Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Глубинное строение Индоокеанского сектора Земли

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Глубинное строение Индоокеанского сектора Земли"

„„Объединенный Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта ^ и Л

Л V >1

** Российской Академии наук

1 да ^

на правах рукописи УДК 550.347.62+64

МАЛУШИНА Наталья Ивановна

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ИНД00КЕАНСК0Г0 СЕКТОРА ЗЕМЛИ

специальность 04.00.04 - Геотектоника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Объединенном Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук

научные сорукоЕодители - доктор геолого-минералогических

наук, профессор Н.Я.Кунин

- кандидат физико-математических наук В.М.Гордин

оффициальные оппоненты - доктор геолого-минералогических

наук, профессор П.В.Флоренский (Государственная академия нефти и газа им. Я.М.Губкина)

- кандидат геолого-минералогических наук Б.Д.Углов (Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт)

ведущая организация - кафедра геофизических методов

исследований земной коры Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Защита состоится '¡л. М" 1996г.

в /у часов на заседании Специализированного совета

' / по защите диссертаций при Объединенном

институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта Российской Академии наук по адресу: 123810, ГСП, Москва, Б.Грузинская ул., 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю.

Ученый секретарь В.А.Дубровский

Специализированного совета, доктор физико-математических наук

ВВЕДЕНИЕ

Изученность акватории океанов геолого-геофизическими методами в силу условий, техники работ и их экономической целесообразности всегда уступала и еще долгое время будет уступать изученности континентов. Это обстоятельство наложило свой отпечаток на методы интерпретации и обобщения геофизических данных, в которых дефицит информации нередко восполнялся жестко заданными теоретическими схемами, -тем, что можнь назвать научной идеологией. Такой подход можно было сыитать оправданным, когда объем геофизических сведений о строении земной коры и верхней мантии океанов был крайне скуден. Однако уже в начале 80х годов для Атлантического, затем Тихого, а к 90м годам и менее изученного Индийского океана появилась возможность отойти от сложившейся практики, поставить вопрос об изучении глубинного строения акваторий, основанном исключительно на результатах измерений. Подобные эмпирические обобщения данных взрывной сейсмологии были проведены в ИФЗ АН СССР (в настоящее Бремя ОИФЗ РАН) по Атлантическому (Н.Я. Ку-нин, C.B. Усенко) и Тихому (Н.Я. Кунин, Г.И. Семенова) океанам и подтвердили перспективность дальнейшего развития этого направления.

Цели работы. I) Проведение анализа и обобщения данных взрывной сейсмологии для изучения глубинного строения земной коры и верхней мантии Индийского океана. 2) Анализ данных магнитометрических исследований акватории океана и изучение строения магнитоактивного слоя океана. 3) Сопоставление данных о глубинном строении, полученных на основе сейсмометрических и магнитометрических данных. 4) Построение серии карт, отражающих глубмнное строение Йн-доокеанского сектора Земли.

Методика исследований. Анализ и обобщение данных взрывной сейсмологии проводилось по. методике, применявшейся ранее при изучении строения литосферы Атлантического и Тихого океанов. Тем самым обеспечивалась сопоставимость результатов и возможность дальнейшего обобщения по всем океаническим акваториям.

Исходной базой анализа магнитометрических данных слунила предложенная И.Г. Золотоеым теория стохастической интерпретации кумулянт распределения ординат аномального магнитного поля. Автором совместно с В.М. Гординым эта теория была адаптирована к интерпретации дисперсий (стандартов) скалярных магнитных аномалий на акваториях,

разработана оригинальная методика моделирования структуры магнитоактивного слоя, основанная на последовательной минимизации разностей между эмпирическими и теоретическими (модельными) стандартами.

Научная новизна. По сейсмическим данным изучено строение земной коры, в том числе осадочного чехла, второго и третьего океанических слоеЕ, и верхней мантии Индийского океана. Составлена новая серия карт глубин залегания основных сейсмических границ и толщины консолидированной коры.

ПроЕедено районирование земной коры и верхней мантии Индийского океана по сейсмическим данным. Выделены области, отличающиеся нормально-высокоскоростной, и низкоскоростной верхней мантией, а также высоко-, нормально- и низкоскоростным третьим слоем коры. Проведен анализ закономерностей размещения областей земной коры и верхней мантии, отличающимся по скоростным характеристикам.

Выделена крупнейшая мегаструктура Индийского океана, названная Центрально-Индоокеанским мегасводом.

Впервые построена обобщенная модель магнитоактивного слоя Индийского океана. Показано, что толщина этого слоя ' возрастает от 0,5-1,0 км в осевых частях срединно-океани-ческих хребтов до 10 и более км вблизи окраин континентов. Эффективная магнитная восприимчивость минимальна в пределах Центрально-йндоокеанского мегасвода и достигает максимумов в центральных частях глубоководных котловин. Обнаружены аномальные особенности в строении магнитоактивного слоя плато Кергелен, района Австрало-Антарктического дискорданса и Южно-Австралийской котловины.

Практическая ценность. Эмпирическое обобщение данных сейсмо- и магнитометрии отражает основные черты строения литосферы Индийского океана, выявленные этими методами на современном уровне изученности акватории. Полученные результаты могут служить основой для планирования дальнейших геолого-геофизических исследований, нарпавленных как на уточнение и детализацию представлений об истории развития и геодинамике йндоокеанского региона, так и на решение прикладных задач регионального прогноза нефтегазо-носности и металлогенического районирования.

Обсуждения и публикации. Основные положения диссертации докладывались на международном семинаре "Вопросы теории и практики геологической интерпретация гравитационных, магнитных и электрических полей" (Москва, МГРИ, 1993), на Всероссиеком совещании "фундаментальные пробле-

мы морских электромагнитных исследований" (Москва, ОИФЗ РАН, 1993), а также на семинарах Отдела Сравнительного изучения тектоносферы континентов и океанов и лабораторий 903 и 910 ИФЗ АН СССР (1990-Г992гг.). По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения; содержит страниц текста, иллюстраций, 5 таблиц и I приложение. Список литературы включает 56 наименований. Названия глав в автореферате и в диссертации совпадают.

Благодарности. Автор глубоко признателен научному руководителю доктору геодого-минералогических наук, профессору Н.Я. Кунину, и научному консультанту, кандидату физико-математических наук В.М. Гордину за постоянное внимание. Успешное выполнение этой работы было бы невозможно без активной поддержки покойных профессоров М.Е. Артемьева и И.С. Вольвовского. Автор благодарен также В.Ю. Бурмину, Б.С. Вольвовскому, Л.И. Иогансон, Е.А. Старшиновой, C.B. Усенко, Э.Р. Шейх-Заде, A.A. Шрейдеру за предоставление необходимых материалов, помощь и консультации, а также Г.М. Гейшерику за содействие в завершении работы.

СОДЕРЙАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. Современные представления о строении и происхождении Индийского океана

Орографический каркас дна Индийского океана образует система срединно-океанических хребтов (рифтогеналей), которая разделяет акваторию на три сектора: западный, северо-восточный и южный, прилегающие соответственно к Африканскому, Индо-Австралийскому и Антарктическому континентальным массивам.

В общих чертах глубинное строение Индоокеанского сектора Земли может быть представлено по гравиметрическим данным, обобщенным О.М. Русаковым. В трехмерной (объемной) плотностнои модели тектоносферы Индийского океана наиболее сложное строение присуще астеносфере, в которой выделяется большое число блоков, наследующих особенности поверхностных морфоструктур. В целом результаты гравитационного моделирования приводят к выводу, что представления о "простом" глубинном строении дна океана скорее всего относятся к категории мифических. Намечаемые связи позиции поверхностных морфоструктур с литосферными, астено-

сферными и мезосферными плотностными неоднородностями свидетельствует об обратном: формирование современного структурного плана дна Индийского океана, по всей вероятности, сопряжено с преобразованием вещества не только в верхних (литосферных) частях мантии, но и во всем ее объеме.

Тектоническое строение Индийского океана представляет собой итог длительной эеолюции. Ход ее остается до настоящего времени не вполне ясным и рассматривается в основном с двух позиций: неомобилизма и современного фик-сизма. Согласно первой точке зрения (Фишер, 1971; МакКен-зи, Слэйтер, 1971; Слэйтер, Фишер, 1974; Нортвн, Слэйтер, 1979; Пэтриат, 1987; Ройер, 1988; Ройер, Сэндвел, 1989; Мейер и др., 1989; Ройер, Слэйтер, Сэндвел, 1989), в триасе - ранней юре суперконтинент Гондвана распался по крайней мере на восемь крупных фрагментов, которые от своего первоначального положения близ Южного полюса прошли длительный путь развития и перемещения по поверхности Земли.

Согласно альтернативной точке зрения (В.В. Белоусов, А.П. Милашин, В.А. Панаев, Н.Я. Кунин), область Индийского океана была первоначально полностью занята континентальной корой, растяжение которой, когда она подверглась разделению на грабены и горсты, было минимальным. Часть бывших континентальных областей вследствие влияния глубинных эндогенных процессов подверглась переработке и ба-зификации, что привело к формированию утоньшенной океанической коры и соответственно, океанических областей.

Выводы к главе I

В большинстве опубликованных за последние десятилетия оригинальных и обобщающих работ проблемы строеия и истории развития земной коры Индийского океана рассматривались в контексте противостояния альтернативных тектонических концепций: тектоники мобильных литосферных плит и обобщающего классическую геосинклинальную теорию учения об эндогенных режимах тектоносферы. Скорее правилом, чем исключением, стало преобладание идеологии над фактологией. Очевидно, что издержки, сопряженные с игнорированием явлений, не укладывающихся в "прокрустово ложе" принятой теоретической концепции, могут быть Еелики. В сеязи с этим представляется необходимым отстраненное рассмотрение фактического материала и построения на основе его анализа и эмпирического обобщения "неидеологизироЕанных" моделей глубинного строения Индоокеанского сектора Земли.

