Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гравитационное поле и тектоносфера Южной Атлантики

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Гравитационное поле и тектоносфера Южной Атлантики"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВА

" ;; ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

- ь,:/.? -о:.5

На правах рукописи

МАЗО ЕВГЕНИЯ ЛЬВОВНА

УДК 550.837:550.372

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ И ТЕКТОНОСФЕРА ЮЖНОЙ АТЛАНТИКИ

Специальность 04.00.12 геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московском Государственном Университете имени М .В.Ломоносов;

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук профессор Гайнанов Адонис Гарифьянови1

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Немцов Лев Давыдова

кандидат геолого-минералогических науи Углов Борис Дмитриевич

Ведущая организация:

Институт Физики Земли АН России

Защита состоится /£марта 1995 г. в /Учасов на заседании диссертационного совета Д.053.05.24 в Московском Государственном Университете имени М.В.Ломоносова

Адрес. 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Геологический факультет, корпус "А", 308 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ.

Ваши отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 119899, г.Москва, Воробьевы горы МГУ, Геологический факультет, Ученому секретарю диссертационного совета Д.053.05.24

Автореферат разослан "(!/.." .</¿ .1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Исследование глубинного строения литосферы и геносферы - тектоносферы акватории Мирового океана является одной из важнейших цач современной геологии и геофизики. Эта проблема связана как с решением анетарных задач - проверкой reo динамических моделей эволюции океанической литос-гры, изучением глубинного строения литосферы (наоснове анализа физических полей), к и непосредственно с вопросами размещения полезных ископаемых на акватории ирового океана.

На современном этапе развития науки эти задачи не могут быть решены без зивлечения информации о физических полях Земли и, в первую очередь, о гравита-/юнном и магнитном полях.

Плотностная структура океанической литосферы отражает закономерности (изического состояния, состава и динамики глубинного вещества, ее изучение имеет ажное фундаментальное и прикладное значение. Учет ее особенностей необходим при ценке минералогических перспектив дна океана,

Проведенный в работе анализ взаимосвязи особенностей гравитационного поля I глубинного строения тектоносферы Южной Атлантики отвечает задаче познания акономерностей глубинного строения Земли и истории ее развития.

Возможность проведения такого анализа для акватории Южной Атлантики, слабо изученной набортной гравиметрической съемкой, предопределена, прежде всего, ^пользованием данных спутниковых ал ьти метрических измерений (Rapp,1986, Sandwell,1993). Главная особенность этих данных, сравнительно с материалами чабортныхгравиметрическихизмерений.заключаетсявравноточностиальтиметрических значений, а также в равномерном покрытии асей акватории Мирового океана данными зпутниковыхальтиметрическихизмерений.Совместноеиспользованиеданныхнабортных гравиметрических наблюдений и спутниковых альтиметрических значений, разработка методики редуцирования и количественных расчетов поля высот геоида для изучения строения тектоносферы океана, позволяют дать наиболее полную характеристику гравитационного поля изучаемой акватории, установить основные закономерности связи между гравитационным полем и глубинным строением Южной Атлантики, построить плотностную модель литосферы этой акватории.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является построение региональной плотностной модели тектоносферы акватории Южной Атлантики. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. При совместном использовании набортных осредненных значений аномалий силы тяжести и аномалий силы тяжести, полученных из спутниковых альтиметрических значений построить карты аномального гравитационного поля Южной Атлантики в редукциях Фая и Гленни.

2. Установить основные закономерности и связи между аномальным гравитационным полем и глубинным плотностным строением тектоносферы Южной Атлантики (мощностью литосферы), с использованием данных магнитных исследований, качественного анализа гравитационного поля, данных батиметрии и количественных расчетов по профилям. Уточнить корреляционное соотношение между аномалиями Гленни и возрастом (мощностью) литосферы.

3. Построить уточненную трехмерную плотностную модель тектоносферы для района Ан( оло-Бразильского геотраверса с учетом данных регионального профиля ГСЗ, согласованную с аномальным гравитационным полем.

4. Распространить выявленные особенности и закономерности глубинного плотностного строения на всю акваторию Южной Атлантики. Провести двумерное плотностное моделирование по профилям, секущим основные морфо-тектоничесше структуры Южной Атлантики, с опорой на результаты трехмерного плотностного моделирования по Анголо-Бразильскому геотраверсу.

5. Разработать методику редуцирования и провести количественные расчеты для поля высот геоидасцелью выяснения особенностей строения тектоносферы изучаемого района по полю высот геоида.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

1. При совместном использовании набортных осредненных и спутниковых альтиметрических данных построены карты аномального гравитационного поля в редукции Фая и Гленни Южной Атлантики (масштаб 1:10 ООО ООО). Эти карты являются наиболее полными, равномерно и равноточно характеризующими гравитационное поле данной акватории.

2. Разработана методика редуцирования поля высот геоидаи впервые проведено плотностное моделирование строения тектоносферы по редуцированному полю высот геоида.

3. Установлены основные закономерности и соотношения между аномальным гравитационным полем и глубинным плотностным строением тектоносферы Южной Атлантики. Для района Анголо-Бразильского геотраверса построенатрехмернаяплотнос-тная модель тектоносферы.

4. Исследовано и уточнено соотношение аномалии Гленни - возраст - мощность литосферы для Южной Атлантики.

5. На акваторию Южной Атлантики построена трехмерная плотностная модель тектоносферы с использованием количественных расчетов по профилям и данных магнитной геохронологии. Построена схема мощности литосферы Южной Атлантики.

