удовлетворительно совпадают. Невязка по скорости сейсмических волн в точках пересечения профилей ГСЗ составляет в среднем 0.2 км/с.

При подборе плотностной модели рассчитываемое гравитационное поле сравнивается с наблюденным полем. Точность подбора плотностной модели (среднеквадратическое отклонение рассчитанного гравитационного поля плотностной модели от наблюденного поля) составила для профилей ГСЗ соответственно 3.3, 3.3, 4.3 мГал и является удовлетворительной при плотностном моделировании на основе региональных разрезов ГСЗ. Таким образом, полученные сейсмические разрезы в дальнейшем могут быть использованы для совместного сейсмо-плотностного моделирования, что позволит перейти от

ссйсмогеологической модели к сейсмогравигеологической, при привлечении гравитационного поля Черноморского региона в целом.

Сравнение результатов прежней и новой интерпретации показало следующее: новые разрезы, полученные в пределах глубоководной части Черноморской котловины, являясь значительно более детальными, в целом подтверждают разрезы прошлых лет. В то же время, на разрезах по профилям, пересекающим сложные тектонические структуры и переходную зону от моря к суше в силу ряда причин (прежней упрощенной горизонтально-слоистой модели среды; невозможностью выявления на разрезах зон, где наблюдается инверсия скоростей сейсмических волн) получены качественно новые данные о глубинном строении Черноморского региона.

Проведенные исследования показали, что метод однородных функций может применяться для таких относительно малодетальных систем наблюдения прошлых лет, какие были получены при исследованиях методом ГСЗ на Черном море и дает возможность получать новые данные о строении региона.

Заключение.

По данным Глубинного Сейсмического Зондирования 50-х - 70-х годов, были построены новые сейсмические разрезы с использованием метода однородных функций. Достоверность построенных разрезов доказана расчетом прямой задачи по ряду профилей, подбором адекватной плотностной модели, а также хорошей увязкой разрезов в точках пересечения профилей.

скорости на разных глубинах и карты мощностей осадочного чехла и земной коры Черного моря, а также глубины поверхности Мохо.

Сейсмические разрезы и глубинные карты-срезы в совокупности представляют собой новую трехмерную сейсмогеологическую модель глубинного строения Черноморского региона. Выводы.

1. В зоне сочленения субокеанической коры Черного моря и коры континентального обрамления в районах Крымского п-ова, Таманского п-ова, Западного Кавказа и на северо-западе Черного моря существует зона субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);

2. Глубинное строение вала Андрусова представляет собой рифтовую структуру;

3. Зона сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры к юго-востоку от Крымского п-ова по своему строению сходна с пассивными континентальными окраинами.

4. В западно-Черноморской впадине, в области сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Горного Крыма, на юго-востоке вала Андрусова в верхней мантии существуют аномальные зоны пониженной скорости сейсмических волн (мантийные диапиры);

5. Сочленение континентальной коры Скифской плиты и континентальной коры Восточно-Европейской платформы имеет черты, характерные для пассивных континентальных окраин;

6. Метод однородных функций может применяться для переинтерпретации таких относительно малодетальных систем наблюдения прошлых лет, какие были получены при исследованиях методом ГСЗ на Черном море и дает возможность получать новые данные о строении региона.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Ермаков А.П., Пийп В.Б. Глубинное строение Черноморской впадины и юга Крымского полуострова по данным ГСЗ // Четвертые геофизические чтения им. В.В. Федынского, 28 февраля - 2 марта. Тезисы докладов. М. Центр ГЕОН им. В.В. Федынского. 2002. С. 71.

Ермаков А.П., Пийп В.Б. Трехмерная сейсмогеологическая модель зоны сочленения Черноморской впадины и юга Крымского п-ова // Ломоносовские чтения 18-27 апреля. Тезисы докладов. М. 2002.

Piip V.B. and Ermakov А.Р. Seismic and geological model of zone of joint of Black Sea Basin and Southern Crimea. EAGE 65th Conference & Exhibition — Stavanger. Norway. 2 - 5 June 2003.

Джаниашвили A.M., Ермаков А.П., Пийп В.Б. Строение литосферы Западно-Черноморской впадины по результатам интерпретации данных ГСЗ // Вест. Унив. Сер. геология. №1.2005. С. 32-38.

Ермаков А.П., Лыгин И.В., Ефремов А.В. Совместное сейсмическое и гравитационное моделирование вдоль профилей ГСЗ, пересекающих Черное море и Крымский полуостров. V международная научно-практическая геолого-геофизическая конференция «ГЕОФИЗИКА-2005» 12-15 сентября. Тезисы докладов. С.-П. 2005. С. 94-95.

Отпечатано в отделе оперативной печати Геологического ф-та МГУ Тираж 100 экз. Заказ№¿0

№ 2 2 8 4 9

РНБ Русский фонд

2006-4 27815

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Ермаков, Александр Петрович

Список иллюстраций.

Введение.

Глава 1. Геолого-геофизические исследования в Азово-Черноморском регионе.

1.1. Эволюция взглядов на происхождение, геологическое развитие и время заложения Черноморской впадины.

1.2. Основные структуры Черноморского региона - геологическое строение и история развития.

1.2.1. Тектонические структуры обрамления Черного моря.

1.2.2. Черноморская впадина.

1.3. Нефтегазоносность Азово-Черноморского региона.

1.4. Геофизические исследования Черного моря.

1.4.1. Гравимагнитные исследования.

1.4.2. Исследования теплового потока.

1.4.3. Сейсмические исследования.

1.5. Аппаратура, методика сейсмических работ ГСЗ и методика Ht интерпретации при исследованиях на Черном море в 50 - 60-х годах.

1.5.1. Аппаратура.

1.5.2. Методика сейсмических работ.

1.5.3. Методика прежней интерпретации.

2.1. Метод однородных функций решения обратной кинематической задачи сейсморазведки.

2.2. Описание программного пакета «Годограф».

2.3. Решение модельных задач и сопоставление с данными акустического каротажа.

2.3.1. Модель с волноводом.

2.3.2. Модель, где скоростная функция не является однородной.

2.3.3. Сопоставление данных акустического каротажа скважин и скоростного разреза, построенного методом однородных функций. 2.4. Методика интерпретации сейсмических разрезов, полученных с использованием пакета «Годограф».

Выводы к

главам 1 и 2.

Глава 3. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в # пределах Западной части Черного моря.

3.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

3.2. Выводы.

Глава 4. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Центральной части Черного моря.

4.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

4.2. Выводы.

5.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

5.2. Выводы.

Глава 6. Глубинные скоростные карты и структурные схемы поверхностей по

Черноморскому региону.

6.1. Глубинные скоростные карты-срезы.

6.2. Характеристика слоев земной коры, выделенных при геологической интерпретации сейсмических разрезов и глубинных карт-срезов.

6.3. Выводы.

Глава 7. Достоверность построения сейсмических разрезов.

7.1. Решение прямой задачи.

7.2. Сопоставление кривых изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей.

7.3. Использование сейсмо-плотностных моделей для подтверждения скоростных разрезов, полученных методом однородных функций.

7.4. Сопоставление результатов прежней и новой интерпретации сейсмических данных.

7.5. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных"

В последнее время в связи с появлением новых компьютерных технологий и методик обработки и интерпретации сейсмических данных появилась возможность извлекать значительную дополнительную информацию из данных сейсморазведки прошлых лет.

Содержанием работы является интерпретация разрезов по профилям Глубинного Сейсмического Зондирования (ГСЗ), полученных Институтом океанологии им. П.П. Ширшова при исследованиях за период с 1956 по 1965 годах в Черном море. Итогом этих исследований стала сеть профилей ГСЗ, пересекающих Черноморскую впадину в ее западной, центральной и восточной частях. Автор получил сейсмические разрезы по 17 профилям ГСЗ общей длиной более 3700 км. В качестве исходных материалов для получения сейсмических разрезов были использованы наблюденные годографы преломленных волн, опубликованные в открытых литературных источниках (Гончаров В.П. и др., 1972; Строение западной., 1972; Земная., 1975).

Актуальность проблемы

1. Черное море является одним из самых изученных внутренних морей Земли. На протяжении более ста лет на акватории Черного моря и обрамляющей ее суше проводились обширные геологические и геофизические исследования. Тем не менее, до сих пор у геологов нет единой точки зрения на происхождение, время заложения и эволюцию Черноморской котловины, ее глубинное строение и характер сочленения с корой ее континентального обрамления;

3. Актуальным является возможность получения дополнительной информации о строении Азово-Черноморского региона на основе переинтерпретации на современном уровне материалов сейсморазведки без значительных материальных затрат (в том числе без проведения дополнительных полевых исследований).

Цель работы - построение трехмерной цифровой модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона на основе современной интерпретации данных сейсморазведки. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Сбор, анализ и цифровое представление сейсмических данных;

2. Изучение геологического строения региона по литературным данным;

4. Построение скоростных карт-срезов, их интерпретация и геологическое обобщение;

5. Сопоставление с данными других геофизических методов;

6. Исследование достоверности построенных сейсмических разрезов и карт-срезов;

7. Геологические выводы и обобщения.

Защищаемые положения

2. В районе вала Андрусова существует рифтовая (палеорифтовая, палеоспрединговая) структура. Кровля мантии поднимается по оси вала Андрусова до глубин 15 -20 км. В верхах мантии Черного моря существуют аномалии пониженной скорости, которые подтверждают существование мантийных диапиров;

Личный вклад и практическая ценность работы

Фактический материал

В работе были использованы опубликованные в открытых источниках годографы первых вступлений по профилям ГСЗ. В качестве дополнительных материалов использовались карты рельефа дна Черного моря, магнитного и гравитационного полей, любезно предоставленные лабораторией гравиразведки геологического факультета МГУ в лице В.Р. Мелихова и И.В. Лыгина.

Благодарности

Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики МГУ: профессору М.Л. Владову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Старовойтову и Е.А. Ефимовой, кандидату физико-математических наук П.Ю. Степанову; сотрудникам лаборатории гравиразведки кафедры геофизических методов исследования земной коры МГУ профессору В.Р. Мелихову и кандидату геолого-минералогических наук И.В. Лыгину; сотруднику кафедры динамической геологии МГУ профессору А.Ф. Лимонову за консультации, ценные замечания и поддержку при выполнении работы.

Особую благодарность автор выражает своему брату Ермакову Павлу Петровичу, без постоянной поддержки которого выход этой работы был бы невозможен.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Ермаков, Александр Петрович

выводы

В зоне сочленения субокеанической коры Черного моря и коры континентального обрамления в районах Крымского п-ова, Таманского п-ова, Западного Кавказа и на северо-западе Черного моря существует зона субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);

Глубинное строение вала Андрусова представляет собой рифтовую структуру; Зона сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры к юго-востоку от Крымского п-ова по своему строению сходна с пассивными континентальными окраинами;

В Западно-Черноморской впадине, в области сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Горного Крыма, на юго-востоке вала Андрусова в верхней мантии существуют аномальные зоны пониженной скорости сейсмических волн (мантийные диапиры);

Сочленение континентальной коры Скифской плиты и континентальной коры Восточно-Европейской платформы имеет черты, характерные для пассивных континентальных окраин;

Метод однородных функций может применяться для переинтерпретации таких относительно малодетальных систем наблюдения прошлых лет, какие были получены при исследованиях методом ГСЗ на Черном море и дает возможность получать новые данные о строении региона.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По данным Глубинного Сейсмического Зондирования, проводившегося в Черном море в 50 - 70-х годах, были построены новые сейсмические разрезы с использованием метода однородных функций. Достоверность построенных разрезов доказана расчетом прямой задачи по ряду профилей, подбором адекватной плотностной модели, а также хорошей увязкой разрезов в точках пересечения профилей.

Сейсмические разрезы проанализированы и геологически проинтерпретированы. Установлено, что сочленение субокеанической коры Западно-Черноморской впадины с континентальной корой Скифской плиты представляет собой зону субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции); кора Восточно-Черноморской впадины на севере и востоке уступами пододвинута под континентальную кору Кавказа. На юго-востоке Крымского полуострова и на севере Азовского моря выделяются структуры, которые имеют черты, сходные с пассивными континентальными окраинами континентов. В пределах верхней мантии в районе вала Андрусова были обнаружены аномальные зоны пониженной скорости сейсмических волн, связанные с разогревом и разуплотнением вещества мантии и подтверждающие существование мантийных диапиров в Черном море. Строение вала Андрусова имеет черты рифтовой структуры. На основе сейсмических разрезов и их интерпретации были получены карты распределения скорости на разных глубинах, карты мощностей осадочного чехла и земной коры Черного моря, а также глубины поверхности Мохоровичича.

Сейсмические разрезы и глубинные карты-срезы в совокупности представляют собой новую трехмерную сейсмогеологическую модель глубинного строения Черноморского региона.

Проведенные исследования показали, что метод однородных функций может успешно применяться для изучения регионов, покрытые сетью ркгиональных профилей с такой относительно малодетальной системой наблюдения, как на профилях ГСЗ в Черном море.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Ермаков, Александр Петрович, Москва

1. Адамия Ш.А., Гамкрелидзе И.П., Закариадзе Г.С., Лордкипанидзе М.Б. Аджаро-Триалетский прогиб и проблема образования глубоководной впадины Черного моря. // Геотектоника. 1974. - №1. С. 26-33, 78-94.

2. Адамия Ш.А., Закариадзе Г.С., Лордкипанидзе М.Б. Эволюция древней активной континентальной окраины на примере Кавказа // Геотектоника. 1974. №4. С. 88-103.

3. Альбом структурных карт и карт мощностей кайнозойских отложений Черноморской впадины. Д.А. Туголесов ред. М. ГУГК. 1989. 86 с.

4. Андрусов Н.И. О состоянии бассейна Черного моря в плиоценовую эпоху // Melang. geol. et. paleontol. 1893. Vol. I. P. 165-178.

5. Андрусов Н.И. Палеогеографические карты Черноморской области в верхнеплиоценовую, плиоценовую и послетретичную эпоху. Бюлл. МОИП, отд. геол., 1926, т. 4, №3 - 4.

6. Артеменко В.И., Корсаков О.Д., Смирнова Л.Н. Детальные геотермические исследования на континентальном склоне западно-кавказского района Черного моря // Изв. АН СССР. Физика Земли. №3. 1988. С. 92-97.

7. Артюшков Е.В., Егоркин А.В. Механизм образования глубоких осадочных бассейнов. Баренцевская и Прикаспийская впадины. Шестые геофизические чтения им. В.В. Федынского 27 29 мая 2004 г. Тезисы докладов. М. 2004. С. 6.

8. Артюшков Е.В., Шлезингер А.Е., Яншин А.Л. Механизм образования глубоководных бассейнов Средиземноморского пояса. М.: Наука, 1980. - С. 10-21.

9. Артюшков Е.В., Шлезингер А.Е., Яншин А.Л. Основные типы и механизм образования структур на литосферных плитах // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1979. т. 54, вып. 2. с. 8-30; вып. 3. с. 3-13.

10. Архангельский А.Д., Страхов Н.М. Геологическое строение и история развития Черного моря. М-Л., Изв. АН СССР, 1938, с. 45, 200.

Информация о работе

Ермаков, Александр Петрович
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.10

Диссертация

Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы