Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методика и результаты изучения консолидированной коры по тектонофизическим и сейсмическим (МОВ) данным (на примере Украинского щита)

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Методика и результаты изучения консолидированной коры по тектонофизическим и сейсмическим (МОВ) данным (на примере Украинского щита)"

РГ6 од

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ • ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИКИ ии.С.И.СУББОТИНА

На права! рукописи

Аронский Анатолий Александроьич

УДК 550.331/477/

ЫЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ КОНСОЛИДИРОВАННОЙ КОРЫ ПО ТЕКТОНОФИЗИЧКСКИМ И СЕЙОШЧШШМ (ИОВ) ДАННШ (на прныере Украинского щита)

04.00.22 - Геофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-шгнералогических наук

Киев - 1993

Работа выполнено в Институте геофизики им. С,И.Субботина ЛИ Украины

член—корреспондент АН Украины доктор геолого-мишралогических наук

В.В.СОЛЛОГУБ доктор геолого-минералогических наук О.БЛ'ИНТОВ

член-корреспондент АН Украины доктор геолого-минералогических наук профессор К.Ф.ТШ1КИН кандидат геолого-минералогических наук Г.М.ДРиГИЦКАЯ

Государственное геологическое предприятие "Оевукргеологил"

Защита состоится "10" июня 1993 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании специализированного совета Д 016.02.01 при Институте геофизики им. О.И.Субботина АН Украины по адресу:

252680, г.Киев-142, пр.Ивлладина, 32

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геофизики им. 0.И.Субботина АН Украины

Автореферат разослан •оь МАЛ. 1993 Г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим высылать ученому секретарю

Научные руководители

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь

специализированного совета /] д/l/ 1/ейко B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

Актуальность проблемы. Интерпретация данных сейсмического метода отраженных вода (MOB) по слошюпостроешшм средам, в частности ,крнсолвдировашюй коре, в настоящее время представляет открытую проблему. С одной стороны, для штрихового характера волновых полей MOB неприменим традиционный структурный подход, ориентированный на модели осадочных толщ. При сложном, хаотическом расположении большинства иепратяжашшх отражающих элементов проблематично оконтуривание геологических тел по цепочкам взаимоувязанных отражений. С другой стороны, неясной остается природа отражающих объектов в консолидированной коре. Стоит вопрос о разработке новых методических приемов, которые позволили бы расшифровать информацию, заключенную в данных MOB по сложнопостроашшм средам; представляется актуальным при атом использовать геодинамический подход, применяемый на строгой количественной основе. Количественная сторона может быть обеспечена путем привлечения для интерпретации MOB данных полевого тектонофизичоского изучения территории, где эти дашшв выступают в качество опорных - по ним выявляют закономерности структурирования среды,прослеженные по данным MOB на глубину.

Основной целью работы является разработка технологии текто-нофизической интерпретации данных MOB для модели консолидированной коры.

Основные задачи исследований!

1. Установление характера взаимосвязи между полевыми тектонофизи-ческими и сейсмическими (MOB) данными, и разработка формальных критериев.сопоставления данных обоих методов на основе сравнительного анализа их точности и разрешающей способности.

2. Выработка приемов использования тектонофизической информации для интерпретации данных MOB с последующей алгоритмизацией и программной реализацией этапов тектонофизической интерпретации данных MOB.

3. Проведение полевого тектонофизического изучения, разломов с целью использования тектонофизических данных при интерпретации результатов MOB.

4. Апробация разработанной технологии путем проведения тектонофизической интерпретации данных MOB по слозкнопостроеншм средам (на примере верхней коры Новоукраинского участка Украинского щита(УЩ)).

Защищаемые полозения.

I.Характер взаимосвязи между деформационными структурами и

полями отраженных волн в консолидированной корд делает принципи-ольно возможным комплоксирование тектонофизических и сейсмических (MOB) донник и позволяет изучать внутреннюю структуру разломои, начиная с рангового уровня эшелонированных сколов.

2.Статистический анализ пространственных характеристик отражающих объектов,отождествленных с разрывными нарушениями, с учетом унаследованное™ рпзломообразования и регулярности полей тектонических напряжений, позволяет выявить в земной коре реологически ослабленные зоны и субгоризонтальнне зоны скалывания.

3.Дифференциальный анализ элементов залегания отражающих объектов,связон!шх с разломами, позволяет распространить закономерности рпзломообразования от приповерхностных областей на глубину .

4.Сейсмотектонофизическая модель верхней корн Новоукраинского участка УЩ характеризуется преобладанием крутопадащих, и присутствием наклонных и субгоризонтальных разрыв!шх структур;

Научная новизна

1.Разработаны критерии формального сопряжения тектонофизи-чоских и сейсмических данных, учитывающие различную разрешающую способность методов и иерархичность строения изучаемых объектов.

2.С учетом трехмерности структур, разработана технология тектонофизической интерпретации данных MOB для древних сложнопо-строэнных геологических объектов.

3.На основании тектонофизических закономерностей строения деформациошшх структур, и с учетом особенностей формирования полей отраженных волн в консолидированной коре, усовершенствована концептуальная обобщенная сейсмотектонофизическая модель разлом-ной сети верхней коры. Концептуальность модели состоит в следующих ее положениях:

- сейсмически контрветше прямолинейные отражающие объекты, вероятнее всего, связаны с разрывными структурами;

- элементы залегания и кинематический тип разрывных структур первого порядка (зон скалывания, разломных зон) сохраняется на глубину как минимум в несколько километров.