Практическая ценность работы. Построенные карты аномального гравитационного поля в редукции Фая и Гленни Южной Атлантики, схема мощности литосферы этой акватории могут быть использованы при тектоническом и минералогическим районировании, прогнозировании месторождений полезных ископаемых на акватории Южной Атлантики.

Разработанная методика редуцирования поля высот геоида позволяет использовать данные альтимегрических измерений - поле высот геоида без пересчета в аномалии силы тяжести (т.е. без потери точности первичной информации) для изучения строения тектоносферы.

Уточненныекорреляционныесоотношения между аномалиями Гленни ивозрастом литосферы могут быть использованы при прогнозе возраста литосферы на не исследованных магнитной съемкой участках дна Южной Атлантики.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (код проекта 94-05-87-40) и м/п "MAP" (директор А.Ю.Шаронов).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на международныхсеминарах "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" г.Москва (февраль, 1993, январь,1994), на 7-ой региональной конференции "Комплексное изучение бассейна Атлантического океана" г.Калининград (апрель, 1993), на международной научной конференции "Геофизика и современный мир" г. Москва (август, 1993), на международном тектоническом совещании памяти Л.П.Зоненшайна г.Москва (ноябрь, 1993), на

международной конференции "Морская и аэрогравиметрия - 94" г.Санкт-Петербург (октябрь,1994) и граеимагнитном семинаре кафедры геофизики Геологического факультета МГУ (ноябрь,1994)

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 16 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит ^страниц машинописного текста, ¿таблиц и У рисунков. Список литературы включает/2/наименований, ^иностранных.

Диссертация вы полнена автором в аспирантуре кафедры геофизических методов исследования земной коры геологического факультета МГУ под руководством профессора, доктора геолого-минералогических наук А.Г.Гайнанова, которому автор выражает свою глубокую благодарность.

Автор искренне признателен за помощь и поддержку в работе, а также за ценные замечания, конструктивную критику и консультации кандидату физ-мат. наук А.А.Булычеву, Д.А.Гилод, кандидату геол-мин. наук Т.П.Федоровой. Автор выражает благодарность докторам физ.-мат. наук Н.А.Чуйковой, В.Р.Мелихову, докторам геол.-мин. наук A.A. Шрейдеру и А.М.Никишину за обсуждение вопросов теории редуцирования поля высот геоида и геологической интерпретации геофизических материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении изложена актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, показана ее научная новизна и практическая ценность.

Глава I. Геолого-геофизические характеристики Южной Атлантики.

Первый параграфглавыпосвященобзоругеолого-геофизическихисследований, проведенных на акватории Южной Атлантики к настоящему времени. В изданном в 1990 г. Международном геолого-геофизическом атласе Атлантического океана обобщена и опубликована в виде карт практически вся информация о геолого-геофизических исследованиях, проводившихся в Атлантике до 1990 года, а многочисленные зарубежные и российский периодические издания и монографии посвящены анализу этих исследований. Среди них основные работы А.А.Живаго, А.В.Ильина и М.В.Кленовой, Г.Б.Удинцева, В.М.Литвина, Р.М.Деменицкой, Э.М. Литвинова, Ю.Д.Пущаровского, А.Г.Гайнанова, Е.Д.Корякина, Emery К.О., CandeS.C., RabinowitzP.D., LaBrecque J.,Bowin С.О., Bonatti Е. Как показывает анализ материалов Атласа и основных опубликованных работ изученность акватории Южной Атлантики неодинакова, неравномерна и значительно слабее, чем Северной Атлантики. К наименее изученным районам относятся области южнее 40° ю.ш.

Наиболее полно исследована морфоструктураднаЮжной Атлантики. Генеральная батиметрическая карта океанов (GEBCO.V, 19S3), составленная Heezen В.С.иТЬагр М. и карта Атлантического океана масштаба 1:10 ООО ООО (1988г.) отражают основные черты строения дна Южной Атлантики. Обобщение всех данных обеспечило к настоящему времени информацию о глубинах дна Мирового океана с детальностью 5'.

Фундаментальное исследование осадочных пород Атлантического океана проводилось в рамках международных проектов "Литосфера", "Литое" и др. Материалы их обобщены в работе А.В.Ильина, В.В.Орленка и И.И.Шурко "Петрофизика дна Мирового океана" (1992 г.). Вопросам изучения состава и распределения коренных пород Южной Атлантики посвящены работы Л.В.Дмитриева, А.В.Соболева, Г.С.Харина, Н.Сущевской.

Общая структура аномального магнитного поля изучаемой акватории получена из анализа карты аномального магнитного поля Атлантического океана (Международный

атлас...,1990) и работ американских и европейских ученых J.Labrecque, P.D.Rabinowitz, S.С.Cande, D.E.Hayes, Lowver, Diel, K.O.Emery. Принимая во внимание важность данных магнитных исследований для восстановления истории развития бассейна Южной Атлантики, в данном параграфе приводится краткое описание основных черт аномального магнитного поля и данных магнитной геохронологии. Рассматривается история тектонического развития акватории, наиболее согласованная с данными магнитных исследований,

На акватории Южной Атлантики выполнен большой объем работ непрерывного сейсмического профилирования. Большинство исследований сосредоточено в районах Американского и Африканского шельфов, отдельных участках Бразильской, Капской и Аргентинской котловин (Непрочнов Ю.П. и др.,1985). Обобщение и анализ сейсмических материалов позволили построить схему мощности осадков Южной Атлантики и карту мощности земной коры этой акватории масштаба 1:10 ООО ООО. Значительно меньше проведено работ по исследованию глубинного строения литосферы методом ГСЗ. Профиль ГСЗ в районе Анголо-Бразильского геотраверса (АБГ),отдельныеисследования в районах Аргентинской, Капской,. Бразильской котловин предоставляют основную информацию о глубинном строении литосферы Южной Атлантики (Зверев С.М. и др.,1993, Павлеикова Н.И.и др.1993). Информация о мощности литосферы, полученная при обобщении всех имеющихся ктому времени данных, опубликована А. М .Городиицким в 1985 г. в книге "Геофизические характеристики земной коры Атлантического океана". Однако мелкомасштабная схема мощности литосферы составлена только для районов акватории севернее 60°ю.ш.

