Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Осадочные бассейны в обстановке сжатия-моделирование фаз быстрого погружения

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Автореферат диссертации по теме "Осадочные бассейны в обстановке сжатия-моделирование фаз быстрого погружения"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ п п имени М.В.ЛОМОНОСОВА ' Ь и'ТЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ^а^^р^^-орической и региональной геологии

На правах рукописи

УДК: 551.244.2.001.57

КОРОТАЕВ МАКСИМ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ОСАДОЧНЫЕ БАССЕЙНЫ В ОБСТАНОВКЕ СЖАТИЯ -МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗ БЫСТРОГО ПОГРУЖЕНИЯ

Специал ьность: 04.00.04 - Геотекгони ка.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре исторической и региональной геологии геологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители:

докторгеол.-мин. наук,профессор А.М.Никишин

доктор М.-Ф.Бруне (M.-F. Brunei)

Официальные оппоненты:

доктор геол.-мин. наук А.Е.Шлезингер(ГИН РАН)

канд.техн. наук Ю.Л.Ребецкий(ОИФЗ РАН)

Ведущая организация: Институт Литосферы РАН

Защита диссертации состоится « 25» декабря 1998 г. в 14 ч.ЗО м. на заседании Диссертационного Совета К.053.05.02 по общей и региональной геологии и геотектонике при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, геологический факультет, аудитория 608.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ, зона «А», 6 этаж.

Автореферат разослан «25» ноября 1998г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета: / кандидат геол.-минер. Havr я . ТЮ.Тверитинова

Актуальность работы. Компьютерное моделирование является новым направлением в геологических исследованиях. Оно позволяет более точно восстановить историю осадочных бассейнов и дать количественный анализ вероятных моделей их истории и геодинамики.

Исследования, проведенные автором, являются одними из первых в России в области количественного моделирования истории осадочных бассейнов с океаническим и субокеаническим типом коры и деформаций неоднородной литосферы. В качестве объекта исследований выбраны осадочные бассейны окраин Восточно-Европейской платформы, заложенные на океанической коре или коре переходного типа, развивающиеся в отдельные эпохи в обстановке сжатия и достаточно хорошо изученные как бурением, так и геофизическими методами: Восточно-Баренцевоморский, Черноморский, Прикаспийский и Южно-Каспийский бассейны. Актуальность работы обусловлена прежде всего тем, что до сих пор нет ясности в причинах крупномасштабного погружения этих бассейнов.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы являлась разработка методики количественного моделирования истории осадочного эассейна, моделирование деформации неоднородной литосферы в обстановке ;жатия и применение разработанной методики для моделирования реальных эассейнов: Восточно-Баренцевоморского на неотектоническом этапе, Черноморского в плиоцен-четвертичное время, Южно-Каспийского в раннем-среднем плиоцене и Прикаспийского на неотектоническом этапе. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• обобщение данных по геологическому строению и истории развития Восточно-Баренцевоморского, Черноморского, Южно-Каспийского и Прикаспийского осадочных бассейнов;

• разработка методики моделирования бассейнов;

• одно- и двухмерное восстановление истории погружения исследуемых осадочных бассейнов;

• анализ результатов моделирования и выделение с их учетом этапов истории развития осадочных бассейнов;

• расчет деформаций литосферы осадочного бассейна типа Черноморского под воздействием напряжений сжатия, в рамках реологической модели литосферы, учитывающей структуру, минеральный состав и тепловой режим литосферы;

• моделирование эволюции Восточно-Баренцевоморского, Черноморского, Южно-Каспийского и Прикаспийского осадочных бассейнов.

Научная новизна. Усовершенствован и опробован метод одномерного и |вухмерного моделирования геологической истории регионов с широким >азвитием слабодислоцированного и недислоцированного осадочного чехла. 1ля объяснения быстрого погружения бассейнов на отдельных этапах их ¡азвития, построены модели синкомпрессионного вдавливания неоднородной

литосферы для Черноморского, Южно-Каспийского, Восточно Баренцевоморского и Прикаспийского осадочных бассейнов. Показан; возможность значительного синкомлрессионного погружения глубокой бассейна шириной порядка 200-300 км при уровне сил, принятом в моделя; тектоники плит, в результате наложения поля напряжений сжатия н; существующую неоднородную структуру литосферы.

Практическая ценность. Разработана и опробована методик; моделирования осадочных бассейнов с большой мощностью осадочного чехла Результаты моделирования позволяют реконструировать палеогеологичесш разрезы на заданные моменты времени с учетом декомпакции осадков Разработанная методика может быть применена и для других подобны: бассейнов, многие из которых являются важнейшими источникам! углеводородного сырья. Разработана геодинамическая модель быстрогс синкомпрессионного погружения. В осадочных бассейнах именно с фазамк быстрого погружения связано формирование огромных запасов углеводород oi (например, Южно-Каспийский бассейн).

Фактический материал. Автором были использованы материаль НИИМоргеофизика (Мурманск), НИИ Геологии Арктики (С-Петербург), фондь Геологической библиотеки МГУ, материалы Университета Пьера и Марии Кюр1< (Париж). Часть материалов была собрана автором в ходе полевых работ е Крыму в 1996 году.

Для одномерного и двухмерного моделирования были использованы 8С скважин и сводных разрезов и 12 сейсмических профилей по Баренцеву морю Черному морю, Прикаспию и Южному Каспию.

Пакеты компьютерных программ для моделирования истории погружения осадочных бассейнов и реологии литосферы написаны A.B. Ершовьш (Геологический факультет МГУ). Тестирование программ и написание отдельных модулей проводилось автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 170 страна машинописного текста и 100 рисунков. Работа включает введение, две части, объединяющие 6 глав, заключение и библиографию из 280 названий.

Во введении дана общая характеристика работы, определены ее цели v задачи

Первая часть «Методика моделирования осадочных бассейнов» включает главы 1 и 2. В главе 1 «Основы компьютерного моделирования осадочны> бассейнов» описываются методы, используемые для одно- и двухмерного моделирования истории погружения осадочного бассейна, методь моделирования реологических свойств литосферы и моделирования деформаций литосферы. В главе 2 «Моделирование деформаций усредненного осадочного бассейна» описывает модель деформаций осадочного бассейна с параметрами, близкими к бассейнам, описываемым в работе. Часть 2 «Примерь

моделирования осадочных бассейнов» включает главы 3, 4, 5,6 «Черноморский бассейн», «Южно-Каспийский бассейн», «Восточно-Баренцевоморский бассейн» и «Прикаспийский бассейн». Они посвящены геологическому строению, истории развития и моделированию упомянутых регионов. Каждая глава включает в себя подразделы: история геологического изучения, глубинное строение коры, стратиграфия, сейсмостратиграфия, современные поля напряжений, одномерное моделирование, двухмерное моделирование, моделирование реологии литосферы, моделирование деформаций литосферы, выводы по моделированию, история геологического развития региона с учетом результатов моделирования.

В заключении делаются основные выводы по результатам работы.

Апробация работы и публикация результатов. Основные положения диссертации докладывались на Дне научного творчества молодых ученых МГУ '1995); Международном рабочем совещании по проекту EUROPROBE раздел Внутриплитная тектоника и динамика бассейнов" (Москва, 1995), конференции «Ключевые проблемы геологии Баренцево-Карского шельфа и прилегающей юны» (С-Петербург, 1997); XXVIII-ом иХХ1Х-ом Всероссийских Тектонических совещаниях (Москва 1995, 1996); на 5-ом и 6-ом Международных совещаниях 10 тектонике плит памяти Л.П.Зоненшайна (Москва, 1995, 1998); рабочих зстречах по Международному проекту «PERI-TETHYS» (Москва, 1996,1997); международной научной конференции «Молодежь и наука в Третье ■ысячелетие» (Москва, 1996); 9-ом совещании ILP «Тектоника, геоморфология 1 динамика осадочных бассейнов» (Барселона, 1998). Результаты исследований укладывались и обсуждались на кафедре исторической и региональной еологии Геологического факультета МГУ

По теме диссертации опубликовано и находится в печати 31 работа, )езультаты работы вошли в 5 отчетов по различным научным проектам и 5ыли использованы при создании 2 новых учебных курсов для студентов.

Диссертация выполнялась под руководством профессора А.М.Никишина, юторому автор выражает глубокую благодарность.

Автор выражает глубокую благодарность соруководителю диссертации М,-:.Brunet под руководством которой часть работы выполнялась в Университете im. Пьера и Марии Кюри, Париж.

Автор выражает особую признательность A.B. Ершову, который является втором программного обеспечения, использованного для моделирования и [втором методики моделирования осадочных бассейнов.

Автор благодарен Е.Е. Милановскому, A.C. Алексееву, Е.Ю.Барабошкину, 5.Н. Вадковскому, Л.Ф. Копаевич, Н.В. Короновскому, H.H. Курдину, !.С.Милееву, Д.И, Панову, Л.М.Расцветаеву, Ал.В. Тевелеву, В.Е. Хаину (МГУ еологический ф-т); Э.В. Шипилову (НИИМоргеофизика, Мурманск), Ш.Лобковскому (ин-т Океанологии РАН); А.Е. Шлезингеру, Ю.А. Воложу, М.Л. ;оппу (ГИН РАН); Е.Е. Мусатову, Ю.В.Шипелькевич (НИИ Геологии Арктики,

С.-Петербург), Е.В. Артюшкову, В.О. Михайлову, Ю.Л. Ребецкому, Е. Никитин (ОИФЗ), С.Л. Костюченко (ГЕОН, Москва), А.Ф. Морозову (Министерст Природных Ресурсов России), S. Cloetingh, R.Stephenson (Vrije Université Amsterdam), P.Ziegler (Geological-Paleontological Institute, University of Base J.Dercourt, J.-P. Cadet (Университет Пьера и Марии Кюри, Париж), D.Gi (Uppsala University) за дискуссии, ценные советы и консультации, получении в процессе написания работы, а также за предоставленные геологическ! материалы.

Автор со всей теплотой благодарит своих коллег и друзей И.В.ШалимоЕ С.Н.Болотова, ПАФокина, А.В.Фурнэ, П.Л. Тихомирова, ИАВасильеву, Е. Третьякову, М.А. Устинову за постоянную поддержку и помощь во вре* выполнения работы.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, INTAS, Министерст! Минеральных Ресурсов России, проектов EUROPROBE, Peri-Tethys.

Автор выражает благодарность фонду Сороса, аспирантом которого < являлся в период работы над диссертацией.

ЧАСТЫ.МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОЕ Глава1.Основы компьютерного моделирования осадочных бассейнов

Особенностью осадочного чехла в осадочном бассейне является е слоистое строение. Это не только характерная черта геологического тела, t и своеобразная запись процесса образования и последующего изменения чем осадочного бассейна. В ней отражаются как процессы образования-собствен! слоистое строение осадков, так и процессы изменения - размывы и перерьш в осадочном чехле. Моделирование осадочных бассейнов служит flj расшифровки этой записи и последующего повторения всех процессо приведших к образованию осадочного чехла, но уже в компьютерном вариант Исследования по компьютерному моделированию осадочных бассейнс проводились с конца 70-х годов, среди исследователей можно выдели-M.Steckler, A.Watts, J.Sclater, P.Christie, M.-F. Brunet, S.CIoetingh, R.Stephenso В России существенный вклад в моделирование бассейнов внес/ Е.В.Артюшков, Ю.И. Галушкин, А.В.Ершов, А.Йсмаил-Заде, Л.И.Лобковски В.О. Михайлов. Среди задач моделирования осадочного бассейна можь выделить моделирование истории погружения бассейна и моделирован!» процессов в литосфере, вызывающих это погружение. При решении первс задачи по имеющимся данным (скважины, сейсмические профил! восстанавливается история погружения бассейна (одно-, двух- иг трехмерная); при решении второй задачи, выбирается наиболее реальнг модель развития осадочного бассейна и расчитывается деформац!' литосферы в течение геологической истории. В идеальном случа< восстановленная по геологическим данным история погружения осадочно бассейна должна совпасть с теоретической моделью деформаций литосфер!