4. Для района в центральной части Украинского щита (ЦЧЩ) (Новоукраинский участок) с использованием материалов площадных исследований MOB (руководитель работ В.И.Шаров) построена объемная сейсмотектонофизическая модель верхней коры. Структура модели соответствует наиболее вероятному объемному расположению дизъюнктивных объектов, отвечаицему тектонофизическим и сейсмическим данным.

Практическая ценность и реализации работы. Разработанная технологий тектонофизической интерпретации сейсмических дашшх MOB позволяет Босстанавливать объемную структуру разломной сети, а также прослеживать в обгеме тектонофизические характеристики процесса деформирования среда ь древних сложноиостроешшх толщах. Методика применима к консолидированной коре древних щитов. К практическим результатам работы моншо отнести также данные о структуре и тектонофизических характеристиках разломов в 11ЧУЩ, получешше автором в ходе полевых исследований совместно с сотрудникам! Отдела палеогеодинамики Института геофизики им.СЛ. Субботина АН Украины. Основным практическим результатом, представляющим интерес для развития представлений о строении земной кори Украины, является полученная в последней главе работы сойомотек-тонофизическая модель верхней кори Новоукраинского участка УЩ. Данная модель представляет интерес с позиций поиска месторождений полезных ископаемых, т.к. она предлагает наиболее вероятную схему структуры разломной сети, в то время как разломы в ЦЧУЩ выступают как рудоксштролируицие и рудовмещащиэ геологические объекты.

Настоящая работа выполнена в рамках бюджетной плановой научно-исследовательской теш "Динамика земной кори Украины по данным изучения характера хрупко-пластических деформаций горных массивов и реологии литосферы тектонофизическими методами" (номер госреги-стращш UA 01QQI29IF), а также четырех хоздоговорных НИР, выполненных в отделе палеогеодинамики института геофизики в 19881992гг.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всесоюзном совещании "Глубинное строение и геодинамика кристаллических щитов Европейской части СССР" (г.Апатиты, 1989г.); на Всесоюзной школе-семинаре "Геолого-геофизические исследования в се'й-смоопасных зонах СССР"(г.Фрунзе, 1989 г.); на Всесоюзном симпозиуме "Изучение геодинамических процессов для решения народнохозяйственных задач" (г.Баку, 1990г.); на Ш Всесоюзной школе "Структурный анализ кристаллических комплексов и геологическое картирование" (г.Киев, 1990 г.); на Всесоюзном совещании "Раз. >-мообразование в литосфере: тектонофизические аспекты" (г.Иркутск, 1991 г.); на международном совещании "Мантийный тектоногенез"(г. Киев, 19Э2 г.). Материалы работа были также использованы при написании отчета "Тектонофизическая модель литосферы и динамика коры в докембрии в связи с выработкой детальных поисковых кр!териев на рудные полезные ископаемые" (Институт геофизики АН Украины,

1990 г.). Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Объеи и структура работы. Диссертация содержит 169 страниц машинописного "Текста, 49 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 206 наименований. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения .

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю О.Б.Гинтову за постоянное внимание к работе и кандидату геолого-минералогических наук В.М.Исаю за поддержку на начальных этапах исследований. Автор искренне признателен доктору геолого-минералогических наук В.Г'.Гутерману и кандидатам геолого-минералогических наук А.А.Трипольскому и Т.П.Шевченко за ценные консультации и советы. Значительная помощь в проведении исследований и оформлении работы была оказана со стороны сотрудников отдела палеогеодинамшш ГГ.В.Беличенко, А.А.Белокур, Л.П.Ганенко, А.В.Му-ровской, М.Л.Прядун, Л.А.Териды, за что автор искренне их благодарит.

СОДЕРХАПИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, излагаются основная цель и задачи работы. Формулируются научная новизна и основные положения,'защищаемые в работе.

В первой главе на основании сравнительного анализа разных тектонофизических моделей и различных подходов к комплексированию тектонофизических и сейсмических данных обосновывается тип комплексной сейсмотектонофизической модели среды, на который следует ориентировать в работе приемы интерпретации данных MOB. Применительно к консолидированной коре древних щитов представляется оптимальным использовать с тектонофизической стороны такие модели, в которых основными источниками тектонофизических полей напряжений выступают аномальные (нелитостатические) силы: конвекция в мантии, ротационные силы и пр. Подобные представления развиваются в работах многих исследователей (В.В.Гордиенко и др., 1989; О.Б.Гинтов, В.М.Исай, 1988; В.Г.Гутерман,' В.Б.Кобылянский, 1989; К.Ф.Тяпкин, 1988, и др.).

В качества тектонофизической основы для создания сейсмотектонофизической модели в данной работе используются закономерности-разломообразования, вложенные О.Б.Гинтовым и В.М.Исаем в тектоно-физичвскую модель литосферы.

Обобщенная тектонофизическая модель литосферы включает в себя следующие основные.положения :

1. На значительных расстояниях сохраняется пространственная ориентировка осей главных нормальных напряжений одного этапа разло-мообразевания (регулярность тектонических полей напряжений).

2. Разрывные структуры имеют иерархическое строешш. Элементарше сколы (мощностью до нескольких метров, концентрируясь в прямолинейные области шириной до первых сотен метров, формируют эшелонированные сколы. Эшелонированные сколы, в свою очередь, объединяясь, организуют протяженные зоны скалывания шириной 1-5 км. Последние составляют разломные зоны, мощность которых достигает 30-35 км.

3. Локализация двфорщфования геологической среды подчиняется принципу унаследовашюоти, когда ранее сформированные дизъюнктивы локализуют в себе и усиливают проявление наложенных этапов разло-мообразования.

4. По результатам реологических экспериментов предполагается, что разломообразование в литосфере характеризуется вертикальной реологической зональностью. Выделяется пять уровней рпзломообразова-ния, различающихся между собой механизма№1 деформирования и разрушения вещества. Общая тенденция изменения характера деформирования с увеличением глубины состоит в смене хрупкого разрушения первоначально на пластическое деформирование, затем на вязкое те-, чеша горных пород.

5. Для разломов характерна прямолинейность. Элементарше сколы прямолинейны всегда, когда их форма нэ искажена наложенной деформацией. Эшелонированные сколы и зоны скалывания характеризуются устойчивой прямолинейностью. Разломшю зоны, в потенциальных полях проявляясь иногда как слошоизогнутые структуры, при детальном полевом изучении оказываются кусочно-прямолинейными, т.е. состоящими из зон скалывания различных этапов разломообразования.

6. Реологический разрез литосферы характеризуется прочностной неоднородностью, и выделяемые по сейсмическим данным коровые волноводы хорошо соответствуют теоретически рассчитанным интервалам глубины понижения прочности.

К данному классу геофизических моделей относится и модель разломов, предложенная К.Ф.Тяпкшшм.Разрушение земной коры прогс-ходит вследствие разрядки планетарных нйпряноний, накапливающихся в процессе изменения* ротационного роняла Земли.В качестве составных элементов тектоники включены преимущественно крутопадающиэ и субгоризонтальные разрывные структуры . Принимая трехслойную модель земной коры, автор выделяет промежуточный этаж кач область, характеризующуюся аномальной горизонтальной структурной расслоен-

ностыо, проявляицэйся в флрме сейсмической расслоешгости в материалах MOB, и присутствием слоев с пониженной сейсмической скоростью.

Представляется перспективным привлекать в ходе интерпретации комплексные геофизические модели, r которых тектонофизические закономерности деформирования среда не являются базовыми; в них авторы стремятся отразить реальную структуру конкретного участка литосферы, не акцентируя внимание на проблеме источников полей напряжений.

Исследования, направленные на составление геодинамических моделей структур земной коры-верхней мантии на основе сейсмических данных при комплексировании их с другими геофизическими методами, в Украине проводятся продолжительное время группой исследователей Института геофизики АН Украины. В етой связи следует отметить работы В.В.Гордиенко, Р.И.Кутаса, С.С.Красовского, Ю.И.Оровецкого, В.Б.Соллогуба, Л.В.Чекунова и др. При реконструкции структуры и истории геодинамического формирования среды предпочтение как наиболее информативному методу обычно отдается сейсмометрии. Ряд результатов, полученный с использованием данного подхода упомянутыми исследователями, рассмотрен в гл.V работы применительно к задачам настоящего исследования.

Во второй главе расшифровывается понятие сайсмотектонофизи-ческого подхода, и формулируются его задачи; затем по результатам сопоставления-разрешающих способностей сейсмометрии и тектонофи-зики с размерам! деформационных структур-разных рангов определяются принципиальные возможности и ограничения комплексирования тектонофизических и сейсмических (MOB) данник.

Свйсмотектонофизический подход представляет собой совместное использование тектонофизических и сейсмических данных, полученных на одной территории, для достижения геодинамического результата.

Представляется верным сформулировать задачи комплексного изучения среды полевыми тектонофизическим и сейсмическим методами следующим образом.

Прямая задача: для модели среды, полученной путем определения положения деформационных структур в пространство по параметрам тектонических полей напряжений, определить характеристики волнового поля. Тектонофизические модели структур, дополнительно насыщенные сейсмическими характеристиками, позволят провести теоретический расчет волновых полей либо их физическое моделирование. В структуру сейсмотектонофизических моделей могут включаться такие сейсмические характеристики, как объемное распределение величины

о короста упругих боли, направление и степень сейсмической анизотропии среда, распределение коэффициентов поглощения и рассеяния, и пр. Данные могут быть получены как эмпирически, ток и путем теоретических оценок.

Обратная задача: по результатам полевого тектонофизичэского изучения среда и дашшм полевых сейсмических исследований восстановить объемную деформационную структуру изучаемого объекта.

Тектонофизические исследования позволяют установить, наблюдаются ли на дневной поверхности закономерности в строении геологической среды, в чем именно эти закономерности выражаются, и характеризуются ли они строгими количественными параметрами: угловыми величинами, размерами деформационных структур, направлениями и амплитудами перемещений.

Сейсмические исследования MOB, со своей стороны, .предоставляют информацию о геометрической структуре среда.

На основании связи мевду структурами тектонофизической и сейсмической (MOB) моделей среды (поскольку в полях отраженных. воли фиксируются разломы), возможна совместная интерпретация данных этих, двух методов, направленная на построение геодинамической модели. При этом выявленные на дневной поверхности закономерности строения рвзломной сети ( положение и размеры разрывных структур,, составляющие их тектонофизические парагенезисы, временная после-1 довательность этапов разломообразования и пр.) с помощью .сейсмических данных будут распространены и прослежены в объеме, на глубину.

В пределах прямой и- обратной задач можно выделить их частные кинематические и динамические разновидности. В случае кинематической в тектонофйзическим смысле задачи, в хода ее решения будут использоваться только пространственное положение, направление и тип подвижки структур, без абсолютной величины смещения. При решении кинематической в сейсмическом et,меле прямой или обратной задач используются только структурные узоры регулярной составляющей волновых полей. .Соответственно, в динамической в тектонофизи-ческом смысла задачи будет обеспечен переход к энергии деформации среда путем использования абсолютных величин смещения и реологических параметров вещества. При решении динамической в сейсмическом смысле задачи будут использованы(либо получены) энергетические характеристики волноеых шлей.

