Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Сейсмическая гетерогенность консолидированной коры в районах кимберлитовых полей Якутской алмазоносной провинции

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Биезайс, Янис Янович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ

ЯКУТСКОЙ АЛМАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ

И МИРНИНСКОГО КИМБЕРЛИТОВОГО

ПОЛЯ.

1.1. Общие сведения.

1.2. Геология Мирнинского кимберлитового поля

Глава 2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МОДЕЛИ КИМБЕРЛИТОВОГО ПОЛЯ И СИСТЕМАХ КИМБЕРЛИТООБРАЗОВАНИЯ.

Глава 3. СЕСМИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ

РЕАЛЬНЫХ СРЕД И ФАКТОРЫ, ЕЕ 58 ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ.

Глава 4. СЕЙСМИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ

КИМБЕРЛИТООБРАЗУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ.

4.1. Прогнозируемая геолого-геофизическая ^ модель кимберлитообразующей системы.

4.2. Методика наблюдений.^

4.3. Обработка и анализ сейсмических данных. ^q

Глава 5. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

ДАННЫХ МОВ-ОГТ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмическая гетерогенность консолидированной коры в районах кимберлитовых полей Якутской алмазоносной провинции"

Актуальность проблемы: В системе комплексных геофизических исследований региональная сейсморазведка относится к числу ведущих методов, данные которых составляют фактологическую основу геолого-геофизических построений при глубинном изучении земной коры. Сейсмические методы используются на всех этапах региональных исследований по установлению связи между глубинными структурами земной коры и закономерностями размещения рудных полей и месторождений. Изучение особенностей строения земной коры в районах кимберлитовых полей, выявленных в пределах Якутской алмазоносной провинции (ЯАП), и унификация глубинных вещественно-индикационных признаков данных объектов является актуальной проблемой современной геологии, имеющей практическое значение при решении прогнозно-поисковых задач на потенциально алмазоперспективных территориях как Сибирской платформы, так и других древних платформ. В этом направлении комплексные разномасштабные исследования проводятся геологоразведочными подразделениями транснациональной компании "AJ1POCA" (ЗАО).

Интересные данные о глубинных прогнозно-поисковых признаках полей, как показывает анализ, получены при рассмотрении материалов региональных исследований методами ГСЗ, МТЗ, гравиметрических и магнитометрических наблюдений (В.Д.Суворов, 1993; O.JI. Полтарацкая, 2000; Н.Н.Романов и др., 1989). По результатам интерпретации этих материалов построены глубинные физико-геологические модели ряда эталонных объектов ЯАП. На прогнозных моделях выделяются мантийно-коровые диапиры, соответствующие вероятным палеомагматическим очагам на глубинах 30-45 км. Однако из-за низкой разрешающей способности традиционных методов региональных исследований не удалось достаточно надежно реставрировать особенности строения консолидированной коры и, следовательно, определить глубинные и близповерхностные прогнозно-поисковые признаки эталонных кимберлитообразующих систем.

Достижением региональной сейсморазведки в последнее десятилетие можно считать перевод наблюдений в ближнюю зону на основе реализации методики МОВ-ОГТ. Это позволило существенно повысить разрешающую способность и детальность сейсмических исследований в изучении строения земной коры. Перевод наблюдений в ближнюю зону, естественно, привел к необходимости разработки новых представлений о сейсмических моделях, наиболее реалистично отражающих строение земной коры. В рассмотрение был введен принципиально новый класс моделей гетерогенного типа (Н.А. Караев, 1978; 1998), основная информация о которой связана с полем рассеянных волн. Это в свою очередь привело к необходимости разработки новой концепции обработки и интерпретации сейсмических данных.

С подобными проблемами столкнулись исследователи в Западной Якутии при выполнении региональных наблюдений МОВ-ОГТ с целью детального изучения земной коры и решением прогнозно-поисковых задач.

Таким образом, создание нового нетрадиционного класса сейсмических моделей земной коры для алмазоносных районов ЯАП и разработка общей концепции обработки и интерпретации сейсмических данных в этом классе моделей относится к числу актуальных проблем, решение которых явилось предметом исследований представленной диссертации.

Цель работы: - разработка глубинных прогнозно-поисковых признаков локализации кимберлитовых полей в Якутской алмазоносной провинции на основе анализа материалов региональных наблюдений МОВ-ОГТ с использованием методик, технологий и программно-технических средств нового поколения.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

1. Анализ структуры и природы наблюдаемого волнового поля.

2. Обоснование графа обработки данных региональных наблюдений МОВ-ОГТ и построение динамических сейсмических разрезов.

3. Построение сейсмической модели кимберлитообразующей системы и обоснование ее глубинных прогнозно-поисковых признаков.

Методы решения и объект исследований:

Обработка и анализ сейсмических данных серии региональных профилей МОВ-ОГТ в системе «Focus» в сочетании с физическим моделированием полей рассеянных волн на адекватных моделях.

Полигоном исследований является Мирнинское кимберлитовое поле, характеризующееся высокой геолого-геофизической изученностью. Сейсмические данные по серии региональных профилей, пересекающих кимберлитовое поле, можно отнести к числу эталонных материалов. На основе их обработки и анализа разработана типовая сейсмогеологическая модель кимберлитообразующей системы, и сформулированы новые положения обработки и интерпретации сейсмических данных.

Научная новизна:

1. Обоснована новая концепция аппроксимации консолидированной земной коры в районах развития кимберлитовых полей нетрадиционными сейсмическими моделями гетерогенного типа.

2. Впервые разработан комплекс глубинных прогнозно-поисковых сейсмических признаков, позволяющих локализовать на территории ЯАП площади, перспективные на обнаружение коренных проявлений кимберлитового магматизма.

Практическая значимость работы:

1. По данным сейсмогеологического моделирования транскоровых аномалий гетерогенного типа в районе Мирнинского кимберлитового поля и в бассейне р.Моркока, выявлены и локализованы глубинные признаки областей динамического развития тектоно-магматических зон кимберлитообразующих

-и систем, перспективные на обнаружение в структурах платформенного чехла коренных проявлений кимберлитового магматизма.

2. Обоснована концепция аппроксимации консолидированной коры сейсмическими гетерогенными системами. Унифицированные глубинные прогнозно-поисковые признаки кимберлитовых полей могут использоваться при обработке и интерпретации материалов региональных наблюдений МОВ-ОГТ, которые будут выполняться на кимберлитоперспективных территориях ЯАП.

Исходный материал:

Исследования по теме диссертации выполнены в соответствии с утвержденными программами научно-исследовательских работ ЯНИГП ЦНИГРИ ЗАО "AJIPOCA" на 1997-1998 и 1999-2001 гг.

В работе использованы оригинальные материалы, полученные при компьютерной обработке и интерпретации данных региональных наблюдений МОВ-ОГТ, выполненных в южной части ЯАП, а также результаты детальных сейсморазведочных исследований, которые были ориентированы на картирование кимберлитовых трубок и разломов в структурах платформенного чехла ряда известных в районе кимберлитовых полей.

Защищаемые положения:

1. Основная информация о сейсмической гетерогенности консолидированной коры Якутской алмазоносной провинции по данным региональных исследований МОВ-ОГТ связана с полем рассеянных волн.

2. Особенности структуры поля рассеянных волн, как показывает анализ его динамических характеристик на построенных мигрированных разрезах, адекватно аппроксимируются региональными и локальными транскоровыми аномалиями гетерогенного типа.

3. Транскоровые локальные сейсмические аномалии с высокой степенью надежности отождествляются с субвертикальными кимберлитообразующими гетерогенными системами, включающими мантийно-коровый диапир ультраосновного состава, центральные и периферийные тектоно-магматические базит-кимберлитовые зоны в средней и верхней частях консолидированной коры и разломы платформенного чехла, с которыми пространственно связаны кимберлитовые трубки.

Публикации и апробация работы:

По теме диссертации в специальных журналах и сборниках опубликовано 10 работ.

Основные положения диссертации докладывались на заседаниях Ученого Совета ЯНИГП ЦНИГРИ и нижеследующих международных конференциях: Магматические и метаморфические комплексы Восточной Сибири: проблемы петрогенеза, корреляции, геологической картографии (Иркутск, 1997 г.); Extended abstracts book, EAGE 61st Conference and Technical Exhibition (Helsinki, Finland, 1999); Международная геофизическая конференция, посвященная 300-летию горно-геологической службы России (Санкт-Петербург, 2000 г.); Международное совещание Europrobe. International Proqram (Москва, 2001 г.).

Структура и объект работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 138 страницы текста, 40 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 51 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Биезайс, Янис Янович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор принимал непосредственное участие в проведении, обработке и интерпретации данных региональных и детальных исследований МОВ-ОГТ, выполненных в южной части Якутской алмазоносной провинции Сибирской платформы для решения комплекса прогнозно-поисковых задач.