Одномерное моделирование (стандартный backstripping-анализ, основа

Гсологкческо е время (млн .л ст) Геоло гичееко е в р емя(мш I лег)

т, , _ _ ч Геологическое времяСмлн.лет)

I еологичеокое время(млн.лет) г - '

-410 -310 -210 -ПО -10 -310 -210

"ВТ с I р|тТТТ

I

Баренцево море(о.Колгуев)

гя 200 н

э

С ¿5 "

и

¿3 §•

Центральная часть Прикаспийской впадины

и &

-*Ю -ЭЮ -310 ->10 ~ю

-410 -310 -210 -110

10

0

Рис. 1 Результаты одномерного моделирования по Прикаспийскому, Южнокаспийскому, Черноморскому и Барениевоморскому бассейнам приведены кривые палеоглубины(1), тектонического прогибания(2), прогибания фундамента с учетом разуплотнения осадков(З) и кривая скорости тектонического прогабаиия(4)

стратиграфический разрез) погружения осадочного бассейна (рис.1) включае в себя стратиграфическую и геохронологическую привязку отложений, анали перерывов и несогласий, анализ папеоглубин, разуплотнение осадков (снято нагрузки вышележащих слоев и определение первичной мощности слоя) i вычисление тектонического погружения бассейна, то есть погружения за сче эндогенных процессов, как если бы вес осадков был равен нулю. Кроме тоге вычисляется скорость тектонического прогибания бассейна, скорост! седиментации и другие параметры.

Двухмерное моделирование (основа - сейсмический профиль ил| геологический разрез) погружения осадочного бассейна (рис.2), кром< разуплотнения и анализа палеоглубин по профилю бассейна, включает в себ; моделирование существенно двухмерных процессов, например, образована клиноформ и разломобразования. Двухмерная модель графически выгляди-как серия палеогеологических разрезов бассейна на различные моменть времени. Кроме того, двухмерная модель позволяет построить усредненнук по профилю модель погружения фундамента. Она снимает влияние таки: нарушений как солевые и глиняные диапиры (так как кривая усредняется пс всему профилю и объем перемещенного вещества в слое вдоль профил? остается неизменным).

Пакет компьютерных программ для одномерного и двухмерногс моделирования истории погружения осадочных бассейнов был создан А.В Ершовым. С.Н. Болотов и М.В. Коротаев принимали участие в его создании t первые опробовали его на многочисленных конкретных примерах. Авторог^ разработаны отдельные модули программ, отвечающие за трансформацик данных, а также разработаны формы представления результатоЕ моделирования.

Реологическое моделирование литосферы включает в себя расчет деформаций и напряжений в литосфере в зависимости от ее теплового режима, минерального состава и приложенной силы.

Среди исследователей, занимавшихся вопросами реологии литосферы, можно выделить таких ученых как J.D.Byrlee, C.Goetze, В. Evans, N.Carter, M.Tsenn, S.Kirby, A.Kronenberg, S.CIoetingh, G. Ranally, E.B. Артюшков, Е.Б.Буров, Л.И. Лобковский. Для графического представления реологически* свойств литосферы используется график зависимости критических напряжений от глубины (профиль критических напряжений). При построении модели учитываются три типа деформаций: упругие (описываемые законом Гука), хрупкие (описываемые законом Бирли), вязкие (описываемые экспериментально определяемыми уравнениями состояния). Пс горизонтальной оси графика влево откладывается напряжение растяжения, вправо - напряжение сжатия, по вертикальной оси - глубина. Отдельные части графика в случае континентальной литосферы характеризуют отдельные реологические слои литосферы. Рассмотрим профиль напряжения для одного такого слоя. Верхняя часть фигуры отвечает хрупкой деформации с линейной зависимостью напряжения от глубины, определяемой правилом Бирли. Далее,

Ш к, □ К. СИ Рг. ГЗ Р8,.к. а и," ЕЭ к,1 О н,чз

Рис.2 Результаты двухмерного моделирования по Южному Каспию

ниже перегиба находится область вязко-упругихдеформаций. Ближняя к 0 (д< 200 МПа) область отвечает степенной ползучести, дальняя (от 200 МПа область - ползучести с нарушенным степенным законом.

Важное значение для характеристики реологических свойств литосферь имеет эффективный упругий модуль, определяемый как отношение напряжение к полной деформации в каждой точке литосферы при данном уровне напряжений.

Площадь фигуры, ограниченной профилем эффективного упругого модул? характеризует жесткость литосферы в целом, а положение центра тяжесть фигуры определяет положение эффективной средней поверхнос™ литосферы(рис.З).

Сточки зрения механики, в первом приближении, реологические свойстве литосферы могут быть промоделированы реологическими свойствами тонкоР упругой пластинки, называемой эквивалентной упругой пластинкой (рис.4). Онг характеризуется двумя параметрами: толщиной и положением эффективно!/ средней поверхности. В применении к литосфере они носят название эффективной упругой толщины литосферы (3VT) и эффективной среднее поверхности литосферы (ЭСП). ЭСП характеризует преддеформационнук структуру литосферы. При наложении на профиль сжимающей силь происходит его деформация.

Горизонтально приложенные силы могут привести к вертикальным движениям двумя способами: в случае потери устойчивости однородной литосферой с плоской ЭСП и в результате усиления существующего отклонения ЭСП. Было показано (Stephenson, Cloetingh, 1991), что первый механизм не может быть реализован, так как силы, необходимые для этого, слишком велики и источники таких сил не могут быть найдены в рамках тектоники плит. Важность деформаций посредством второго механизма была осознана давно (Cloetingh, 1986, Karner, 1986, Kooi, 1991, Nikishin etal.,1997), однако не было предложено модели, описывающей изгиб ЭСП. Математическая характеристика положения ЭСП сформулирована А.В. Ершовым (Ershov, 1998).

ГЛАВА 2. Моделирование деформаций усредненного осадочного

бассейна

Для получения граничных условий модели изгиба неоднородной литосферы было проведено моделирование усредненного осадочного бассейна, заложенного на утоненной континентальной или океанической коре (рис.5). Параметры бассейна - коровый разрез, тепловой поток, действующие силы - были положены близкими к параметрам реальных бассейнов. Ширина бассейна с океанической корой была выбрана близкой к длине полуволны изгиба литосферы (200-300 км).

В результате моделирования получены следующие выводы:

1. для моделирования деформации неоднородной литосферы может быть использован бассейн с корой океанического типа или сильно утоненной континентальной (мощность верхней коры от 0 до 5 км) и мощностью

Рис.3 Коровый разрез бассейна с океанической корой и соответствующие ему профили предельных

напряжений

>>

ЭСП О;

Рис.4 Профиль эффегсгивной упругой толщины(ЭУТ) литосферы и положение эффективной средней поверхности (ЭСП) литосферы

осадочного чехла бассейна от 15 до 25 км;

2. ширина бассейна с океанической корой - 200-300 км, при большей ширине возникает поднятйе в центре бассейна;

3. увеличение мощности осадков увеличивает изгиб ЭСП и увеличивав' деформацию;

4. наличие слаболитифицированных маловязких осадков увеличивает изгиб ЭСП и увеличивает деформацию;

5. тепловой поток может изменяться от 60 до 30 (обрамление бассейн и от 40 до 25 (центральная часть бассейна) мВт/м2, понижение теплового потока увеличивает ЭУТ и деформацию;

6. прикладываемая сила - от 5x1012 до 1013 Н /м, стандартная сила в рамкахтектоники плит;

7. в зависимости от прикладываемой силы, теплового потока, мощност осадков и от степени их литификации предлагаемая модель может обеспечивать тектоническое погружение от 0.5 до 2 км.

ЧАСТЬ 2. ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОЕ

В окраинных частях Восточно-Европейской платформы существует pj осадочных бассейнов с субокеаническим типом коры, находящихся обстановке регионального сжатия: Южно-Каспийский, Черноморски Баренцевоморский и Прикаспийский. Все эти бассейны обладают некоторык сходными чертами: отсутствие по геофизическим данным верхней кор| чрезвычайно большая мощность осадков; значительная мощность одного i осадочных комплексов, соответствующего короткому интервалу геологическо времени; в течение которого бассейн находился в обстановке регионально: сжатияё.

Принято предположение о синкомпрессионном изгибе реологичес» неоднородной литосферы этих бассейнов. Для подтверждения предположен проведено одно- и двухмерное моделирование истории погружения осадочнь бассейнов и построена модель реологических свойств литосферы бассейна ее поведения при действии на нее сжимающих сил с величинами, принятым в тектонике плит.

Модель погружения этих бассейнов за счет синкомпрессионно! вдавливания не является единственно возможной: не исключаются модег погружения бассейнов, связанные с фазовыми переходами, течения вещестЕ в коре, нагрузкой орогенов, надвигами и так далее; но эти модели в работ численно не анализируются.

Глава З.Черноморский бассейн.

Среди исследователей Черного моря можно отметить таких ученых как НЛ Андрусов, А.Д.Архангельский, М.В. Муратов, ДАТуголесов, В.В. Белоуса Б.С.Вольвовский, АЕ.Шлезингер, В.И.Старостенко, I. Finetti, A. Robinsoi Данные по глубинному строению Черного моря и истории геологическо! развития Черного моря приводятся по работам (Туголесов, 1985, Белоусо! Вольвовский, 1989, Старостенко, Вольвовский, 1996, Robinson, 1995, Nikishi

После открытия бассейна и охлахедения литосферы Эффективная средняя поверхность литосферы имеет преддеформационный изгиб, уменьшающий силы, необходимые для деформации

преддеформационному изгибу, что вызывает погружение бассейна и образование компенсационных поднятий

Рис.5 Модель быстрого синкомпрессионного прогибания осадочного бассейна

et al.,1998).

Черноморский бассейн расположен к югу от Восточно-Европейско платформы, его современная глубина составляет до 2-2.5 км. В современно структуре Черного моря выделяются два основных бассейна - Восточнс Черноморский с сильно утоненной континентальной корой и Западне Черноморский с океанической корой, разделенных поднятием Андрусова. I районе глубоких впадин Черного моря поверхность Мохо приподнята достигает глубин 25 км, мощность консолидированной коры здесь от 5 ю (Западно-Черноморская впадина) до 10—15 км (Восточно-Черноморска впадина) (Вольвовский, 1989). В гравитационном поле в редукции Буге Восточнс и Западно-Черноморской впадинам соответствуют положительные максимум1 (Гончаров, 1972). Тепловой поток Черноморской впадины - 20-30 мВт/м2. i неотектоническое время регион находится в обстановке сжатия (Копп, 1997)

Предполагается образование Черного моря в мелу в результате задуговог спрединга (Зоненшайн, 1988, Robinson et al., 1996, Nikishin et al., 1997] Мощность мел-четвертичного осадочного чехла Черного моря достигает 18 кг в Западно-Черноморской впадине и 15 км в Восточно-Черноморской впадине Структура осадков известна, в основном, только по сейсмическим данные Выделяются 5 основных структурных комплексов: верхнемеловой (в Западне Черноморской впадине, 2-3 км), папеоцен-эоценовый (3-4 км), олигоцен нижнемиоценовый (майкопский, 5-6 км), средне-верхнемиоценовый (1-2 км) i плиоцен-четвертичный (3-4 км). По сейсмическим данным олигоцен миоценовые осадки лежат горизонтально. Предполагается, что палеоглубин; увеличивалась от середины мела (образование Черноморской впадины ) д( олигоцена от 0 до 2.5 км, и далее линейно уменьшалась до современно! глубины Черного моря (2 км).