Сейсмотектонофизическая модель разломной зоны в работе классифицируется как концептуальная, комплексная, иерархическая, вероятностная модель.

По результатам сопоставления вертикальной разрешающей способности НОВ с размерами разрывных структур установлены следующие ограничения:

- разрывные структуры могут быть выявлены по прямым отражениям начиная с ранга эшелонированных сколов; отражения от элементарных сколов возможны только в случае достижения ими максимальных для этого ранга размеров;

- зоны скалывания могут быть прослежены методами ГСЗ и ГСЗ-ОГТ, менее уверенно - МОВЗ. *

Горизонтальная разрешающая способность сейсмометрии С?ыла , оценена по выражению, предложенному Н.Я.Куниным и др. Возможность ( изучения разломов с ее учетом подтвердила сделанный ранее вывод, что осуществимо выделение отдельных эшелонированных сколов либо более"крупных объектов. Получило подтверждение и то, что с использованием глубинных низкочастотных модификаций сейсмического метода можно прослеживать только следующий иерархический уровень строения разлома - отдельные зоны скалывания.

Оценка влияния избирательности MOB на возможность изучения разломов, с учетом результатов, полученных в (Н.А.Караев, 1981; И.В.Литвиненко, 1973), позволила отметить следуадее:

- вследствие узкой избирательности MOB возможна ложная регуляризация структуры среды, приводящая к кажущемуся выполвживанию наклонных разломов;

- на глубинах порядка двух-трех длин годографа избирательность MOB становится остро направленной, допуская колебания в углах наклона отражателей в пределах нескольких градусов.

Для определения принципиальной возможности комплексирования сейсмических данных с тектонофизическими необходимо сопоставить точность этих методов в определении углов наклона структур а.

Конкретно для случая разрывных структур, с учетом их прямолинейности, для оценки точности сейсмических построений предложено выражение: -

Да=± / (Да, )г +(Даг)г О )

где Да1«tgß(1-tg2ß)1(1+tgß"tgAß) (2)

Даг=атс зIn t(1+QW а inaI -агс з in t (1 -ö V)' sIna] (3)

Обозначения в формулах: tgß=V'AT/Ax; tgAß=Vfcosß/(4-L); ДТ,х- интервалы времени и профиля регистрации отраженной волны; L

- протяженность отражающего объекта; ß - угол наклона отражающей площадки до миграции; Aß - предельная ошибка в определена велш-

чшш ß; V, I - скорость и частота упругих волн; а - истиншй угол наклона отражателя; Да1 - ошибка за счет погрешности в величине V; Ааг - ошибка вследствие ограниченности разрешающей способности.

С использованием выражений (1)-(3) для условий Кировоградского блока УЩ расчиташ две номограммы. Первая позволяет оценивать точность угла наклона отражающей площадки на глубинном разрезе MOB по ее протяженности и углу наклона; вторая позволяет определять минимально необходимое количество отражений от одной структуры для достижения точности тектонофизических построений. Обобщенные выводы, сделанные для второй главы:

1. Точность наземных исследований, проводимых с помощью горного компаса, в несколько раз превышает точность структурных построений MOB.

2. Достижение сейсморазведкой MOB точности наземных наблюдений возможно либо с использованием протяженных пологих отражателей, либо статистическим осреднением пространственных параметров коротких штриховых осей синфазности, принадлежащих на разрезе к одной линейной структуре.

3. При использовании структурных построений по данным MOB следует учитывать, что их точность прямо пропорциональна длинам отражающих площадок и обратно пропорциональна их углам наклона.

Третья глава работы посвящена построению обобщенной сейсмо-тектонофизической модели разломных структур, объединяющей в себб наиболее устойчивые, универсальные характеристики. Структурно глава составлена из двух разделов: первый устанавливает тектоно-физические характеристики этой модели, второй - сейсмические.

В первом, тектонофизическом разделе, устанавливаются рамки применения сейсмотектонофизического подхода на множестве деформационных объектов, и описываются тектонофизические закономерности разломообразования. Показано, что при комплексировании сейсмометрии и тектонофязики оптимально с позиций обоих методов использование в качестве базовых объектов дизъюнктивных структур.

В основу тектонофизической модели разлома положены представления, изложенные в работах(С.С.Стоянов, 1977; О.Б.Гинтов, В.М.Исай, 1-988).

Из закономерностей разломообразования Еыделены следующие:

- деформационные структуры могут быть представлены одним из восьми теоретически возможных тектонофизических типов, различающихся между собой ориентировкой плоскости структуры относительно главных осей тензора напряжений, и направлением вектора смещения;

- разломообразованио в коре характеризуется вертикальной рзологи-

ческой зональностью, с переходом сверху В1шз от хрупкого разрушения через пластическую к вязкой деформации;

- для разрывных структур характерны иерархичность строения, регулярность полей сформировавших их напряжений, унаследованность разломообразования, прямолинейность разломов в плане и в разрезе. ( Рассмотрение сейсмических характеристик разломов начинается с обсуждения особенностей формирования волновых полей в консолидированной коре. По результатам обобщения и анализа данных, приведенных в работах (О.В. Мирошникова, Ю.Г.Шогшн, 1988; И.В.Ли-твиненко, 1973; Б.Я.Гельчинский и др., 1977; Н.А.Караев и др., 1983; В.П.Номоконов, 1987; Н.Н.Пузырев и др., 1985; Е.К.Лоссов-скийидр., 1988; Т.В.Нефедкина и др., 1987; T.D.Jones et al., 1984; D.T.McDonough et al., 1988; C.A.Hurech et al., 1985 и др.) отмечены следующие характеристики сейсмической модели.