ГЛАВА '¿, Моделирование акватории Индийского океана по сейсмометрическим данным

Главным источником информации о глубинном строении и латеральных неоднородностях земной коры и верхней мантии акватории Индийского океана служат результаты глубинных сейсмических зондирований. Число определений граничных скоростей по поверхности Мохоровичича У составляет ок. 160 tjujk, граничных скоростей по поверхности третьего слоя У - ок. 300. Второй слой коры изучен как ГСЗ (ок. 370 зондирований), так и MOB в модификации непрерывного сейсмического профилирования. Наиболее изученным как ным как сейсмическими методами, так и бурением остается осадочный чехол, однако вследствие резкой неоднородности его строения количества наблюдений недостаточно для проведения латеральной корреляции.

Диапазон изменения граничных скоростей У в Индийском океане сравнительно невелик - от 7,6 до §,5 км/с; интервал 8,0-8,2 км/с рассматривается как "норма", а разрезы с У £8,2 км/с и У ¿8,0 км/с - как высокоскоростные и ни-зноскоростные.

Обнаруживается закономерность в пространственном распределении граничной скорости по поверхности Мохоровичича, позволяющая разделить акваторию Индийского океана на пять областей - центральную, северо-западную, юго-западную, восточную и южную. Наибольшая по площади центральная область охватывает континентальные окраины Индостана, Бенгальский залив, Центральную, Кокосовую, Южно-Австралискую, частично Аравийскую и Западно-Австралискую котловины. Вместе с примыкающей к Аравийско-Индийскому хребту юго-западной областью (Агульяс-Мадагаскарской) они образуют единый мантийный геоблок, в котором преобладают нормально-низкоскоростные разрезы земной коры.

Значительно меньшая площадь приходится на три остальные области, тяготеющие к периферическим частям акватории: северо-западную, восточную и южную. К первой из них отнесены сомалийская континентальная окраина, одноименная котловина, Маскаренский хребет и юго-западная часть Аравийской котловины, ко второй - морфоструктуры, обрамляющие Австралию: Северо-Австралийская и частично Западно-Австралийская котловины, плато Зксмуг, Уоллаби и Натуралиста, котловина Натуралиста, районы Большого Австралийского залива и о-ва Тасмания. Третья наименее изученная область включает в себя плато Кергелен, котловину Крозе, одноимен-

ную возвышенность и Африкано-Антарктическую котловину. Во всех трех областях преобладают высокоскоростные мантийные разрезы.

В целом (на уровне тенденций) для акватории Индийского океана характерна прямая корреляционная связь между средними значениями граничных скоростей по поверхности Мо-хороЕичича и глубинами дна. Минимальным глубинам в системе срединно-океанических хребтов соответствует низкоскоростная мантия, максимальным глубинам в центре глубоководных котловин - высокоскоростная. Асейсмичные поднятия и хребты занимают промежуточное значение как по глубинам погружения дна, так и по граничным скоростям по кровле верхней мантии.

Рельеф поверхности Мохоровичича в Индийском океане построен сложно. Его наиболее погруженные участки приурочены к границам континентов и внутриокеаническим континентальным массивам. Относительные воздымания этой поверхности закономерно тяготеют к глубоководным котловинам в системе срединно-океанических хребтов.

Общая тенденция увеличения мощности земной коры в направлении от осей срединно-океанических хребтов к окраинам континентов отчетливо прослеживается по изогипсам, оконту-ривающим нрупнейшую глубинную морфоструктуру Индийского океана - выступ мантии, названный Центрально-Индоокеанским ме-гасводом. В эпицентральной части {мегасвода, где глубина залегания поверхности Мохоровичича достигает 10, а, возможно, и 8 км, располагается зона тройного сочленения срединно-океанических хребтов. На склонах мегасвода поверхность Мохоровичича погружается до глубин 12-15 км, характерных для глубоководного ложа океанов. В периферических частях мегасвода земная кора приобретает признаки субконтинентальной, а глубина залегания поверхности Мохоровичича возрастает до 20 км и более.

Рай^^рование коровой части разреза по граничным скоростям У затрудняет размытый характер соответствующих распределений как в генеральной совокупности данных, так и в выборках по отдельным типам морфострукт^^ Намечается закономерное увеличение граничных скоростей У от подножия континентов к микроконтинентам, окраинным морям, асейсмичным поднятиям и далее к глубоководным котловинам и системе сре-динно-океанических хребтов. Опираясь на эту тенденцию, удается выделить тру^роуппы областей, разрезы которых по величине параметра У классифицируются как низкоскоростные (5,8-6,4 км/с), нормальные (6,4-6,8 км/с) и высокоскоростные (^ 6,8 км/с).

Мощность второго слоя, судя по данным ГСЗ и МОВ-ОГТ, в глубоководных частях Индийского океана в среднем составляет ок. 1,5 км. Аналогично третьему слою коры отмечается общая тенденция к увеличению мощности по мере приближения к окраинам континентов.

Осадочный чехол Индийского океана объединяет три генетически разнородных комплекса отложений, что создает сложную дифференцированную мозаику его структур: I) комплекс выполнения грабенов; 2) комплекс клиноформ нормальной континентальной окраины, переходящих в конденсированные покровы некомпенсированных водоемов; 3) комплекс аван-дельт и конусов выноса глубоководных каналов. Осадочный чехол достигает максимальных мощностей в зонах приразлом-ных континентальных окраин, которые установлены вдоль Восточной Африки, Аравии, на окраинах п-ова Индостан, к западу и югу от Австралии и к северу от Антарктиды. Намечается два уровня максимальных прогибаний в грабенах на континентальных окраинах: к западу и югу от Австралии, в Бенгальской и Сомалийской зоне, а также по меньшей мере в некоторых районах Приантарктической окраины фундамент погружен на 8-16 км; к западу от Индостана, в южной половине Африканской и на северо-востоке Австралийской окраины мощности осадочного чехла остаются не более 4-6 км.

Выводы к главе 2 I.Изученность литосферы Индийского океана зондированиями ГСЗ резко неоднородна. Представительно изучены приэкваториальные районы и области, прилегающие к Австралии, Африке, к юго-западу от Индии, отдельные наблюдения ГСЗ размещаются во внутренних районах океана к северу от 45 ю.ш. Более южные районы океана методами взрыЕной сейсмологии практически не изучены.

2. Глубины поверхности Мохоровичича е Индийском океане обнаруживают обшую отчетливую тенденцию к погружению от осевых зон срединно-океанических хребтов к абиссальным котловинам, затем к внутриокеакическим поднятиям и континентальным окраинам. Осредненные величины этого параметра достаточно четко коррелируются с элементами рельефа дна.

3. Анализ значений У позволяет выделить несколько специфических областей. Срединно-океанические хребты отличаются ются пониженными значениями У .^ля большей части Индийского океана характерны значения У =7,9-8,2 км/с. Сравнительно небольшую часть акватории занимают Сомалийско-Аравий-ская, Приавстралийская и Южно-Индоокеанская области, где около половины определении У принадлежат повышенным значениям (8,3-8,5 км/с). Приавстралийская область находит про-

должение на континенте Австралии. Две другие области, по-видимому, продолжаются в остающихся неизученными ГСЗ районах Африки и на акваториях океана южнее 45 ю.ш.

4. При ранжировании земной коры Индийского океана по параметру У выделены три группы областей: I) с нормализованной океанической мафической корой; 2) с низкоскоростной саличесно-мафической океанической земной корой; 3) с высокоскоростной и нормализованной оуцнической земной корой. Аномально высокими значениями У выделяются сре-динно-океаничц^ие хребты, в пределах которых большинство определений У принадлежит интервалу 6,9-?,3 км/с. С ними в осноеном сопряжены области с нормализованной земной корой. Области сиалическо-мафического океанического фундамента тяготеют к континентальным окраинам и микроконтинентам и, видимо, характеризуют зоны деструктивных преобразований земной коры в ходе ее океанизадии. Области океанической земной коры третьего типа тесно короелируются с областями высокоскоростной мантии.

5. Мощности океанического фундамента имеют отчетливую тенденцию к возрастанию от внутренних районов океана, где они не превосходят 4 км, к его периферическим областям, характеризуемым сиалическо-мафической земной корой. В пределах последних мощности океанического фундамента превосходят 6-8 км и достигают в зонах микроконтинетов 20-28 км. Характерно, что в областях с высокоскоростным типом коры ее мощности не возрастают с удалением от срединно-океанических хребтов и приближением к материкам. Так, в котловинах Сомалийской и Западно-Австралийской мощности земной коры не превышают 3-4 км, а в отдельных случаях отмечается полное выклинивание III океанического слоя.

6. Намеченное районирование Индийского океана по строению земной коры и верхней мантии коррелируется с особенностями строения осадочного чехла, изученным по данным бурения и сейсмопрофилирования. Все приконтинентальныеобласти, отличающиеся аномальным строением земной коры и верхней мантии, характеризуются повышенными мощностями осадочного чехла. В приконтпнентальных областях с высокоскоростной океанической земной корой вблизи Сомали и к северо-западу от Австралии намечаются древние области прогибания. В прикон-тинентальных областях с сиалическо-мафической земной корой активно протекал рифтогенез континентального типа и установлены относительно интенсивные дислокации осадочного чехла .

В первую группу объединяются континентальные окраины Индостана, Австралии, Южной Африки и Мадагаскара вместе с прилегающими частями Австралийской, Мозамбикской и других котловин, а также с разделяющими эти котловины отрезками асейсмичны^^ребтов. Свойственные этой группе граничные скорости У практически совпадают с аналогичными характеристиками континентальных кратонов. Сходство с континентами еще больше увеличивается, если учесть, что мощности третьего слоя в этом случае, как правило, заметно Еыше, чем в глубоководных частях акваторий. К второй группе с нормальными значениями граничных скоростей относятся юго-западные и центральные части Аравийской и Центральной котловин, Восточно-Индийский хребет, примыкающая к Австрало-Антарктическому поднятию часть Южно-Австралийской котловины и весь южный сектор Индийского океана. Глубины залегания и мощности третьего слоя в этой группе близки к средне-океаническим. Третью группу образуют высокоскоростные области, одна из которых в виде широкой подковообразной полосы протягивается вдоль западных флангов Западно-Индийского и Аравийско-Индийского срединно-океанического хребта и сомалийского прибрежья Африки. Две другие располагаются в восточном секторе Индийского океана: между континентальной окраиной Австралии и Зондским глубоководным желобом и прибрежной частью Южно-Австралийской котловины. Мощность третьего слоя в пределах высокоскоростных областей изменяется в сравнительно узких пределах от б до 8 км.