В Южной Атлантике есть районы, изученные более детально и полно, чем вся акватория в целом. Это Китовый хребет, плато Сан-Паулу, восточное побережье Южной Америки, район Анголо-Бразильского геотраверса (8° - 18°ю.ш.). Такие области могут рассматриваться как тестовые участки при построении моделей глубинного строения всей акватории в целом.

Состояние гравиметрических исследований в Южной Атлантике рассмотрено во втором параграфе первой главы. Отмечается, что гравитационное поле Южной Атлантики исследовано набортными методами к настоящему времени слабо и неравномерно. Результаты гравиметрических измерений, проводимых в Южной Атлантике, систематизируются при составлении гравиметрических карт Атлантического

океана и Антарктиды. Одной из первых была карта аномалий в свободном воздухе К.Бовина масштаба 1:20 ООО ООО. В 1983 г. Н.Г.Коган и Уотте опубликовали карту гравитационных аномалий в свободном воздухе южной части Атлантического океана масштаба 1:4 088 081, сечение изолиний 20 мГл. В 1984 г. в МГУ были составлены гравиметрические карты Атлантического океана пр осредненным в 1°х1° трапециях значениям аномалий силы тяжести в редукциях в свободном воздухе, Буге, Гленни и изо-статической в масштабах 1:10 000 000, 1:30 000 000 и 1:50 000 000. В 1986 году под редакцией Н.Б.Сажиной была опубликована Гравитационная карта Мира масштаба 1:15 000 000, а в 1987 г. под редакцией Ю.Д.Буланже и Н.Б.Сажиной карта аномалий силы тяжести Атлантического океана масштаба 1:10 000 000 в редукции в свободном воздухе по результатам всех имеющихся к 1987 году набортных гравиметрических наблюдений. На отдельных районах Южной Атлантики выполнены более детальные гравиметрические съемки - это участки Бразильской, Капской котловин, острова Буве, АБГ, Центральной Атлантики. Основные вопросы изучения гравитационного поля Южной Атлантики и его геолого-геофизическойинтерпретациирассматриваютсявработахП.А.Строева, С.А.Ушакова, А.Г.Гайнанова, Н.П.Грушинского, Е.Д.Корякина, В.А.Тулина, С.П.Мащенкова, А. А.Булычева, В.А.Гладуна, C.O.Bowin, P.Rabinowitz и др.

В условиях слабой и неравномерной гравиметрической изученности использование данных спутниковой альтиметрии может иметь решающее значение. Основные данные о высотах геоида и пересчитанные из них значения-аномалий силы тяжести получены по измерениям трех альтиметрических спутников: GEOS-3, Seasat и Geosat. Анализ этих материалов рассматривается в многочисленных зарубежных работах R.Rapp, Balmin, W.Haxby, D.Sandwell. Большое достоинство этих данных заключается в их высокой точности, равномерном шаге(5'по широте) и равноточное™. К настоящему времени существуют карты аномального гравитационного поля, построенные только по альтиметрическим данным. Последняя и наиболее полная карта аномального гравитационного поля Мирового океана составленная в мировом центре гравиметрических данных Тулузы.

В третьем параграфе главы подробно рассмотрены характеристики основных морфо-тектонических структур Южной Атлантики. Наиболее полно эти вопросы изложены з монографиях: "Тектоника континентов и океанов" 1988 г., В.М.Литвина "Морфоструктура дна Атлантического океана", 1980 г., К. Emery и E.Uchupi "The geology

of the Atlantic ocean", 1984 г., обзорах данных глубоководного бурения.

Глава II, Гравитационное поле Южной Атлантики.

Решению одной из основных задач работы - построению карты аномального гравитационного поля масштаба 1:10 ООО ООО при совместном использовании набортных осредненныхв 1°х1° трапециях значений аномалий силы тяжести и данных спутниковой альтиметрии - посвящен первый параграф главы. В основу карты положены значения осредненных в 1°х1° трапециях аномалий силы тяжести, опубликованные в Международном геолого-геофизическом атласе Атлантического океана, дополненные материалами набортных гравиметрических работ последних лет. Используя результаты анализа точности осредненных аномалий силы тяжести в свободном воздухе для Атлантического океана (Т.П.Захарова,1989), на акватории Южной Атлантики выделены районы с наиболее надежными значениями набортных осредненных аномалий силы тяжести, ошибка которых не превышает +4-8 мГл. Необходимо отметить, что такими значениями покрыта незначительная часть акватории, и даже привлечение материалов набортных съемок последних лет не позволяет построить карту аномального гравитационного поля на всю Южную Атлантику, используя данные только набортных наблюдений. Поэтому нами привлечены данные спутниковой альтиметрии (Rapp,1988, Sandw-ell,1993, Haxby, 1993). Была проведена оценка среднеквадратического расхождения осредненных набортных значений гравитационного поля и данных, полученных по спутниковой альтиметрии для нескольких районов Южной Атлантики. Анализ показал наличие систематического расхождения между набортными и альтиметрическими значениями. После учета систематической ошибки, среднеквадратическое расхождение между набортными осредненными и альтиметрическими значениями аномалий силы тяжести составило ±7 мГл, для района Анголо-Бразильского геотраверса ±2-3 мГл. Проведенные в работе оценки позволяют построить кондиционную карту аномалий силы тяжести Южной Атлантики в свободном воздухе масштаба 1:10 ООО ООО с сечением 20 мГл. Используя рассчитанные на кафедре геофизики МГУ поправки Гленни для каждой одноградуснойтрапеции Атлантического океана, построенакартааномалийсилы тяжести в редукции Гленни масштаба 1:10 ООО ООО, сечение 40 мГл.