1. В приповерхностной области разреза за счет присутствия нескольких контрастных преломляицих границ формируется цуг преломленных волн, являющихся, б свою очередь, причиной формирования интенсивных преломленно-отраженных волн, в первую очередь от крутопадающих разломов. Последнее объясняется тем, что в пределах разрывных структур скачкообразно возрастают глубины залегания преломляющих горизонтов, и образуются благоприятные условия для отражения головных волн.

2. Скоростной разрез консолидированных толщ монотонен; максимальные изменения скоростных, плотностных, поглощающих характеристик среды приурочены к разрывши структурам. Это приводит к тому, что в полях отраженных волн доминируют отражения от разломов. Вещественные неоднородности, в том числе геологические контакты, отличаются невысокой сейсмической контрастностью; с ними связано формирование штриховых осей синфазности, формирующих сложные узоры волновых разрезов MOB.

3. Значительная часть регулярных осей синфазности связана с крутопадающими отражателями деформационной природы, и характеризуется большой величиной бокового сейсмического сноса. При этом вследствие большого градиента скоростей и значительного участия поперечных волн, регистрируются отражения от субвертикальных разрывных структур.

4. В случае, если в методике исследований MOB не предусматривалось определение положения фронтов отраженных волн, то сейсмический снос может достигать значительной величины, вплоть до значения кажущейся глубины отражателя (в том числе и для субгоризон-

тальных на разрезах MOB объектов).

Особенное внимание в работе уделяется фактическому подтверждению возможности обнаружения разрывных структур. По результатам обзора результатов работ по ряду сейсмических программ (BIRFS, COCORP, DEGORP, ECORP, MOB в Казахстане, Селорусс mi, Украине, на Урале) и отдельным сейсмическим наблюдениям на различных геологических структурах, а также с учетом изучения акустических свойств геологической среды в скважинах и на образцах, отмечено следующее:

1. В волновых полях MOB на частотах MOB и МОВ-ОГТ интенсивно проявляются разломы всех уровней глубинности.

2. Проявление разломов в материалах MOB характерно для различных типов геологических объектов, и, по-видимому, типично для разрывных структур.

3. Разломы в"полях отраженных волн могут проявляться не сплошными линейными зонами, а отдельными фрагментами этих зон, по-видимому, связанными с наиболее контрастными по акустическим свойствам элементарными и эшелонированными структурами.

Четвертая глава диссертации посвящена описанию методики комплексирования сейсмических (MOB) и тектонофизическюс денных, разработанной с ориентировкой на предложенную в предыдущей главе сейсмотектонофизическую модель разлома.

Полный граф сейсмотектонофизической интерпретации включает одиннадцать основных методических приемов, из которых семь предложены автором И связаны с непосредственной обработкой сейсмических (MOB) данных в сопряжении с результатам! решетшя тектонофизических задач. По характеру формального подхода к обработке фактического материала они классифицируются на две группы. Первый .подход ориентирован на статистическое выявление наиболее общих закономерностей пространственных характеристик сейсмических объектов, отождествляемых с разломными структурами - наличие . их областей концентрации и определение многократно повторяющихся элеменч^в залегания.

Второй подход в комплексной обработке данных проводит дифференциальное изучение каждого из отражающих объектов, определяет возможность его принадлежности к одному из известных этапов раз-ломообразования, и оценивает надежность такой интерпретации.

К первой группе предлагаемых алгоритмов относятся' следующие: I. Расчет кривой вертикальной сейсмической расслоенности по MOB со статистической оценкой результата (предложен автором совместно с А.А.Трипольским).

Производится пересчет параметров осей синфазности в

физическую глубину отражателя; строится кривая суммарных длин отражателей как функция их глубины. Для полученной кривой производится расчет доверительного интервала, в представлении биномиальной модели обнаружения отражателя. Границы интервала определяются как корни уравнения

(Н'п+а|)ха-(2"М"п"в+а^)х+Н'п'в=0 (4)

где параметр точности а_ определяется из условия

2 ,

— Г е~ъ /2 ,—. Iе <и =1-е,

42Х }0 ■

здесь п - количество испытаний в данной точке графика, равное удвоенному количеству отражающих площадок, используемых для построения данной точки кривой;

(1-е)- коэфйадиент доверия;

в - вероятность наступления элементарного события;

Н - количество возможных исходов.

Согласно выбранной вероятностной модели положено 9=0.5, К=2.

С учетом величины доверительного интервала определяются интервалы глубин, отвечающие аномально высокой сейсмической расслоенности, которые могут соответствовать субгоризонтальным объектам. Если использованы специально отобранные по критериям прямолинейности, структурного рисунка и динамической выразительности оси синфазности, то выделенные объекты предположительно имеют разломную природу.

В результате использования приема, предложенного совместно с А.А.Трипольским, получают кривую эмпирической зависимости вертикальной сейсмической расслоенности от глубины. Непосредственно на графике присутствуют две дополнительные кривые. Одна из них ограничивает первую кривую снизу, другая - сверху; они обозначают те . . пределы отклонения кривой, Б рамках которых экстремумы могут быть связаны с недостаточным количеством использованного материала, и могут быть обусловлены случайными колебаниями значений сейсмической расслоенности. Все отклонения кривой расслоенности, выходящие за эти пределы, обусловлены реальным изменением структуры среда. 2. Для каадого из выделенных с применением предыдущего алгоритма интервалов глубины строятся погоризонтные карты-срезы латеральной плотности отражателей. На каздом из срезов выделяются линейные элементы .структурного рисунка. Исходя из унаследованности разломообразования, предполагается, что эти линейные области отвечают участкам пересечения крутопадапцих и пологих зон скалывания. По ним реконструируется структура разломов в

геологической среде.

В результате применения данного приема получают набор параллельных горизонтальных сечений изучаемого участка консолидированной коры. На них в виде изолиний изображена плотность распределения отражающих объектов. Аномальные области, особенно линейные, без труда прослеживаются вниз по разрезу при визуальном просмотре срезов.

3. Определение распространенных элементов залегания отдельных структур в земной коре, предположительно связанных с региональными этапами разломообразования.

Процедура организована следующим образом. Для каждой из отражающих площадок (осей синфазности ), по кинематическим и динамическим соображениям предположительно объясненных разломной природой, определяются все возможные положения отражающих плоскостей о различными величинами бокового сноса. Затем все возможные варианта отражателей для всех выбранных отражающих площадок суммируются по координатам угла наклона и азимута простирания. Для полученного массива выявляются его максимумы, координаты которых и соответствуют наиболее вероятным элементам залегания эшелонированных сколов региональных этапов.

Результат использования этого алгоритма может быть представлен как в декартовой системе координат, так и на равноугольной стереографической проекции, удобной для его тектонофизического осмысления. В последнем случае легко реализуется применение к полученным данным тектонофизических алгоритмов, если это необходимо.

4. Выявление отражающих площадок, вероятно связанных с регистрацией преломленно-отраженшх от разломов волн.

Рассчитывается гистограмма распределения углов наклона, и на ней с применением корреляционного анализа выявляются симметричныё относительно горизонтального положения структур максимумы. В процедуре учитывается, что преломленно-отраженные волны могут образоваться на любом крыле дизъюнктива.

Предыдущий алгоритм в числе прочего предполагает также возможность субгоризонтального направления распространения фронта волн. Этот же алгоритм отличается своей целевой функцией: он направлен на проверку гипотезы о значительном участии преломленно-отраженных волн в формировании полей MOB. Его применение желательно в том случае, если интерпретатором отмечается на разрезах наличие' наклоненных в разные стороны под одинаковым углом линейных, областей концентрации отражающих площадок, встречающихся друг, с другом на уровне дневной поверхности.

Ко второй группе, основанной на индивидуальном сопоставлении пространственного положения отражающих объектов с положением деформационных структур, относятся следующие алгоритмы.

1. На участках пересечения сейсмических профилей МОВ отбираются те отражающие объекты,, которые зарегистрированы на обоих профилях. Затем производится пересчет кажущихся углов наклона на разрезах в азимут простирания и угол наклона отражающей плоскости. С использованием выракэш1й (1)-(3) определяются допустимые пределы отклонений элементов залегания, в рамках которых затем каждая отражающая плоскость сопоставляется с элементами залегания структур второго порядка всех известных этапов разломообразова-ния. Подобную операцию выполняют два алгоритма, один из которых ориентирован на временные, а другой - на глубинные разрезы.

Особенностью этих двух алгоритмов является то,, что проверяя для каждой отражающей площадки по два угла, относящихся к непараллельным профилям наблюдений, omi тем самым контролируют сопоставимость истинных объемных углов. Таким образом удается избежать неоднозначности получаемого результата.

2. Пооцедура, аналогичная предыдущей, но не требующая регистрации отраженной волны на двух профилях. Здесь истинные углы наклона структур второго порядка пересчитываются в кажущиеся. углы 1Шслона на сейсмическом разрезе, а последние в пределах допустимого отклонешш сопоставляются с реальными углами наклона.

Эта операция, впервые предложенная В.М.Исаем, отличается от предыдущей тем, что.ее результат носит вероятностный характер. Отражающая площадка здесь отождествляется с одной из разрывных структур, в то время как теоретически этой площадке может отвечать неограниченное количество вариантов элементов залегания реальных отражателей. Но несмотря на неоднозначность, данный алгоритм на практике приходится часто применять, т.к. многие отражающие объекты регистрируются на одном профиле MOB. В такой ситуации необходимо максимально привлекать предыдущие два алгоритма для подтверждения достоверности предлагаемой интерпретации. В данной же процедуре, в том числе и для напоминания о неоднозначности интерпретации, автором предусмотрен расчет вероятности того, что результат правилен, для каждой отражающей площадки. 3. Специальная процедура предназначена для построения горизонтальных срезов и вертикальных разрезов. В предположении и принадлежности отражающей площадки К одному из этапов разломообразования, Ч""> устанавливается в одном из трех предыдущих.алгоритмов, производится расчет продольного и бокового сейсмического сносов, определяется ис-

тинная глубина отражателя, и строятся сейсмотектонофизические карты и разрезы.

Для всех процедур сейсмотектонофизической обработки проведена их алгоритмизация и программная реализация. Разработанный автором пакет прикладных программ лег в основу автоматизированной системы обработки геофизических материалов.

Кроме того, в данной -лаве на основе полного графа обработки уделено внимание разработке частных графов, ориентированных на различные стадии геофизических исследований. Высказан ряд рекомендаций по корректировке некоторых процедур в расчете на рекогносцировочную, поисковую и разведочную стадии геолого-геофизических исследований.

Результаты, полученные" в четвертой главе, подытожены в следующих выводах:

1. Разработана технология комплексирования сейсмических и тектонофизических данных, направленная на создание геодинамической модели среды. Методика ориентирована на сложнопостроешше среды типа консолидированной коры, наличие по ним полевых текто-

■ нофизических данных и результатов изучения сейсмического поля отраженных волн.