В целом мощность третьего слоя в Индийском океане меняется от 3 км в области тройного сочленения срединно-оке-анических хребтов до 20 км и более в районе Сейшельской банки и обрамлении Мадагаскара. Обнаруживаемое при сравнении сходство в контурах изопахит и изогипс поверхности Мо-хоровичича указывает на то, что раздувы и утонения третьего слоя в общих чертах наследуют (компенсируют) погружения и воздымания этой поверхности.

Сопоставление "мантийных" и "коровых" контуров районирования не обнаруживает значимых взаимосвязей.

При систематизации данных ГСЗ о граничных скоростях по кр^ле второго слоя обнаруживается преобладание значений У =4,0-5,4 км/с, не характерных для общепринятой модели £оутца и Юинга. По всей вероятности, это вызвано высокой плотностью наблюдений вблизи окраин континентов. Сопоставление характеристик второго и |уетье^^слоев приводит к выводу, что между скоростями У и У существует прямая корреляционная связь.

ГЛАВА 3. Моделирование акватории Индийского океана по магнитометрическим данным

Моделирование структуры магнитоактивного слоя Индийского океана производилось на основе составленной Ле Вьет Хуаном и A.A. Шрейдером по измерениям примерно в 13 тыс. пунктов цифровой карты выборочных стандаотов скалярных магнитных аномалий ( ST ) в трапециях 2,5x2,5 (1989). Для частичного устранения эффектов, связанных с неравномерной магнитной изученностью акватории и повышения статистической репрезентативности еыеодов размеры элементарных трапеций были увеличены до 5 х5 .

Поле теоретических стандартов б^/^/IJ , отвечающее модельным представлениям о строении магнитоактивного слоя в каждой трапеции, конструировалось на базе пуассоновой модели (Золотов, 1986). Она представляет собой аппроксимацию магнитовозмущающей среды горизонтальным пластом, заполнен-ненным множеством распределенных по закону Пуассона диполей со случайными магнитными моментами - М• Предполагается, что пласт^помещен в нормальное геомагнитное поле с напряженностью Т0-Т,£0 . величины магнитных моментов j^Mlj имеют нормальное распределение, а ансамбль единичных Еекторов j/n} подчиняется распределению Фишера со средним значением и дисперсионным параметром >] =0*2/3.

Подробный вывод описывающих пуассонову модель соотношений дан е работах (Гордин, Золотов, 1989; Гордин, Грушин-ский, Малушина, 1992), причем в последней из них показано, что изменениям взаимной ориентации векторов tne и вариациям дисперсионного параметра Ц присуще сеойство приближенной эквивалентности. Это позволяет положить » т.е. ограничиться рассмотрением квазииндуктивного варианта пуассоноЕой модели и представить теоретическую оценку стандарта ¿rffiA) в виде трех функций: ориентационного фактора, отражающего изменчивость нормального геомагнитного поля Та(f,A) и степень упорядоченности векторов fn] ; структурного фактора, зависящего от геометрических параметров -глубины залегания кровли пласта ¡ъ(у,Л) и его мощности d(f{\) ; и вещественного - т.наз. каппа-фактора (Гордин, Грушинекий, Малушина, 1992) tX(f,X) = /Х0 , который характеризует избыток или дефицит эффективной магнитной восприимчивости пласта относительно некоторого неопределяемого в рамках модели среднего уровня df0 .

Многопараметрическая структура пуассоновой модели предписывает применение стратегии итеративного подбора с мак-

симально широким привлечением априорной информации. Реализация этой стратегии осуществлялась поэтапно на основании анализа и минимизации разностных аномалий AS~ St~^t Для серии моделей с последовательно увеличивающимся числом независимых переменных.

В качестве лональных мер сходства между теоретическими и выборочными стандартами использовались соотношения (Sj /б^)- , которые сопоставлялись потом с критичес-

кими точками ^-распределения Фишера. При мощности эмпирической выборки в тгапеции H.+I выполнение неравенств

r^/42;<гfг/. \«ли -

трактовалось как подтверждение статистической репрезентативности оценки в этой трапеции с доверительной вероятностью 0,99. Глобальное сходство между полями стандартов SrfrX) и pt А) оценивалось по коэффициенту корреляции Я ($Г) и эмпирическому критерию процентной доле

трапеций, не удовлетворяющих приведенным неравенствам.

В 0-модеди учитывался только ориентационный фактор;,величины h , at и ¿Jf предполагались постоянными, а оптимальное значение дисперсионного параметра на этом и всех последующих этапах вычислялось в режиме шагового перебора под условием

^ -модель строилась в приближении тонкой намагниченной пленки, положение которой Ji^ff, AJ отождествлялось с полученной по сейсмическим данным поверхностью акустического фундамента Ag> .В небольшом количестве трапеций, тяготеющих к континентальным окраинам, микроконтинентам и асейсмическим поднятиям, допускалось, что верхние горизонты акустического фундамента могут быть сложены практически немагнитными породами, т.е. значения /L- могут превосходить

В процессе подбора Jut -модели, отражающей совместное влияние ориентационного и структурного факторов, помимо ограничений на h-if,)*) регламентировались допустимые пределы изменения С^(^а) . Свойственная осевым зонам срединно-оке-анических хребтоЕ минимальная оценка ¿¿-^ц. была согласована с данными о геотермических градиентах и типичных для океанических базальтов точках Кюри титаномагнетитов. Обоснованием максимальной оценки служит то, что при удалении от осевых зон мощность магнитоактивного слоя, по всей вероятности, монотонно возрастает за счет обогащения вторичным магнетитом габбро-гипербазитовых горизонтов и вблизи континентальных окраин становится соизмеримой с мощностью консолидированной земной коры. Предполагалось также, что локальные вариации fC(f,\) должны быть определенным образом связаны с крупнейшими морфоструктурами дна.