Эти карты наиболее полно характеризуют гравитационное поле Южной Атлантики, при этом в них максимально использованы имеющиеся к настоящему времени данные набортных; гравиметрических наблюдений.

Качественному анализу гравитационного поля Южной Атлантики в редукциях в свободном воздухе и Гленни посвящены второй и третий параграфы главы. По характеру осредненных аномалий в редукциях в свободном воздухе и Гленни Южная Атлантика может быть схематически разделена на следующие области: срединно-океани-ческие хребты (СОХ) и связанные с ними трансформные разломы; глубоководные котловины; подводные горы, возвышенности и острова. Гравитационное поле СОХ характеризуется повышенными значениями аномалий в свободном воздухе на всем протяжении хребта (около 20 мГл) по сравнению с примыкающими котловинами (0 - -20 мГл). Максимальные значения (30 - 40 мГл) отмечаются над Африкано-Антарктическим хребтом. Американо-Антарктический хребет наименее проявлен в аномальном гравитационном поле. В системе СОХ Южной Атлантики можно выделить шесть основных секторов, обособленных друг от друга трансформными разломами, хорошо проявляющиеся в гравитационном поле. Наиболее широкая область - около 2000 км, соответствует участку САХ от экватора до разлома Св.Елены. Наиболее расчлененное локальными аномалиями поле соответствует хребту между разломами Риу-Гранди и Фолкленд-Агульяс. На карте масштаба 1:10 000 000 наиболее четко прослеживаются в гравитационном поле трансформные разломы со значительным смещением рифтовой зоны - Св.Елены, Риу-Гранди, Тристан-да-Кунья.

Обширные изометричные области спокойного поля со средними значениями 0 - -20 мГл соответствуют глубоководным океаническим котловинам. Региональная асимметрия, отмеченная в морфологии рельефа дна Южной Атлантики видна и в аномалиях силы тяжести в свободном воздухе: средние значения поля над восточным сектором выше, чем над западным (Гайнанов, 1980, Мирлин и др., 1993). Среди котловин восточного сектора, наиболее мозаичный и дифференцированный характер отмечается в поле Капской котловины, в западном секторе - поле Аргентинской котловины. Средний уровень и общая морфология аномального гравитационного поля котловин Южной Атлантики соответствует представлению об изостатической скомпенсированости этих глобальных морфотектонических структур Южной Атлантики. На представленной карте выделяются локальные аномалии, связанные с подводными горами, банками, островами, глыбовыми хребтами: о.Тристан-да-Кунья, банки Метеор и Дискавери, хребет Китовый, Капский, возв. Риу-Гранди. Это четко выраженные положительные аномалии (в свободном воздухе) размером от 100 до 700 км, амплитудой 20-40 мГл. Линейные элементы

аномального гравитационного поля в редукции в свободном воздухе характеризуют переходные зоны от океанов к континентам. Переходные зоны к Американскому, Африканскому и Антарктическому материкам выражены в аномальном поле практически одинаково. Наиболее 'специфические черты гравитационного поля наблюдаются над

. V " '

катловино'й^'оря''йкоша! Сочленение моря Скоша с Южно-Атлантическим океаном выражено типичной структурой островной дуги, что хорошо выражено и в поле аномалий силы тяжести в свободном воздухе. Анализ поля показывает, что основные морфологические структуры Южной Атлантики полностью находят отражение в аномалиях силы тяжести в' редукции в свободном воздухе.

Введение поправки Гленни предполагает, что эффекты, связанные с поверхностными плотностными неоднородностями исключены, и в полученной карте аномалий силы тяжестй вредукции Гленни отражаются глубинные неоднородности, связанные со строением земной коры, литосферы, астеносферы. Срединному хребту соответствует область пониженных значений поля (180 мГл по сравнению с 340 мГл над котловинами), что обусловлено, по-видимому, уменьшением мощности литосферы подСОХи подьемом разуплотненного астеносферного слоя. Обширные области спокойного поля наблюдаются над глубоководными котловинами. Локальными, относительно пониженными аномалиями выражены в поле аномалий Гленни Китовый хребет, возвышенность Риу-Гранди, разлом Камерун, значения аномального поля над этими структурами достигают значений 240-260 мГл. Переходным зонам от океана к континентам соответствуют области градиентного поля, значения аномалий Гленни резко убывают при приближении к континенту . Наиболее сложно проявлен в аномальном поле Гленни район моря Скоша. Окаймляющие море хребты выражены линейными областями пониженных значений (около Т40мГл). Котловина моря Скошахарактеризуется средними значениями 240 мГл. Аномалии Гленни хорошо коррелируют с основными морфоструктурами Южной ■ Атлантики; но в отличие от аномалий силы тяжести в редукции в свободном воздухе, эта корреляция связана в основном с глубинными структурными особенностями тектоносферы крупнейших морфологических элементов - мощностью и вещественным составом земной коры, литосферы, астеносферы - тектоносферы.

Глава III. Строение тектоносферы Южной Атлантики.

Обзор современной научной литературы показывает, что, применяя комплекс геофизических и геолого-геоморфологических исследований, можно определить и

уточнить изменение мощности литосферы по региональным профилям, пересекающим основные морфоструктуры океанов (О.Г. Сорохтин, А.Г.Гайнанов, А.М.Городницкий, И.П.Лукашевич и др.). Решение общего уравнения теплопроводности определяет связь между мощностью образующейся литосферы и временем ее остывания. Ситуация гравитационной неустойчивости на границе литосфера-астеносфера создает принципиальную возможность использовать для изучения мощности и строения литосферы результаты гравиметрических съемок в океане (А.М.Городницкий, А.Г.Гайнанов). Сопоставление аномалий силы тяжести- в редукции Гленни с возрастом литосферы свидетельствует, что между, ними существует корреляционная связь (А.Г.Гайнанов, А.А.Шрейдер), В первом параграфе главы, при использовании гравиметрических карт и карты магнитных линеаций Cande, проанализировано установленное ранее для акватории Южной Атлантики корреляционное соотношение аномалии Гленни-возраст. Показано, что это соотношение наилучшим образом описывается корневой зависимостью, но восстановление возраста по аномалиям Гленни возможно проводить лишь для участков дна моложе 70-75 млн.лет. Такое восстановление выполнено для некоторых районов Южной Атлантики. Показано также, что для каждой крупной морфо-тектони-ческой структуры океана соотношение аномалии Гленни-возраст литосферы имеет собственное выражение, но надежно установить их на данный момент не представляется возможным из-за слабой изученности. Для построения схемы мощности литосферы предложена следующая методика: в тех районах, где возраст литосферы известен или спрогнозирован, рассчитать мощность по соотношению возраст-мощность; путем двумерного плотностного моделирования установить основные закономерности связи мощности и глубинного строения литосферы с аномальным гравитационным полем для участков старше 70 млн.лет для наиболее изученного района Южной Атлантики - Анголо-Бразильского геотраверса, далее распространить эти закономерности на всю акваторию Южной Атлантики, на базе установленных закономерностей и количественных расчетов построить схему мощности литосферы на акваторию Южной Атлантики.

Изучению строения тектоносферы Анголо-Бразильского геотраверса посвящен второй параграф главы. Полоса геотраверса 8° - 18° ю.ш. представительна в морфо-тектоническом отношении: три сегмента САХ, разделенные трансформными разломами, фланговые зоны хребта, зоны абиссальных холмов и глубоководных котловин, попадают в район исследования. Проведенный анализ морфологических структур дна и

районирование участка по гравитационному полю подтверждает существование четкой зависимости между структурой литосферы и структурой гравитационного поля. Располагая характеристиками литосферы АБГ по данным ГСЗ (С.М.Зверев, Ю.В.Тулина, Н.И.Павленкова и др.) и гравитационным полем представляется возможным провести двумерноеплотностноемоделированиедляуточненияобщих закономерностей строения тектоносферы этого района. Моделирование было проведено по трем широтным профилям, пересекающим полосу геотраверса вкрест северного, центрального и южного сегментов и двум субмеридиональным профилям. По ним решена обратная задача гравиразведки методом подборапо программе "Двумерное плотностное моделирование с градиентными плотностями", созданной М.П.Ромашовой, при этом основной задачей считаем интерпретацию региональной составляющей гравитационного поля. Результаты подбора выявили основные особенности строения тектоносферы АБГ: региональный минимум над САХ хорошо объясняется сокращением мощности литосферы до 2025 км и подъемом разуплотненного астеносферного вещества (в предложенных моделях астеносфера представлена в виде "традиционного" клина). С увеличением возраста мощность литосферы возрастает и под глубоководными котловинами достигает 75-В0 км. При этом гравитационный эффект от модели литосферы, 'Построенной по соотношению возраст-мощность до 70 млн. лет, хорошо согласуется с аномальным гравитационным полем. С увеличением возраста изменяется не только мощность литосферы, но разность плотностей между астеносферой и литосферой становится меньше. Асимметрия в поле восточного и западного секторов возможно объясняется аномальным, блоковым строением литосферы, что подтверждается данными ГСЗ, в представляемых в данной работе моделях, блоки литосферы распространены нами до границы литосфера-астеносфера, что некоторым образом обобщает сейсмическую модель, Разность плотностей выделяемых нами блоков составляет 0.01-0.03 г/см3, наиболее крупные блоки повышенной плотности фиксируются нами под Ангольской котловиной. Интерпретация локальной составляющей аномального поля представлена на субмеридиональных профилях, секущих фланговые зоны САХ. Показано, что локальные аномалии гравитационного поля хорошо объясняются неоднородным строением океанической коры. На основе проведенного качественного анализа морфологии дна, аномального гравитационного поля и количественных расчетов построена трехмерная плотностная модель строения тектонос-

феры для района АБГ. Модель представлена тремя слоями, плотности которых меняются по латерали, но постоянны по глубине. Верхний слой модели, аппроксимирующий океаническую кору, представлен слоем с постоянной плотностью 2.8 г/см3. Предполагается, что модельное представление слоя коры интегрирует все особенности реального строения океанической коры. При построении поверхности границы Мохо учитываем постепенное увеличение мощности коры от оси хребта (3 км) по направлению глубоководных котловин (6-7 км) и резкое увеличение до 25-30 км при переходе к континентам. Второй слой модели - подкоровая литосфера. Подошва этого слоя рассчитана по возрасту океанического дна, а для участков старше 70 млн.лет по результатам двумерного подбора. Плотности блоков подкоровой литосферы определены также по результатам двумерного подбора. Третий слой аппроксимирует астеносферу. Его нижняя граница представлена ровной поверхностью (глубина 75 км), слой задан с постоянной плотностью. Расчет прямой задачи от построенной модели был проведен на ПК по программе, написанной А.А.Булычевым. Результаты расчетов показали, что построеннаясприалечениемданныхинтерпретацииГСЗплотностная модель литосферы, откорректированная по гравитационному полю и согласованная с данными о возрасте может рассматриваться как один из вариантов строения тектоносферы АБГ - схема мощности литосферы.