2. Полный граф сейсмотектонофизической интерпретации включает не менее 11 этапов обработки данных. Для различных по степени геофизической изученности объекта ситуаций предусмотрены различные частные графы. Предварительно определен» три основных варианта графа обработки, соответствующие принятой в геологоразведке стадийности геофизических исследований.

3. Для всех трудоемких алгоритмов графа сейсмотектонофизичег ской интерпретации проведена их программная реализация. На основе пакета программ создана система автоматизированной обработки тектонофизических и сейсмических (MOB) данных.

Пятая глава настоящей работы посвящена построению частной сейсмотектонофизической модели верхней коры участка работ MOB (руководитель В.И.Шаров), расположенного на площади, развития новоукраинского комплекса пород на УЩ (далее - Новоукраинский участок).

Дана краткая геолого-геофизическая характеристика района работ. Более подробно охарактеризованы тектонофизические особенности разломной сети района, в изучении чего автор принимал непосредственное участие. Приводятся характеристики пластических и'хрупких этапов разломообразования, изученных на дневной поверхности. Описана морфология разрывных структур розных этапов.

Алгоритмы, описанные в предыдущей главе, применены к материалу MOB по Новоукраинскому частку. Получены в общей сложности 16 карт-срезов и три разреза для верхней коры изучаемой территории (б срезов и разрезы по результатам дифференциальной части сейсмо-тектонофизической интерпретации, остальные - по статистической ее части). Но ее результатам предложена сейсмотектонофизическая модель верхней коры.

Тектонофнзичеекая характеристика модели

1. Представляется наиболее вероятным,■что формирование разрывной сети коры Новоукраинского участка проходило в три эпохи. В первую, наиболее древнюю, вероятно, раннеархейского возраста, были заложат глубинные разломило зоны, захватывавшие широкие линейные области. Вторая эпоха отвечает формированию разломов, которые в настоящее время наблюдаются на дневной поверхности в виде пластических дизъюнктивов третызго-чотБертого глубинных уровней, и, вероятно, относится к концу архея-началу протерозоя. В последнюю, платформенную эпоху, в верхней коре были сформированы разломные зоны и зоны скалывания, проявленные в настоящее время на дневной поверхности как линейные области хрупкого разрушения горных пород.

2. В верхней коре изучаемого участка предположительно выделены наиболее, древние глубинные разломы. Выделено три линейных объекта, отождествляемых с ними. Один из этих объектов пространственно отвечает Субботско-Мошоринскому глубинному разлому.

3. В верхней коре Новоукраинского участка присутствует густая сеть пластических и хрупких разрывных структур. Она сформирована не менее чем за 12 этапов разломообразования ^вероятно позднаар-хейского-раннепротерозойского возраста, и не менее чем за II этапов разломообразования платформенной эпохи становления УЩ.

4. Разломообразованиа в верхней коре Новоукраинского участка во все эпохи его становления характеризовалось унаследованностыо. Пластические сколы пространственно тяготеют к ослабленным реологически областям, сформированным более древними разломными зонами. Хрупкие разрывные структуры интенсивнее проявлены в пределах пластических сколов.

5. Элементы залегания разрывных структур, относящихся к одному этапу разломообразования, выдержаны на всей площади изучаемого участка; структуры второго порядка сконцентрированы в линейных зонах скалывания.

6. В верхней кора Новоукраинского участка преобладают субверти-кальныо и крутопадающие разломы, ь меньшем количестве присутствуют наклонные разрывные структуры. Вероятно, что здесь также сфор-

мированы субгоризонтяльные зоны скалывания: до глубитш 7 км -хрупкие, с плотностью по разрезу одна зона скалывания на I-2км, и квазилластические, на глубине 7-10км. Последним, вероятно, отвечает область волновода.

7. Разломная сеть значительно контролирует структуру среды. Возможно, что положение Новоукраинского массива гранитоидов в- определенной степени обусловлено ршшеархейскими субширотннми разломами. Отдельные участки границ массива ориентированы согласно с выявленными в этой же. области i ,азппластическими разломами, что свидетельствует об участии последних в формировании его структуры.

Сейсмическая характеристика модели

1. Поле отраженных волн в верхней коре Новоукраинского участка, в значительной мере обусловлено отраженными и прелсмлешю-отраженными волнами от разрывных пластических и хрупких структур. Наиболее интенсивные отражения связаны с областями наложения х'рупкой деформации на пластическую, и участками интенсивного метасоматоза внутриразломного вещества.

2. Структура поля отраженных волн характеризуется преобладанием отражений со значительной величиной сейсмического сноса, зачастую превышающего истинную глубину отражателя. Поэтому двумерные сейсмические разрезы MOB, полученные по стандартной методике с использованием одНокомпонентных сейсмоприемников, без определения направления прихода волны, сильно искажают структуру коры. Большая часть отражений, зарегистрированных по шкале времени пробега до t=5c, в действительности отвечает интервалу глубин до 6-10 км. Неучет бокового сейсмического сноса приводит в среднем по отражателям к приблизительно двукратной ошибке по глубине в большую сторону.

3. Практически все интенсивные прямолинейные отражения отвечают тектонофизическим типам L- и R-сколов; отражения от Р-сколов,

и Т-структур встречаются очень редко. При этом количество отражений от L-сколов, как правило, превышает в 1.5-2 раза количество отражений от Н-сколов.

Заключение

Основным результатом исследования является методика сейсмо-тектонофизической интерпретации, служащая для геодинамических построений. Здесь сейсмические данные выступают как информационный источник об объемной структуре среды. Результат совместной сей-смотектонофизической интерпретации имеет тектонофизический характер, и по сути является распространением поверхностных геодинами-

- IS -

ческих реконструкций на некоторый объем геологической среда. .

Практические результаты ь работе несут новую информацию о структуре консолидированной кори. К ним относится: получений тек-тонофнзической информации о процессе деформирования верхней корц в ходе полевых тектонсфизических исследований, и построение объемной сейсмотектонофизической схемы участка верхней коры Кировоградского блока УЩ, проведанное с целью апробации применения предлагаемой методической схемы на рекогносцировочной стадии геодинамического изучения региона.

Основные результаты работы:

1. Установлен характер взаимосвязи между деформационными структурами в консолидированной коре и полам отраженных волн ; обоснована принципиальная возможность комплексирования тектонофизических и сейсмических(МОВ) дашшх.

2. Расширен и усовершенствован набор методических приемов совместного использования сейсмических(MOB) и полевых тектонофизических данных, ориентированный на различные стадии и геолого- геофизические ситуации проведешш интерпретации.

3. Приемы сейсмотектонофнзической интерпретации алгоритмизованы, осуществлена их программная реализация с создашшм системы обработки дашшх. •

4. С целью построения частной сейсмотектонофизической модели площади сейсмических работ MOB проведено полевое тектонофизичэское изучение деформационных структур в центральной части Украинского щита.

5. С целью апробации предлагаемой методики комплексировашя сейсмических и токтонофизических дашшх построена сейсмотектонофизи-ческая модель верхней коры Новоукраинского участка раоот MOB (Украинский щит).

Основные результаты опубликованы б следующих работах:

1. Тектонофизическая модель литосферы и динамика коры в связи с выработкой детальных поисковых критериев на рудные полезные ископаемые ( Отчет лаборатории геофизического изучения докембрия Института геофизики АН УССР за период 1985-1990).(Руководитель О.Б.Гинтов. ).-Киев: ИГ Ail УССР, 1990.-261 с. (совместно с П.В.Бе-личенко, 0.Б.Гинтовым, В.М.Исаем, Л.В.Исай, В.Б.Кобылянским, В.Н.Кпаленко, А.В.Муровской).

2. Динамика Пскемско-Ташкентской сейсмог&ншй зоны по тектонофи-зическим и сейсмологическим данным •// Геолого-геофизиччскиа ис следования в сейсмоопасных зонах СССР. Тез.докл.Всес.шк.-сешш., Долинка, 5-14 сент. 1989 г.- Фрунзе:' Илим, 1989 г.- С.94 (.совмэ-

cnro с M.K.Алимовым, О.Б. Гинтовым, Т.К.Зяхвдовым, В.М.Исаем, А.В.Муровской, Ю.М.Садыковым).

3. Комплексное использоваште сейсмического и тектонофизического методов при детальном изучении внутренней струк ури разломзшх зон докембрия//Структурный анализ кристаллических: комплексна и геологическое картирование. Тез.докл. Ш Воес.шк. -Киев: Ин-т геофизики' АН УССР, 1990 г. 4.2.-С.26-28.

4. Выделение субгоризонтальных разломных структур в консолидированной коре центральной части „.фаинского щита по дшншм метода отраженных волн//Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере. Тез.докл.Всес.совет. - Иркутск: ИЗК СО АН СССР, I99Q г.- С.7-8.(совместно с A.A. Трипольским).

5. Тектонофизическая интерпретация результатов МОГТ в пределах Головановской структурной зоны Украинского щита //Известия АН СССР. Физика Земли.- 1990.-JM.- С.59-71 (совместно с О.Б.Гинто-ьым, В.А.Ентиным, В.М.Исаем, Л.В.Исай, Л.М.Шимкивым).

G. Разрешающая способность и особенности применения сейсмотекто- . нофмзического метода в кристаллической коре Украинского щита//ДАН УССР. Сер.Б.-1990.-JHI.-С.3-7 (совместно с О.Б.Гинтовым).

7. Сейсмогенные разломы и напряженно-деформированные -состояния Ташкентско-Пскемской сейсмогенной зопы//Тектонофизические аспекты разломообразовашя в литосфере. Тез.докл.Всес.совещ. - Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1990 г. -0.125 (совместно с М.К.Алимовым, П.В.Бе-личенко, О.Б.Гинтовым, Т.К.Захидовым, В.М.Исаем, В.Б.Кобнлянским, А.В.Муровской, Ю.М.Садыковым, Ш.С.Халиновым).

8. Использоваш1в закономерностей разломообразования при интерпрв7 тации данных MOB в кристаллической коре Украинского щита//Меха-низмы структуробрразования в литосфере и сейсмичность^ Тез.докл. Всес.симпозиума.-М.:ИФЗ АН CCCP.-I99I г.-С.85.

9. Принципы построения сейсмотектонофизической модели деформационных структур//Прикладные проблемы моделирования и оптимизации: Матер.П Междунар.семин. Славское, 1-6 марта 1992 г./ИК АН Украины.-Киев, 1992.Деп. 12.08.92, №2628 В-Э2 - C.II-2G.

10. Тектонофизические особенности епицентралыгой области Тавак-сайского землетрясения (Восточный Узбекистан) //Геофизический журнал.-1992.-JH.-0.81-87 (совместно с О.Б.Гинтовым, Т.К.Захидовым, А.В.Муровской, Ю.М.Садыковым).

11. Пологие разломы в кристаллической коре Украинского щита(по данным MOB)//ДАН УСОР. Се р. В.- 1991.-ЖЗ.-С.7-И (совместно с