В финальной -модели учитывалось также ограни-

чение на изменчивость каппа-фактора: 0,5^-А^С^ ^ 5,0, формализующее общие соображение о высокой по сравнению с континентами однородности магнитоактивного слоя океанов. Фактически оно равносильно предположению, что эффективная магнитная восприимчивость этого слоя распределена логарифмически нормально относительно среднего значения , а максимальная и минимальная оценки могут различаться не более, чем на порядок.

Практические расчеты показали, что доминирующим фактором в формировании поля стандартов пуассоновой модели является положение кровли магнитоактивного слоя, образующей магнитный фундамент акватории. Влияние его подъемов и погружений в процессе коррекции модели компенсируется за счет вариаций мощности слоя и каппа-фактора, причем "глубина" компенсации определяется лишь ресурсами априорных ограничений.

Полученные модели обладают рядом особенностей. Так, 0-модель может быть уподоблена низкочастотному фильтру, устраняющему региональный фон и подчеркивающему локальные вариации стандартов. Коэффициент корреляции (&т,ё-г) Для этой модели равен 0,46, эмпирический параметр & А/ =54%.

Переход от 0-модели к А—модели сопровождается одновременным увеличением коэффициента корреляции @(^¿г) до 0,6 и ¿А' до 60%. Обнаруживается тесная связь соответствующих

^-аномалий с морфострукгурами дна. Высокоамплитудные отрицательные значения а£г » свидетельствующие о малой мощности магнитоактивного слоя и (или) о дефицитном каппа-факторе, тяготеют к системе срединно-океанических хребтов и плато Кергелен, отрицательные значения А Sт малой интенсивности - к Маскаренскому, Мадагаскарскому и Мальдивским хребтам, возвышенности Крозе и южной части Восточно-Индийского хребта. Большинство глубоководных котловин и Бенгальский залив отражаются в поле А в форме обширных максимумов. Экстремальные точки повышенных Л располагаются в Западно-Австралийской котловине к северу от хребта Брокен и е котловине Агульяс. Континентальным окраинам Африки и Австралии, нак и северной части Восточно-Индийского хребта, свойственны нелокализованные положительные аномалии Л ^.

Дальнейшее уточнение нормального распределения стандартов в рамках ы -модели находит прямое отражение в глобальных мерах сходства: коэффициент корреляции £ ¿^возрастает до 0,7, а дИ/ , напротив, уменьшается до 45%. Отличия карты разностных Зт -аномалий -модели состоят в сокра-

щении амплитуд как положительных, так и отрицательных аномалий Л 6Т, а также в практическом обнулении значений вблизи континентальных окраин; анулируются также различия между северной и южной частями Восточно-Индийского хребта.

Осуществляемый в итоговой -модели учет латеральных вариаций каппа-фактора радикальным образом усиливает сходство между эмпирическими и модельными оценками стандартов: коэффициент корреляции £ (^г/^-)достигает 0,98, уме-ньиается до 1%. Карта разностных £г -аномалий приобретает слабо мозаическую структуру, образуемую слабо упорядоченным чередованием максимумов и минимумов

Результаты анализа локальных мер сходства исходных данных и итоговой модели дает основание для следующего утверждения: почти на всей площади Индийского океана (ок. 93%) гипотеза о соответствии кс/Л -модели реальному строению ма-гнитоактивного слоя не отвергается с вероятностью 99%.

Переходя к обсуждению итоговых документов моделирования - карт изогипс магнитного фундамента, изопахит магнито-активного слоя и вариаций каппа-фактора, необходимо оговорить^ что детальность цифровой основы лимитирована сеткой 5 х5 .

Карта изогипс магнитного фундамента примерно в 75% трапеций совпадает с акустическим фундаментом, а в пределах системы срединно-океанических хребтов и прилегающих к ним частях котловин - с усредненной поверхностью дна. Разрешенные априорными ограничениями прогибы магнитного фундамента относительно акустического, судя по результатам подбора, свойственны для континентальной окраины северо-западной Австралии и района 30ндского желоба, где магнитный фундамент как бы "ныряет" под континентальные и островодужные структуры, а также для отдельных участков асейсмичных хребтов и поднятий. Максимальные различия в положении магнитного и акустического фундаментов предполагаются в северной части плато Кергелен и в Австрало-Антарктической котловине южнее поднятия Конрада.