Для моделирования истории погружения Черного моря использовань сейсмические профили 1-81, 2-81, 5-81 научно-исследовательского судн; « Профессор Шгокман». При одномерном моделировании с учетом палеоглуби! получены пики тектонического прогибания в мелу (образование впадины) < тектоническим погружением 0.9 -1.3 км и скоростью тектонического прогибани: 30 м/млн.лет и в плиоцен-четвертичное время - 0.4 км и скорость тектонической прогибания 80 м/млн.лет. Быстрое плиоцен-четвертичное погружение Черноп моря не объясняется термальным пострифтовым погружением литосферы Для объяснения предлагается модель синкомпрессионного вдавливани! неоднородной литосферы, имеювшей значительный изгиб вниз срединно! поверхности. При моделировании реологии Черного моря (2 широтных коровы: разреза) получено значение ЭУТ в средней части (океаническая или сильн< утоненная континентальная кора) -120 км, в краевых частях его значение - 50 70 км, при этом эффективная срединная поверхность литосферы имее преддеформационный изгиб 25-30 км. При наложении на профиль напряжение сжатия 5x1012 Н/м происходит погружение центральной части профиля н; глубину 400 метров, что, в целом, совпадает с тектоническим погружениег центральной части Черного моря.

ГЛАВА 4.Южно-Каспийский осадочный бассейн

Южно-Каспийский бассейн охватывает южную часть Каспийского моря, на востоке он граничит с Куринской впадиной, на юге - с орогеном Эльбурс, на западе - с Западно- Туркменской впадиной.

Среди исследователей Южного Каспия можно перечислить таких ученых как Г.В.Абих, Н.И. Андрусов, А.П. Карпинский, И.М. Губкин. Данные по глубинному строению, геологии и истории геологического развития ЮжноКаспийского бассейна приводятся по работам (Крылов, 1989, Лебедев, 1990, Мамедов, 1992, Старостенко, Вольвовский, 1997, Nadirov et al.,1997 и др.).

Современная глубина Южного Каспия достигает 900 метров. Мощность земной коры в центральной части бассейна составляет 30 км. В гравитационном поле Южно-Каспийскому бассейну отвечает область отрицательных значений - из-за высокой мощности осадков. Мощность осадочного чехла Южного Каспия достигает 25 км. Тепловой поток - 30-40 мВт/м2. В настоящее время регион находится в обстановке сжатия (Pristley et al., 1994, Копп, 1997).

Предполагается образование Южного Каспия в поздней юре - раннем мелу за счет задугового растяжения (Зоненшайн, 1988, Никишин и др.,1997). Это косвенно подтверждается результатами восстановления истории погружения сводных разрезов окружающих горно-складчатых сооружений - в кривых погружения наблюдается пик прогибания фундамента в поздней юре- начале раннего мела. Строение средней и нижней части осадочного чехла известно только по сейсмическим данным. Наибольшая мощность осадков - 6-8 км приходится на песчано-глинистые ритмичные толщи нижнего плиоцена (продуктивные слои), мощность доплиоценовых отложений 7-8 км, отложения герригенно-карбонатные, мощность верхнеплиоцен-четвертичных отложений -2-4 км, отложения терригенные. Предполагается, что образовавшись в поздней ¡ope- раннем мелу, бассейн увеличивал свою глубину до олигоцена до величин "лубин современных задуговых бассейнов - 2.5 км, и далее глубина бассейна пинейно уменьшалась за счет засыпания осадками вплоть до современной -лубины (900 метров).

Для одномерного моделирования в Южно-Каспийском регионы были использованы сводные разрезы окружающих территорий (Западная Туркмения 1 Нижне-Куринская впадина), а также «псевдоскважины», снятые с разных ^стей регионального сейсмического профиля (Мамедов, 1992). С учетом 1алеотубин получен основной пик тектонического прогибания Южного Каспия з раннем плиоцене. Величина тектонического прогибания составила около 2 (м, скорость тектонического прогибания - до 1200 метров за млн.лет. Эти зеличины не могут быть объяснены моделью термального пострифтового югружения литосферы. Для моделирования реологии литосферы использован зубмеридиональный разрез Южного Каспия, при этом принималось во знимание, что большая часть осадков Южного Каспия слабо литифицирована 1 представляет собой реологически слабую часть разреза. При моделировании юлучены значения ЭУТ в центральной части профиля - 100 км, в краевых

частях профиля - 50 км, изгиб эффективной срединной поверхности литосферь составляет 25 км. При наложении на профиль силы 10" Н/м получень деформации литосферы около 2000 метров в центральной части профиля; что, в целом, соответствует тектоническому погружению в центральной часту Южно-Каспийского бассейна.

ГЛАВА 5.Восточно-Баренцевоморский осадочный бассейн

Среди исследователей Баренцевоморского региона можно назвать таки> ученых как И.С. Грамберг, М.Л. Верба, Э.В. Шипилов, Б.В. Сенин, В.П.Гаврилов. Данные о глубинном строении и геологической истории Баренцевоморскогс региона приводятся на основе работ (Грамберг, 1988; Шипилов, 1989; Шипелькевич, 1993; Мусатов, 1995; Johansen et al., 1993;AIsgaard, 1993; Nikishin etal., 1996 и др.).

Баренцевоморский бассейн расположен к северу от Восточно-Европейской платформы, современная глубина Баренцева моря - 100-400 метров. Е Восточной части Баренцева моря выделяется Восточно-Баренцевоморская мегадепрессия с океанической и переходной корой в основании. Мощность земной коры в центральной части мегадепрессии около 30 км. В гравитационном поле области с наиболее тонкой корой соответствует гравитационный максимум. Осадочный чехол Баренцева моря достигает 18-19 км. Тепловой поток 60-8С мВт/м2.