Проведенные региональные исследования позволили изучить глубинное строение консолидированной земной коры Мирнинского алмазопромышленного района. В результате обработки и интерпретации сейсмических данных построены динамические разрезы, реалистично отражающие особенности структуры кимберлитообразующей системы на различных гипсометрических уровнях между разделом Мохоровичича и терригенно-карбонатными отложениями платформенного чехла, в которых локализуются диатремы кимберлитов.

По результатам исследований сделаны следующие основные выводы:

1. Показано, что разноранговые неоднородности глубинного строения консолидированной коры Якутской алмазоносной провинции, в отличие от традиционных блоково-слоистых моделей, надежно регистрируются на региональных профилях МОВ-ОГТ гетерогенными композициями поля рассеянных волн.

2. Обоснован и на фактических материалах опробован новый граф обработки и интерпретации данных региональных наблюдений МОВ-ОГТ, который может использоваться при проведении производственных сейсморазведочных работ.

3. В результате интерпретации материалов региональных наблюдений МОВ-ОГТ в районе Мирнинского кимберлитового поля представилась возможность разчленить земную кору по вертикали на три составляющие части: нижнекоровую (среднемасштабно - неоднородную) в интервале глубин (27-29) - (41-42) км, со значением Vp = 6.8 км/с; средне-верхнекоровую (мелкомасштабно - неоднородную) на глубинах (5-15) - (27-29) км, с Vp = 6.4 км/с и верхнекоровую (среднемасштабно - неоднородную) в интервале глубин (1.8-2.1) - (5-15) км, с Vp = 6.3 км/с.

4. С высокой степенью надежности по данным сейсмогеологического моделирования в районе Мирнинского кимберлитового поля выделена субвертикальная транскоровая аномалия поля рассеянных волн гетерогенного типа, пересекающая кору от верхней мантии до ее поверхности. Нижняя часть транскоровой аномалии, отличающаяся повышенной концентрацией среднемасштабных скоростных неоднородностей, отождествляется с образованием типа мантийно-корового диапира, а ее верхняя часть, где также рельефно идентифицируются ассоциации среднемасштабных неоднородностей, представлена двумя тектоно-магматическими зонами: центральной и периферийной. Кровля мантийно-корового диапира кимберлитообразующей системы фиксируется в интервале глубин 22 - 23 км и соответствует пологовыпуклой градиентной тектонизированной зоне. В пределах мантийно-корового диапира и центральной зоны установлены локальные сингулярные структуры первого и второго порядков, имеющие изометричную форму.

5. Нижнекоровую часть консолидированной коры предложено отождествлять с гранулит-базитовым метаморфическим комплексом горных пород. Среднюю часть - с консолидированным гранитогнейсовым комплексом, а верхнюю - с деструктивным гранитогейсовым комплексом архейского возраста. Мантийно-коровый диапир предлагается рассматривать в качестве глубинного магматического палеоочага кимберлитообразующей системы ультраосновного состава. Субвертикальные тектоно-магматические зоны, выделенные в средней и верхней частях консолидированной коры, интерпретируются как промежуточные магматические очаги базит-кимберлитового состава. Локальные сингулярные образования в пределах диапира предложено отождествлять со структурами взрывного типа.

6. Установлено, что все выявленные кимберлитовые трубки Мирнинского района с различной степенью алмазоносности, локализуются в пределах проекции на поверхность контуров развития глубинных сингулярных структур первого порядка и центральной тектоно-магматической зоны.

7. В результате интерпретации материалов региональных наблюдений МОВ-ОГТ установлено, что субвертикальная сейсмическая система, выявленная в бассейне р. Моркока, по глубинным прогнозно-поисковым признакам является идентичной кимберлитообразующей системе Мирнинского кимберлитового поля. Учитывая это, Моркокинская зона транскоровой аномалии может рассматриваться в качестве объекта, перспективного на возможное обнаружение коренных проявлений кимберлитового магматизма в породах платформенного чехла.

8. Полученные в результате сейсмогеологического моделирования данные позволяют сделать вывод о прогнозно-поисковом значении региональных наблюдений МОВ-ОГТ и целесообразности применения таких исследований для выявления потенциальных районов промышленной алмазоносности как в пределах территории Якутии, так и в других районах России.

9. Проведенный анализ и интерпретация данных МОВ-ОГТ, а также полученные результаты позволяют определить направление общей стратегии дальнейшего развития методологии региональных сейсмических исследований на известных и перспективных площадях Якутии. Главным содержанием рекомендуемых исследований является:

Дальнейшее накопление статистических данных по усовершенствованию и повышению достоверности выявленных глубинных прогнозно-поисковых признаков кимберлитообразующих систем, путем обработки ранее полученных данных, а также проведения работ на новых перспективных площадях.