Опираясь на основные результаты комплексной интерпретации для района АБГ, было выполнено построение модели литосферы на всю акваторию Южной Атлантики. Для этого было проведено двумерное плотностное моделирование по четырем региональным профилям, секущим основные структуры Южной Атлантики и опирающимся на район АБГ. Расположение профилей было выбрано таким образом, чтобы каждая крупная морфо-тектоническая структура акватории была охарактеризована плотностным моделированием. По результатам проведенного моделирования, исследований в районе АБГ, анализа аномального гравитационного и магнитного полей и морфологии дна построена схема мощности литосферы Южной Атлантики. Полученная схема наиболее полно отражает особенности глубинного строения литосферы изучаемой акватории и позволяет сделать следующие выводы:

1. Мощность литосферы Южной Атлантики минимальна под осью СОХ и составляет примерно 20-25 км. С увеличением возраста мощность литосферы увеличивается. Во всех плотностных моделях мощность литосферы (моложе 70 млн.лет), расчитанная по

соотношению возраст-мощность, хорошо согласуется с аномальным tравитационным полем. Для участков старше 70 млн. лет мощность литосферы составляет 75-80 км.

2. Литосфера Западного и Восточного секторов Южной Атлантики характеризуется средней плотностью 3.3 г/см3, при этом литосфера Восточного сектора имеет наиболее ярко выраженное блоковое строение: выделяются блоки повышенной плотности, т.к. в Западном секторе аналогичные блоки не выделены. Возможно, дифференциация вещества литосферы Восточного сектора связана с активными процессами в нижней и средней мантии, локализованными под восточной частью Южной Атлантики.

3. Слой астеносферы характеризуется средней плотностью 3.2 г/см 3, а с увеличением возраста это значение увеличивается до 3,25 г/см3. Аномальные значения плотности астеносферы 3.15 г/см3 (пониженные относительно средних) характерны для участка Африкано-Антарктического хребта.

4. В районе моря Скоша выделена литосферная плита, характеризующаяся средней плотностью 3.3 г/см3, но меньшей мощности (около 50 км), по сравнению с другими литосферными плитами Южной Атлантики (70-75 км). Под ней располагается астеносферный диапир, плотности в котором соответствуют средним плотностям астеносферы

Глава IV. Применение данных спутниковой альтиметрии для изучения строения тектоносферы.

Современныетребованиякинтерпретациигравиметрическихданныхнаакватории океана сегодня столь высоки, что вопрос о правомерности замены набор ; пых измерений аномалиями силы тяжести, полученными из данных спутниковой альтиметрии не решается положительно даже при проведении среднемасштабных исследований (ограниченность разрешения, систематическое расхождение с набортными данными) (Булычев A.A. и др., 1994). Однако данных набортных гравиметрических съемок во многих случаях недостаточно для проведения исследований, т.к. площади покрытые высокоточной набортной съемкой, очень невелики В этом случае встает вопрос об интерпретации непосредственно поля высот геоида - первичной информации спутниковой альтиметрии, не искаженной ошибками пересчета в аномалии силы тяжести, детальной и высокоточной. Многочисленные работы иллюстрируют эффективность использования данных спутниковой альтиметрии для картирования рельефа дна, изучения строения геологических структур дна океана (Fifield, Watts, Parmentier, Freedman,

Cazenavo, Richatds, Christopher, Smith), изучеиия глубинных плотностных неоднород-ностей Земли - нижней и средней мантии, границы ядро-мантия (Haxby, K.Bowin), оценки термических напряжений в литосфере, глубины компенсации океанических хребтов и поднятий (Anderson, Turcotte, Haxby). В России исследования по применению и использованию методов спутниковой геофизики для задач геологии Мирового океана находятся в начальной стадии. Среди основных работ российских ученых, посвященных применению и интерпретации данных спутниковой альтиметрии, необходимо отметить исследования Л.Д.Немцова, Г.В.Дементева, Е.Г.Мирлина, работы Н.П.Грушинского, А.Н. Грушинского, Л.А.Маслова, Н.А.Чуйковой, А.Г.Гайнанова, А.А. Булычева др. В работах этих авторов разрабатываются различные методики интерпретации поля высот геоида: от решения прямых задач теории потенциала в терминах аномалий геоида от геологических структур дна океана (Л.Д.Немцов и др.,1989), до определения морфологии границы ядро-мантия (Н.А.Чуйкова и др., 1993).

В настоящее время актуальной представляется проблема проведения геолого-геофизической интерпретации по общепринятой схеме послойного геолого-геофизического редуцирования по полю высот геоида. Решению этой проблемы посвящен второй параграф четвертой главы диссертации. Исследование проведено для участка АБГ, с использованием карты поверхности океана (геоида) масштаб 1:10 ООО ООО {Международный геолого-геофизический атлас Атлантическогоокеана).Процессинтерпретации поля высот геоида включает следующие этапы: 1. Удаление длинноволновой составляющей из наблюденного поля высот геоида. Вычитая сумму первых Зб-и коэффициентов ряда разложения, в которых по мнению многих исследователей заключен эффект от плотностных неоднородностей подлитосферныхслоев, получим остаточное поле высот геоида, связанное с особенностями строения литосферы. 2. Вычисление поправки в высоты геоида от водной толщи с учетом рельефа дна и введение этой поправки в остаточное поле. 3. Построенная для района АБГ модель литосферы позволяет рассчитать прямые эффекты в поле высот геоида от земной коры и подкоровой литосферы. Разностное поле - разница между полем с поправкой за воду и эффектом от модели литосферы, позволит откорректировать предложенную модель литосферы.

Сумма первых 36 коэффициентов гармонического ряда разложения потенциала для района АБГ была рассчитана Н.А. Чуйковой. После удаления длинноволновой

составляющей из наблюденного поля, морфология остаточного поля высот геоида становится в целом схожа с морфологией поля аномалий силы тяжести в редукции Фая, тогда как в наблюденном поле такой аналогии не наблюдается. В остаточном поле четко выделяется область повышенных значений, связанная с САХ, средние величины поля высот геоида от -1 до 0 м, В сторону котловин значения уменьшаются до -3 - -5 м, при этом наблюдается асимметрия: над западной котловиной значения выше, чем над восточной. При приближении к континентам значения поля вновь начинают увеличиваться.

Поправки за воду рассчитаны в трехмерном варианте с учетом сферичности Земли. Программа одновременного вычисления поправок для высот геоида и поля Дд основана на формулах, предложенных В.Н.Страховым и написана А.А.Булычевым. Фигурой аппроксимации в данном случае принят многогранник с постоянной плотностью, верхние грани которого аппроксимируют поверхность воды, а нижние поверхность рельефа дна. При этом элементарной аппроксимационной пластиной для граней является треугольник. Для выбора методики расчета поправок было проведено исследование изменения величины поправки ЛИ в зависимости от расстояния от точки расчета. Результаты показали, что влияние масс, расположенных на разном удалении от расчетной точки сравнимы между собой по величине превышений геоида, и для масс, лежащих в одноградусных кольцах, эта величина составляет около 34 м. Вводить поправки за воду в поле высот геоида было решено по схеме поправок Гленни: т.е. в ближней зоне учитывать эффект только от топографических масс, а в средней и дальней как топографических, так и компенсационных (М.Е.Артемьев и др., 1981). При этом избыточную плотность воды считать -1.64 г/см3, глубину компенсации - 33 км, скачек плотности на глубине 33 км - 0.4 г/см3. Специальное исследование проведено для выбора шага оцифровки рельефа при расчете поправок для поля высот геоида, при этом шаг оцифровки выбран специально для каждой учитываемой зоны. Оценка точности полученных поправок показывает, что точности вычисленных поправок на несколько порядков выше точности наблюденных полей. Значения поправок в поле высот геоида за ближнюю зону изменяю юя от 54 м для районов САХ до 91 м для глубоководных котловин, поправки за среднюю зону невелики по абсолютному значению: от 0.5 м до 0.8 м, поправка за дальнюю зону составляет величину около 19 м. Необходимо отметить, что на карте суммарной поправки за водную толщу в поле высот геоида хорошо

отражаются dco основные региональные морфологическое структуры. В редуцированном поле оысот геоида области САХ соответствуют величины 52-54 м, четко выделяются северный и южный сегменты хребта, намечается положение трансформных разломов. Фланговые зоны хребта характеризуются постепенным увеличением значений аномалий высот геоида, области абиссальных котловин спокойным полем, со средними значениями 90-93 м, При переходе к континентам значения аномалий уменьшаются. Карта редуцированных высот геоида позволяет проводить качественную интерпретацию строения литосферы изучаемого района. Далее проведен расчет эффекта в поле высот геоида от трехмерной модели литосферы, построенной по полю аномалий силы тяжести (III глава). В программе, по которой проводились расчеты от трехмерной модели, учитываются массы, лежащие в окрестности двух градусов от точки расчета. Разностное поле, полученное вычитанием из поля редуцированных аномалий высот геоида поля модели позволяет корректировать построенную модель литосферы. Необходимо отметить, что наилучшим образом (1-2 м) совпадает поле модели и редуцированное поле в районе САХ, а максимальные расхождения (до -9 м) наблюдаются над Ангольской котловиной. Анализ остаточного поля высот геоида позволяет предположить, что в модели литосферы заданы завышенные плотности (что согласуется с выводами по полю Дд). Кроме того можно предположить, что проявились ошибки, связанные с формальным исключением длинноволновой составляющей поля высот геоида, а также учетом при расчете прямой задачи масс, лежащихтолько в двухградусной окрестности. Проведенное исследование позволяет сделать вывод, что редуцированное поле высот геоида может применяться для качественной и количественной интерпретации при изучении строения литосферы без пересчета в аномалии силы тяжести, однако дальнейшей разработки требуют вопросы исключения длинноволновой составляющей поля высот геоида и методики расчета прямой йадачи' для этого поля.

В заключении содержатся краткие выводы по теме диссертации.

Основные защищаемые положения.

1. Составлены карты аномального гравитационного поля Южной Атлантики в редукциях в свободном воздухе и Гленни масштаба 1:10 ООО ООО по осредненным в 1°х1° трапециях значениям аномалий силы тяжести. Сечение 20 и 40 мГл. При этом использованы данные набортных гравиметрических ■ измерений и альтиметрические данные. Эти карты к настоящему времени наиболее полно характеризуют гравитационное поле Южной Атлантики.

2. Построена карта аномалий силы тяжести в редукции Буге для района Анголо-Бразильского геотраверса (с учетом поправки за топографию дна в 3-х мерном варианте) масштаба 1:2 000 000, сечение ЮмГл. На основании комплексной интерпретации гравиметрических, сейсмических и магнитных данных построена 3-х мерная плотностная модель тектоносферы.

3. Составлена схема мощности литосферы Южной Атлантики масштаба 1:10 000 000, сечение 10 км. При составлении схемы использованы данные магнитной геохронологии, корреляционные связи аномалии Гленни-возраст-мощность литосферы и результаты плотностного моделирования по профилям, пересекающим основные морфоструктуры южной Атлантики.

4. Разработана методика редуцирования поля высот геоида (поправки типа Гленни). Для ближней (Я < 222 км) учитывается влияние водной толщи и топографии дна, для средней и дальней зон (Я > 222 км) учитывается влияние как топографических, так и компенсационных масс, глубина компенсации 33 км, скачек плотности 0.4 г/ см3. По разработанной методике составлены карты поправок типа Гленни в поле высот геоида для района Анголо-Бразильского геотраверса.

5. Выполнена количественная интерпретация по полю остаточных высот геоида (полученным после исключения региональной составляющей (сумма 36 членов ряда разложения) и введения поправки типа Гленни), Количественные расчеты по методу подбора для модели тектоносферы АБГ выполнены в 3-х мерном варианте, с учетом влияния масс в радиусе 222 км.

Список работ автора по теме диссертации

1. Тектоносфера южной части Атлантического и Индийского океанов по данным спутниковой альтиметрии. Тезисы докладов международной конференции Морская и аэрогравиметрия - 94. С.Петербург, 1994. с. 105 (Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г., Гилод Д.А., Зеленская Т.Ю., Федорова Т.П.)

2. Структурные особенности гребневой части САХ между разломами Вознесения и Св.Елены по гравимагнитным данным. Тезисы докладов 10 Международной школы морской геологии, том 2, 1992, с.(8-19. (Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г., Лейбов М.Б., Федорова Т.П., Каминский В.Д., Мащенков С.П., Стоянов С.Ф.)

3. Структурные особенности гребневой части САХ в полосе Анголо-Бразильского геотраверса. Тезисы докладов 7-ой региональной конференции Комплексное изучение бассейна Атлантического океана. Калининград. 1993. с.32 (Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г., Лейбов М.Б., Федорова Т.П., Каминский В.Д., Мащенков С.П., Стоянов С.Ф.)

4. Количественная интерпретация данных спутниковой альтиметрии. Тезисы международного семинара "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей." Москва, 1993. с.56 (Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г., Федорова Т.П., Волгин A.B.)

5. Гравитационное поле океанов по данным спутниковой альтиметрии. Вестник МГУ, геология, 1990, №2, с.69-72.(Соавторы Гайнанов А.Г., Захарова Т.П., Холодных Д.А,)

6. Гравитационное поле и строение тектоносферы Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Бюл. Моск. об-ва и опыт .при роды, отд.геология, 1995, №3, в печати (Соавторы Гайнанов А.Г., Мелихов В.Р., Булычев A.A., Гилод Д.А., Строев П.А., Федорова Т.П.)

7. Количественная интерпретация спутниковых геофизических данных. Известия АН, "Физика Земли", 1995, в печати.(Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г., ГилодД.А. идр.)

8. Методика количественной интерпретации данных спутниковой альтиметрии. Вестник МГУ, геология, 1995, в печати. (Соавторы Булычев A.A., Гайнанов А.Г. и др.)

9. Количественная интерпретация спутниковых геофизических данных. Международная научная конференция "Геофизикаи современный мир". Сборник рефератов и докладов. Москва, 1993, с.109. (Соавторы Булычев A.A., Волгин A.B., Гайнанов А.Г. и др.)

10. Гравитационное поле и строение тектоносферы Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Международная научная конференция "Геофизика и современный мир". Сборник рефератов и докладов. Москва, 1993,с.168.(Соавторы Булычев А.А., ГилодД.А., Гайнанов А.Г. и др.)

11. Interpretation of satellite altimeter data. Theory and applications of geological interpretation of gravity, magnetic, and electrical fields. Abstracts, Moscow, MGPI, 1993.(Bulychov A.A., Gainanov A.G., Fedorova T.P., Volgin A.V)

12. Structural pattern of the geoid anomaly of the Mid-Atlantic Ridge between asenslon and St.Helena trasform голе. L.P. Zonenshain memorial conference on plate tectonics, Moscow. 1993. p.46, abstracts (Bulychov A.A., Gainanov A.G., Fedorova T.P.)

13. Tectonosphere of the South part of Atlantic and Indian Oceans on the basis of altimeer data. Abstracts of reports. Marine and airborne gravimetry - 94. St.-Petersburg, 1994, p .46-49. (Bulychov A.A., Gainanov A.G., Gilod D. A., Fedorova T.P.)

14. Quantitative interpretation of satellite geophysical data. Abstracts the International geophysical conference "Geophysics and modern world". Moscow. 1993, p.103. (Bulychov A.A., Volgin A.V, Gainanov A.G,, Zolotaya L.A., Krivosheya K.V., FedorovaT.P., Chuikova N.A.)

15. Contribition of Lithosphere Density Inhomogeneities of the Atlantic to Observer Gravity. Abstract book The FouthSEDI Symposium. Whistler mountain, Canada, 1994, p. 190. (Fedorova T.P.)

16. Gravitational field and structure of the tectonosphere of the Atlantic, the Indian, and the Pacific ocean. Abstracts the international geophysical conference "Geophysics and modern world". Moscow, 1993, p.159. (Gainanov A.G., Bulychov A.A., Ghilod D.A., Leibov M.B., Melikhov V.R., Stroev P.A., FedorovaT.P.)