Баренцевоморский бассейн образовался предположительно в позднем девоне (Nikishin et al., 1996). Строение осадочного чехла известно по данным глубокого бурения на поднятиях Баренцева моря и по сейсмическим данным (центральная, наиболее погруженная часть бассейна). В состав осадочного чехла входят карбонатные итерригенно-карбонатные породы девона - ранней перми и преимущественно терригенные породы поздней перми - мезозоя. В разрезе присутствуют два клиноформных комплекса - пермо-триасовый (амплитуда клиноформ до 3-4 км) и раннемеловой (клиноформы до200 метров). Из анализа неотектонических движений (Мусатов, 1995) выделяются области опускания (Восточно-Баренцевоморский прогиб) с погружением до -400 метров и относительные поднятия (Центральнобаренцевское поднятие, Адмиралтейское поднятие) с амплитудой до -100 метров. На Новой Земле найдены вулканические трубки неоген-четвертичного возраста (Кораго и др., 1985). Баренцевоморский регион на неотектоническом этапе находится в обстановке регионального сжатия (Reemst, 1995, Rohrman etal., 1995, Muller etal., 1992).

По результатам одномерного и двухмерного моделирования с учетом палеоглубин выделяются события быстрого тектонического прогибания бассейна в девоне (образование бассейна), на границе перми и триаса, в поздней юре и четвертичное время. Для объяснения быстрых неотектонических движений (погружение Восточно-Баренцевоморской впадины и поднятие окружающих ее Центральнобаренцевоморского и Адмиралтейского поднятий) предложена модель деформаций изгиба неоднородной литосферы. Для

моделирования выбраны 3 профиля, в северной, центральной и южной частях впадины. При моделировании реологических свойств литосферы получена ЭУТ в центральной части профиля 150 км, в краевых частях профиля - 50 км. Положение ЭСП от центра к краям изменяется от 25 до 75 км, образуя преддеформационный изгиб 50 км. При приложении к модели литосферы действующей силы 6x1012 Н/м, получено погружение в центральной части бассейна до 400 метров (соответствует неотектоническому погружению Восточно-Баренцевоморской мегадепресии) и поднятия в краевыхчастях 50100 метров (соответствует неотектоническим поднятиям Центральнобаренцевоморского и Адмиралтейского поднятий).

ГЛАВА 6.Прикаспийский осадочный бассейн.

Прикаспийская впадина расположена в районе Прикаспийской низменности, к северу от Каспийского моря, в юго-восточной части Восточно-Европейской равнины. Среди исследователей Прикаспийской впадины можно перечислить такихученыхкакА.Л.Яншин, Н.В. Неволин, Р.Б. Сапожников, Ю.А. Волож, А.Е. Шлезингер, М.Антипов, Л.Г Кирюхин. Данные по глубинному строению, геологии и истории геологического развития Прикаспийского бассейна приводятся по работам (Кирюхин и др.1980, Кирюхин, 1993, Аплонов, 1995, Волчегурский и цр.,1995, Старостенко, Вольвовский, 1997, Костюченко, 1998). Мощность осадков в Прикаспийской впадине достигает 22 км. Наиболее погруженной частью впадины является Центральноприкаспийская депрессия, расположенная в северо-западной части Прикаспийской синеклизы. Мощность верхней коры в краевых частях Прикаспийской впадины достигает 20 км, постепенно уменьшаясь к центральной части впадины до 0. В северо-западной -(асти впадины, в районе, соответствующем наибольшей толщине осадочного злоя и наименьшей мощности консолидированной земной коры, наблюдается /часток, лишенный верхней коры. Тепловой поток впадины относительно зысокий и достигает 60-70 мВт/м2. Возраст пород основания Прикаспийской зпадины неясен и предполагается рифейским, ранепалеозойским или средне-юзднедевонским.

Краевые части впадины хорошо изучены глубоким бурением, строение эсадков в центральной части известно только по геофизическим данным. В заставе осадочного чехла впадины можно выделить следующие комплексы: Эоэйфельский(?), эйфельско-раннефранский, позднефранский-турнейский, эанне-средневизейский, поздневизейско-раннебашкирский, позднебашкирско-зерейский, каширо-артинский, кунгурский, позднепермский, триасовый, юрский, леловой, кайнозойский (Волчегурский и др., 1995, Кирюхин и др., 1980). Состав ^окунгурских осадков карбонатный и терригенно-карбонатный, мощность до 9 см, кунгур - соли, гипсы и ангидриты, средняя мощность до 5 км, юслекунгурские осадки преимущественно терригенные, мощность до 8 км. 1редполагается нулевая палеоглубина бассейна на время образования средний - поздний девон), максимальная палеоглубина приходится на *окунгурское время (1.5 км) и примерно компенсированное заполнение

бассейна до современного состояния (суша) с поздней перми по четвертичное время (Brunei et al.,1997). В неоген-четвертичное время регион находится е обстановке субмеридионального сжатия (Сим, 1996).

Для одномерного моделирования были использованы сводные разрезь центральной и краевых частей Прикаспия и разрезы скважин на периферии Прикаспийской впадины с глубиной более 5 км. По результатам одномерное моделирования с учетом палеоглубины получены три пика тектоническое активности в Прикаспийской впадине - девонский - заложение или активизация структуры впадины, позднекаменноугольный и плиоцен-четвертичный Величины тектонического прогибания для этих событий - 2, 0.2, 0.2 кк соответственно. Положение на кривой тектонического погружена позднекаменноугольного и неоген-четвертичного пика не объясняете? термальным пострифтовым остыванием литосферы. Для объяснения быстрогс прогибания впадины на неотектоническом этапе применена модель изгибг неоднородной литосферы. Для моделирования принят коровый профилк субмеридионального простирания. При моделировании реологических свойсте литосферы получены значения ЭУТ для краевых частей впадины - 30 км, для центральной части впадины с океанической корой позднедевонского возрасте -100 км, преддеформационный изгиб средней поверхности литосферь составляет40 км. При наложении на профиль действующей силы равной 5x101: Н/м получены деформации модели близкие к неотектоническим движениял/ по профилю, соответствующему коровому разрезу.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Разработана методика моделирования фаз быстрого погружения осадочного бассейна с океаническим или переходным типом корь находящегося в обстановке регионального сжатия. Методика включает в себя моделирование истории погружения и моделирование деформаций неоднородной литосферы в обстановке сжатия, приведших к этому погружению

2. При моделировании истории погружения получены фазы быстрогс синкомпрессионного прогибания в Восточно-Баренцевоморском бассейне е неоген-четвертичное время, в Прикаспийском бассейне в позднем карбоне v на неотектоническом этапе, в Черноморском бассейне в плиоцен-четвертичное время и в Южно-Каспийском бассейне в раннем-среднем плиоцене.