- Разработка технологии изучения объемного строения системы кимберлитообразования на основе усовершенствованной технологии полевых наблюдений и обработки данных. В основу должны быть положены элементы современной 3-D сейсморазведки. В этой связи рекомендуется провести дополнительные пространственные наблюдения в пределах Мирнинского и Накынского кимберлитовых полей, которые могут быть отнесены к числу эталонных сейсмических полигонов Якутской алмазоносной провинции. Данные об объемной структуре кимберлитообразующих систем могут иметь первостепенное методологическое значение при решении поисково-разведочных задач в алмазоносных районах России.

- Усовершенствование технологии сейсмических наблюдений с целью повышения разрешающей способности сейсморазведки для детального изучения внутренней структуры кимберлитообразующих систем.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Биезайс, Янис Янович, Санкт-Петербург

1. Биезайс Я.Я., Рудницкая Д,И., Романов Н.И. Строение земной коры в районе Мирнинского кимберлитового поля по данным СГ-ОГТ // Геофизика 2000, №1, с. 40-42.

2. Борис Е.И., Францессон Е.В. О закономерностях размещения кимберлитовых тел в Мало-Ботуобинском районе (Западная Якутия) // Геология и разведка, 1992, №5, с. 68-74.

3. Бабаян Г.Д., Мокшанцев К.Б., Уаров В.Ф. Земная кора восточной части Сибирской платформы. Новосибирск, Наука, 1978, 56 с.

4. Борис Е.И., Молчанов Ю.Д., Судаков В.М. Глубинные разломы и трещинные трапповые интрузии Малоботуобинского района. Деп. ВИНИТИ, 1979, № 3135, 79 с.

5. Ваганов В.И., Варламов В.А.,Фельдман А.А. и др. Прогнозно-поисковые системы для месторождений алмазов // Отечественная геология, 1995, № 3, с. 42-53.

6. Ваганов В.И. Алмазные месторождения Мира. М., ЗАО "Геоинформмарк", 2000, 371 с.

7. Васильев В.П., Рудницкая Д.И. и др. Результаты интерпретации данных СГ-ОГТ методами системы РЕАПАК. М.: ЕАГО / Геофизика, 1999, № 3, с.10-14.

8. Варламов В.А. Структуры кимберлитовых полей как разновидностьвулканических построек центрального типа // Тр. ЦНИГРИ, вып 237 -М., 1989,с. 16-25.

9. Гельчинский Б.Я., Караев Н.А., Коган Л.Д. О преобразовании Гильберта для групповой корреляции сейсмических волн / Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Выпуск X, Л., Наука, 1970,с. 117.

10. Гельчинский Б.Я., Караев Н.А., Коган Л.Д. Теоретико-модельные исследования волновых полей, образующихся в гетерогенных системах / Региональная, разведочная и промысловая геофизика. Вып. 11. - М.: ВИЭМС, 1977.-с. 3-11.

11. Геология СССР, т. XVIII. Западная часть Якутской АССР. 4.1, кн. II, М., 1971,246 с.

12. Гринсон А.С. Модель кимберлитообразования по геолого-геофизическим данным // Геофизика, 1997, № 5, с. 49-54.

13. Гринсон А.С. Формирование и размещение кимберлитов восточной части Сибирской платформы в связи с особенностями ее глубинного строения // Изв. АН СССР. Сер. геол., 1984, № 3, с. 54-56.

14. Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики. М., Гардарика, 1998, 564 с.

15. Дукардт Ю.А., Борис Е.И. Контроль кимберлитового вулканизма Якутской алмазоносной провинции палеорифтовыми структурами // Отечественная геология, 1996, № 10, с. 28-34.

16. Духовский А.А., Артамонова H.A., Дудко E.A., Милынтейн Е.Д., Эринчек Ю.М., Яшин Б.А. Глубинное строение кимберлитовых полей Сибирской платформы // Докл. АН СССР, 1986, т. 290, № 4, с. 920-924.

17. Дучков А.Д., Соколова JI.C. Термическая структура литосферы Сибирской платформы // Геология и геофизика, 1997, т. 38, № 2, с. 494503.

18. Калинин О.И. Разработка методики сейсмических исследований при поисках кимберлитовых трубок в Западной Якутии. Автореферат кандид. дисс., ЛГИ, 1986, 24 с.

19. Караев Н.А. Классификация сейсмических моделей слоистых и гетерогенных сред рудных районов // Геофизика, 1995, № 2, с. 19-28.

20. Караев Н.А. Исследование сейсмических моделей и волновых полей в сложнодислоцированных средах / Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.ф.-м.н., М., 1978, 47 с.

21. Караев Н.А. Волновые поля формируемые на гетерогенных зонах / Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. 1982, вып. 2, с. 110-131.

22. Караев Н.А. Физическое моделирование в задачах сейсмики гетерогенных сред / Физика земли, 1991, № 9, с. 42-54.

23. Караев Н.А., Анисимов А.А., Кашкевич В.И., Травинская Т.И. Сейсмическая гетерогенность земной коры и ее отображение в поле рассеянных волн // Геофизика, 1998, № 2, с. 29-39.

24. Караев Н.А., Рабинович Г.Я. Рудная сейсморазведка. М., ЗАО «Геоинформмарк», 2000, 366 с.

25. Караев Н.А., Рабинович Г.Я. Атлас сейсмических моделей и волновых полей рудных районов. / С.-Петербург, ВИРГ-Рудгеофизика, 1995, 152 с.

26. Лапинская Т.А., Прошлеков Б.К. Основы петрографии. / М., Недра, 1981, 232 с.

27. Малич Н.С., Масайтис В.А., Сурков B.C. Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых. Т.4, Сибирская платформа, Д., 1987, 431 с.

28. Манаков А.В. Особенности строения литосферы Якутской кимберлитовой провинции. Воронеж, издательство университета, 1999, 58 с.

29. Матухин Р.Г. Девон и нижний карбон Сибирской платформы. -Новосибирск, 1991, 163 с.

30. Методические указания по поискам коренных месторождений алмазов на Сибирской платформе (Якутская алмазоносная провинция). Д., НПО "Рудгеофизика", 1989, 64 с.

31. Милашев В.А., Розенберг В.И. Структура коры и размещение кимберлитов Сибирской платформы // Геология и геофизика, 1974, № 1, с. 61-73.

32. Николаев А.В. Сейсмика неоднородных и мутных сред. М.: Наука, 1972, 172 с.

33. Николаев Н.И. Новейшая тектоника и геодинамика литосферы. М., Недра, 1988, 491 с.

34. Олейников Б.В., Никишов К.Н., Ковальский В.В. Петролого-геохимические черты глубинной эволюции вещества кимберлитовой и базитовой магматических систем. Якутск, изд. ЯФ СО АН СССР, 1985, 200 с.

35. Пейве А.В., Перфильев А.С. Глубинные включения, кимберлиты и проблемы дрейфа континентов // Советская геология, 1976, № 5, с. 18-31.

36. Полтарацкая О.Л. Глубинные геоэлектрические исследования в Якутии // Сб. Геофизика на рубеже веков, Якутск, 2000, с 21-25.- ж

37. Петрохимия кимберлитов / Мин-во геол. СССР, центр, научно-исслед. геолого-разв. ин-т цветных и благородных металлов, Якутский филиал. -М., Недра, 1991,304 с.

38. Романов Н.Н., Герасимчук А.В., Эринчек Ю.М. Особенности строения кристаллического фундамента в районах проявления кимберлитового магматизма // Тр. ЦНИГРИ, вып. 237, 1989, с. 25-29.

39. Структурный контроль проявлений кимберлитового магматизма на северо востоке Сибирской платформы / Новосибирск, Наука, 1974, с. 100 с.

40. Суворов В.Д., Юрин Ю.А., Тимиршин К.В. Структура и эволюция земной коры и верхов мантии в Якутской кимберлитовой провинциипо сейсмическим данным // Геология и геофизика, 1997, № 2, с. 486-493.

41. Суворов В.Д. Глубинные сейсмические исследования в Якутской кимберлитовой провинции. / Новосибирск, Наука, 1993, 136 с.

42. Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах. М., Недра, 1978, 237 с.

43. Специус З.В., Серенко В.П. Состав континентальной верхней мантии и низов коры под Сибирской платформой. М., Наука, 1990, 272 с.

44. Францессон Е.В., Лутц Б.Г. Кимберлитовый магматизм древних платформ. М., ВИНИТИ, 1995, 343 с.

45. Фельдман А.А., Морозова Л.В. Глубинная физико-геологическая модель кимберлитового поля / Тр. ЦНИГРИ, вып. 237, 1989, с. 3-10.

46. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов Мира. / М., ОАО издательство "Недра", 1998, 555 с.

47. Цыганов В.А. Надежность геолого-поисковых систем. / М. Недра, 1994, 304 с.

48. Biezais Ya., Romanov N., Susha N., Bessmertni S. Structure of Western Yakutia kimberlite fields consolidated crust according to seismic data /