Морфоструктуры глубоководного ложа Индийского океана в рисовке изогипс отражаются по-разному. В Аравийской,

Сомалийской, Центральной и Южно-Австралийской котловинах магнитный фундамент испытывает пологое погружение в направлениях от флангов срединно-океанических хребтов к окраинам континентов. В северо-восточном секторе океана эту картину осложняют локальные поднятия фундамента в северной части Кокосовой котловины, окрестностях Кокосовых о-вов и плато Эк-смут. В юго-западном секторе максимальные отметки глубин поверхности фундамента приурочены к центральным частям со-

пряженных с Западно-Индийским хребтом Мадагаскарекой котло-еины и котлоеины Крозе. Между Мозамбиксним и Мадагаскарским хребтами прослеживается субмеридиональный прогиб магнитного фундамента, южная оконечность которого располагается в кот-лозине Агульяс, а северная - е Мозамбикском проливе.

При рассмотрении вариаций мощности магнитоактивного слоя прежде Есего обращает на себя внимание их тесная связь с положительными мосфострунтурами дна. Система срединно-океанических хребтов характеризуется минимальными значениями порядка 0,5-1,0 км. Сокращенные относительно обрамляющих котловин мощности магнитоактивного слоя характерны для большинства асейсмичных поднятий: Мадагаскарского, Восточно-Индийского, Маскаренского хребтов, плато Кергелен. Исключения составляют лишь не выраженный в вариациях мощности Мальдивский хребет и хребет Ерокен, предположительно обладающий аномально намагниченным корнем.

Переход от флангов срединно-океанических хребтов к глубоководным котловинам, как правило, сопровождается возрастанием мощности магнитоактивного слоя до 2-3 км. В центральных частях котловин она в среднем составляет 4-6 км и, по мере приближения к окраинам континентов, достигает 7-10 км, в некоторых случаях 13-15 км. Если выявленную тенденцию принять за "норму", то к аномальным (по сокращенной мощности магнитоактивного слоя) следует отнести котловины Кокосовую и, особенно, Южно-Австралискую, которая, вероятно, является не самостоятельной морфоструктурой, а представляет собой погруженной крыло Австрало-Антарктического поднятия.

Анализ Еариаций каппа-фактора приводит к выводу, что различия в строении магнитоактивного слоя срединно-океанических хребтов, асейсмических поднятий и глубоководных котловин находят отражение не только в изменении геометрии этого слоя, но и в составе и (или) концентрации магнитных минералов.

Обширные области с дефицтом каппа-фактора охватывают район тройного сочленения срединно-океанических хребтов и западную часть Австрало-Антарктического поднятия. Меньшие по размеру глубокие минимумы Д<К приурочены к Аравийско-Индийскоиу хребту, северной части Маскаренского хребта и плато Кергелен.

Западно-Индийский хребет и юго-восточная часть Австрало-Антарктического поднятия в поле выражены не так отчетливо. "Нормально-дефицитный" диапазон ¿¿Г характерен для Мальдивского и Мадагаскарского хребтоЕ. К об-

яастям с "номально-избыточным" каппа-фактором относятся континентальные окраины Индии, Мадагаскара, включая Мозам-бикский пролив, Австралии, район Зондского глубоководного желоба и задуговая Андаманская котловина.

Совокупная изменчивость параметров аС и ЛоГ позволяет подразделить морфоструктуры Индийского океана на три основных (квазиоднородных) и промежуточную (неоднородную) группы. Первую из квазиоднородных групп образуют все рифто-генальные срединно-океанические хребты; вторую - большинство глубоководных котловин; третью - пассивные континентальные окраины и район Зондского глубоководного желоба. К промежуточной группе относятся асейсмичные поднятия и хребты.

Важнейшее свойство КЕазиоднородных групп обнаруживается при сопоставлении результатов моделирования с усредненными данными глубинных сейсмических зондирований. Оно состоит в том, что подобранные мощности магнитоактивного слоя рифтогенальных хребтов, глубоководных котловин и окраин континентов корреляционно связаны с положением границы Мохоровичича и мощностью третьего слоя коры. Наиболее отчетливо эта связь проявляется в окрестностях точки тройного сочленения рифтогенальных хребтов - по данным ГСЗ здесь располагается апикальная часть крупнейшей мантийной структуры региона - Центрально-Индоокеанский мегасвод. Примечательно, что прямая корреляция между мощностями магнитоактивного слоя и третьего слоя коры характерна не только для нормальных групп морфоструктур, но и для аномальной Южно-Австралийской котловины.

Промежуточная группа асейсмичных поднятий и хребтоЕ отнесена к категории неоднородных, поскольку характеризуется равномерным распределением значений по всему полю без сколько-нибудь Еыраженных модальных сгущений и индивидуальным характером соотношений между магнитными параметрами и строением земной норы, что можно трактовать как свидетельство различной природы этих образований Индийского океана .

Выводы к главе 3

I. Определенная регулярность в пространственном распределении геофизических характеристик обнаруживается в пределах крупнейшей мегаструктуры Индийского океана - Цен-трально-Индоокеанского мегасвода, выявленного автором по сейсмическим данным. Присущие вершинной части аномальные особенности - наличие мантийных (мезо- и астеносферных) разуплотнений, воздымание поверхности Мохоровичича, сокраще-

ние мощности третьего сейсмического и магнитоактивного слоев, дефицит каппа-фактора в совокупности вряд ли случайны. Скорее всего они обусловлены общей причиной - преобладанием восходящих потоков разогретого мантийного вещества, формирующих как сам мегасвод, так и наложенную систему рифтоге-нальных срединно-океанических хребтов.

Переход от Еершины мегасвода к склонам всюду, за исключением системы срединных хребтов, сопровождается нормализацией мантийных плотностных разрезов, плавным погружением поверхности Мохоровичича, уменьшением граничных скоростей по кровле третьего слоя коры, возрастанием мощности этого слоя, достаточным для объяснения амплитудного эффекта на флангах срединно-океанических хребтов. В целом физические и геометрические характеристики склонов Центрально-йндоокеан-ского мегасвода наиболее близки к среднеокеаническим.

2. Различия в строении глубоководных котловин, асейсми-чных поднятий и микроконтинектоЕ проявляются в индивидуальных вариациях геофизических параметров, что, может быть, свидетельствует о полигенетической природе современных морфосру-ктур океана. К числу таких индивидуальных вариаций, свойственных большинству асейсмичных хребтов, относятся разуплотнения в подкороЕом слое, нормализация каппа-фактора, сокращение мощности магнитоактивного слоя и локальные прогибы его кровли относительно кровли акустического фундамента. На некоторых участках, как, например, под северным отрезком Маскаренского хребта и под хребтом Брокен, зафиксировано прогибание поверхности МохороЕичича. В первом случае оно сопровождается утонением магнитоактивного слоя, во втором - раздувом этого слоя, образующим аномально намагниченный "корень".

Характерные черты континентальных окраин океана - уплотнения в литосферной части мантии, погружения поверхности Мохоровичича на глубины до 20 км, уменьшение граничных скоростей по кровле третьего слоя до величин, типичных не столько для океанической коры, сколько для континентальных крато-ное, и, наконец, сопоставимая мощность третьего сейсмического и магнитоактивного слоев. Последнее обстоятельство наводит на мысль, что магнитоактивной в окрестностях континентальных окраин становится либо вся кора, либо несколько распределенных по ее объему горизонтов. Уместно также обратить внимание на сходство в скоростных характеристиках мантии континентальных окраин и сопредельных территорий.

ЗАВЕЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. По параметру граничной скорости продольных волн по поверхности Мохоровичича в Индоокеанском секторе Земли выделяется несколько областей. Для обширной центральной и юго-западной обласей характерны значения У =7,9-8,2 км/с. Небольшую часть акватории занимают высокоскоростные (до 8,3-8,5 км/с) Сомалийско-Аравийская, Приавстралийская и Юж-но-Индоокеанская области, находящие продолжение в прилегающих континентальных областях.

2. По параметру граничной_£^рости по поверхности третьего слоя выделяются низко- (У =6,3 км/с), нормально-(6,8 км/с) и высокоскоростные (9,0 км/с) области. Низкоскоростные области сопряжены с континентальными окраинами и микроконтинентами и, вероятно, являются зонами базифицируе-мой земной коры. Нормальноскоростные области тесно связаны с областями высокоскоростной мантии.

3. Мощность третьего слоя коры коррелируется с его скоростным и, следовательно, вещественным составом. Утолщенный (от 8гЮ до 20-28 км) третий слой характеризуется низкими граничными скоростями; для высокоскоростных областей характерны мощности 4-6 км, не увеличивающиеся с удалением от срединно-океанических областей и приближением к материкам.

4. В центральной части Индийского океана выделяется крупнейшая мегаструктура дна - Ценгрально-Индоокеанекий ме-гасвод. С ним связаны мантийные (мезо- и астеносферные)разуплотнения, воздымание поверхности Мохоровичича, сокращение мощности третьего сейсмического и магнитоактивного слоев, дефицит каппа-фактора.

5. По магнитометрическим характеристикам различаются три группы морфоструктур дна: срединно-океанические хребты, глубоководные котловины, окраины континентов. Асейсмичные поднятия и хребты резко различаются по магнитометрическим характеристикам, что свидетельствует об их полигенетической природе.

Основные положения диссертация опубликованы в следующих работах:

I. Кунин Н.Я., Малушина Н.И., Шейх-Заде Э.Р. Латеральная изменчивость граничных скоростей продольных сейсмических волн, распространяющихся вдоль поверхности верхней ма-

нтии Индийского океана.-И.,1986.-23с.-Рукопись депонирована в ВИНИТИ.

2. Малушина Н.И. Строение верхней мантии Индийского океана по данным Езрывной сейсмологии//Сравяктельное изучение континентов и океанов.-М.,МГК при Президиуме АН СССР, 1987.-С.76-82.

3. Кунин Н.Я., АбетоЕ А.Е., Малушина Н.И. Сравнительный анализ развития территории Средней Азии и прилегающих регионов в юрском периоде.-М.,1989.-19с.-Рукопись депонирована в ВИНИТИ.

4. Гордин В.М., Грушинский А.Н., Малушина Н.И. Геофизические характеристики земной коры и верхней мантии Индийского океана.-М.,1992.-61с.-(развед.геофизика:Обзор/МГП'Теоин-форммарк").

5. Гордин В.М., Грушинский А.Н., Малушина Н.И. Моделирование магнитоактивного слоя Индийского океана//Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей.:Тез.междунар.сем.-М.,МГРИ, 1993.-С.47-48.