3. Быстрое погружение Восточно-Баренцевоморского, Прикаспийского, Черноморского и Южно-Каспийского осадочных бассейнов может быть вызванс изгибом неоднородной литосферы, имеющей преддеформационный изгиб эффективной средней поверхности. Результаты моделирования истори1' погружения бассейнов по геологическим данным совпадают с результатам!-моделирования погружения бассейнов по расчетам деформаций литосферы

4. Механизм синкомпрессионного вдавливания является возможные объяснением для быстрого погружения осадочных бассейнов с океанические или переходным типом коры в обстановке регионального сжатия тектоническим погружением на этапе быстрого погружения до 1.5-2 километров

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ И НАХОДЯТСЯ В ПЕЧАТИ СЛЕДУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

Статьи:

1.Nikishin, А.М., Ziegler, PA, Stephenson, R.A., Cloethingh, S.A., Fume, A.V., Fokin, P.A., Ershov, A.V., Bolotov, S.N, Korotaev, M.V, Alekseev, A.S, Gorbachev, V.I., Lankreijer, A., Bembinova, E.Yu. and Shalimov, I.V. Late Precambrian to Triassic history of the East European Craton: dynamics of sedimentary basin evolution.//Tectonophysics, 1996., 268, p. 23-63.

2.Коротаев M.B., Никишин A.M., Шипилов Э.В., Клутинг С., Стефенсон Р. Геологическая история Восточно-Баренцевоморского региона в палеозое-мезозое по данным компьютерного моделирования //Доклады Академии Наук, 1998, т.350, №5,654-658.

3.ErshovA., Brunet M.-F., Nikishin AM., Bolotov S.N, Korotaev M.V, Kosova S.S. Evolution of the eastern Fore-caucasus basin during the Cenozoic collision: burial history and flexural modelling//Pery-Tethys Memoir 4, Paris, 1999 (в печати).

4. Ershov A, Brunet M-F, Korotaev M.V, Nikishin AM, Bolotov S.N. Late Cenozoic burial history and dynamics of Nothern Caucasus molasse basin: implications for foreland basin modelling //Tectoniphysics, 1999 (в печати).

б.Коротаев M.B. «Примеры двухмерного моделирования осадочных бассейнов», «Реологическое картирование» // Геоисторический и геодинамический анализ осадочных басейнов (Серия методических руководств по геодинамическому анализу при геологическом картированию)(под ред. Н.В.Межеловского и А.Ф.Морозова). М, Министерство Природных Ресурсов, 1999,500 с. (в подготовке к печати).

Тезисы докладов:

6.Коротаев М.В. Компьютерное моделирование палеозойско- мезозойской истории Баренцевоморского региона /Яезисы Научной конференции: «День Научного Творчества Студентов -95», М, МГУ, 1995, с.7.

7. Nikishin A, Fume A, Fokin Р, Alekseev A, Ziegler Р., Cloetingh S, Stephenson R, Ershov A, Bolotov S, Korotaev M. Riphean-Paleozoic history and geodynamics of the East European Craton.// Abstracts of EUROPROBE WORKSHOP «Geodynamics of Intracratonic Rifting: Eastern European Craton and Pripyat-Dnieper-Donets Rift.» Leeds: 28-31 July 1995.

8.Ershov A.V., Nikishin A.M, Bolotov S.N, Korotaev M.V, Nazarevich B.P, Fokin P. A, Furne A.V. Computer modelling of the rift-basin history of the Russian and Scythian platfoms.// IGCP Project No. 369 «Comparative Evolution of PeriTethyan Rift Basins». 2nd Annual Meeting and Fieldtrip, 29 September - 3 October, 1995, Mamaia, Romania.

9.NikishinA.M, Korotaev M.V, ShipllovEd.V. Geological history of Barents sea region according to data of computer modelling.// Abstracts of 5th Zonenshain conference on plate tectonics, November, 22-25,1995, p.163.

Ю.Никишин AM, Болотов C.H, Ершов А.В., Коротаев M.B, Назаревич Б.П,Фурнэ A.B, Шалимов И.В. Компьютерное моделирование геологической

истории осадочных бассейнов.// Тезисы докладов XXIX Всероссийского Тектонического совещания «Тектоника осадочных бассейнов Северной Евразии.», М., 1995, с. 136-138.

11.Nikishin А.М., Korotaev M.V., Shipilov Ed.V. Geological history of Barents sea region according to data of computer modelling.//Abstracts of 30th International Geological Congress, Beijing, China, August, 4-14, 1996., p.322

12.Nikishin A.M., Baraboshkin E., BolotovS., BrunetM.-F., CloetinghS., Fokin P., Fume А.,.1Гпа V, Kopaevich L., Korotaev M., Nazarevich В., Panov D., Shalimov I.V., Stephenson R., Ziegler P.. Late Paleozoic- Mezozoic - Cenozoic History of Southern part of the Eastern Europe // Abstracts of Peri-Tethys Programme Amsterdam annual meeeting, June, 10-11,1996, p.44.

13.Nikishin A.M., Baraboshkin E., Bolotov S., Fokin P., Furne A., H'na V., Kopaevich L., Korotaev M., Nazarevich В., Panov D., Shalimov I.V., Brunet M.-F., Cloetingh S., Stephenson R., Ziegler P.. Southern part of the Eastern Europe: Late Paleozoic- Mezozoic - Cenozoic History. // Second Moscow Workshop of the Peri-Tethys Programme, May, 28-30,1996, p.17.

14.Ershov A.V., Korotaev M.V., Nikishin A.M. Carboniferous- Permian syn-compressional subsidence of the Dniepr basin.//Abstracts of EUROPROBE/ INTAS Yalta'96 Workshop, Crimea, Ukraine, 31 October - 7 November 1996, Геофизический журнал, 1997, №1, с. 159.

15.Никишин A.M. Ершов А.В. Болотов С.Н., Коротаев М.В., Клутинг С., Стефенсон Р. Кайнозойские общелитосферные складки на ВосточноЕвропейской платформе как результат ее Альпийского сжатия: геологические данные и математическая модель // Тезисы докладов XXIX Всероссийского Тектонического совещания «Неотектоника и современная геодинамика континентов и океанов.», М, 1996, с.106-108.

16.ErshovA.V., BrunetM.-F., NikishinА.М., BolotovS.N., KorotaevM.V., Kosova S.S.Kinematical and Flexural Modelling of the Fore-Caucasus Molasse Basins.// Abstracts of Third Moscow Peri-Tethys Workshop, May 13-15, 1997, Geological Faculty, Moscow State University, p.10

17.Болотов C.H., Коротаев M.В.Численные характеристики геотектонических процессов // Тезисы докладов ежегодной научной конференции «Ломоносовские чтения» МГУ, Геологический факультет, 23-29 апреля 1997, с.45.

18. Korotaev М., CloetinghS., Nikishin A., Shipilov Ed. 1DAnd 2D Modelling Of The Burial History Of The East-Barents Sea Basin.//Abstracts of XXII general Assambly of European Geophisical Society, Vienna, 21-25 April 1997. Annales Geophysicae, 1997, Volume 15, p.C52.

19.Korotaev M., Nikishin A., ErshovA., Brunet M.-F. Black Sea basin - modelling of the burial history.// Abstracts of Third Moscow Peri-Tethys Workshop May 13-15, 1997, Geological Faculty, Moscow State University, p.20.

20.Korotaev, S. Cloetingh, A. Nikishin, Ed. Shipilov East-barents sea Basin: Modelling of the Burial History//Abstracts of 9th EUG meeting, Strasbourg, 22-28 March 1997, p. 12/3P.

21 .Nikishin A., Baraboshkin E., Bolotov S., Alekseev A., Fokin A., Шпа V., Kopaevich L., Korotaev M., Nazarevich В., Panov D., Shalimov I., Brunet M.-F., Cloetingh S., Stephenson R. and Ziegler P. Northern peri-tethys region in the eastern europe: late paleozoic to cenozoic history and dynamics//Abstracts of Third Moscow Peri-Tethys Workshop May 13-15, 1997, Geological Faculty, Moscow State University, p.20.

22.NikishinA.M., BolotovS.N., Fokin P.A., Nazarevich B.P., PanovD.I., Alekseev A.S., Baraboshkin E. Yu., ErshovA. V., Kopaevich L.F., Korotaev M. V., Ustinova M.A, Brunet M.-F., Cloetingh S. and Stephenson R. Devonian to Cenozoicgeologi-cal history and dynamics of Scythian Platform-Donets Basin-South Russian Platform region// Abstracts of EUROPROBE GeoRift Workshop «Intracratonic Rifting and Inversion», Zurich, October 16-19,1997, p.9.

23.Коротаев M.B. Геологическая история Восточно-Баренцевоморского эегиона по данным компьютерного моделирования // Сборник трудов Международного Конгресса "Молодежь и наука - в Третье Тысячелетие". М, 1997, Т. 1,с.1-62-64.

24.Korotaev М. Modelling of the geological history of the Black sea //Abstracts Df 6th Zonenshain conference on plate tectonics. Moscow, 1998, p.124.

25.Korotaev M.V., Nikishin A.M., ErshovA.V. Flexural modelling of the Barents Sea neotectonics // Abstracts of 6№ Zonenshain conference on plate tectonics. Moscow, 1998, p.51-52.

26.Никишин A.M., Коротаев M.B., Третьякова E.A. Тектоническое и магматическое событие в Евразии на границе перми и триаса // Тезисы ежегодной научной конференции «Ломоносовские чтения», М„ МГУ,1998, с.18-19.

27.Коротаев М.В., Никишин А.М. Ершов А.В.Моделирование геологической ютории Черного моря // Тезисы докладов научных чтений «Проблемы зегиональной геологии и тектоники» посвященных 90-летию профессора М.В. Муратова. М., МГГА., 1998, с.14.

28.ErshovA.V., Brunet M.-F., Korotaev M.V. Northern Fore-Caucasus molasse >asin: burial history and flexural modelling // EGS 23rd Assambly Abstracts. Annales Seophysicae, 1998, Volume 16, Supplement 1, p.C60.

29.Korotaev M.V., Ershov A.V., Nikishin A.M. Modelling of the Barents sea ieotectonics//EGS23"! Assambly Abstracts. Annales Geophysicae, 1998, Volume 6, Supplement 1, p.C62.

30. Коротаев M.B., Ершов A.B. Осадочные бассейны с океанической корой i обстановке сжатия - моделирование погружения Южного Каспия, Черного и ;аренцева морей. // Тезисы XXXII тектонического совещания «Тектоника, еодинамика и процессы магматизма и метаморфизма.» ,1999,(в печати).

31.Коротаев М.В., Ершов А.В. Геологическое программное обеспечение моделирование осадочных бассейнов и базы данных) Геологического эакультета МГУ. II Тезисы 5-го Всероссийского совещания-семинара Компьютерное обеспечение Государственной программы ГДП-200», Ессентуки, 998 (в печати).

Издательство АО "Диалог-МГУ".

ЛР№ 063999 от 04.04.95 г. Подписано к печати 23.08.98 г. Усл.печ.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 949. Тел. 939-3890,928-2227,928-1042. Факс 939-3891. 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ.