Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Строение и кайнозойская эволюция северо-западной части Японского моря

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Карнаух, Виктор Николаевич, Владивосток

р

//

04

I

! I !' - _

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи

«¿у-*

КАРНАУХ Виктор Николаевич

СТРОЕНИЕ И КАЙНОЗОЙСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ (ПО СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ)

Специальность 04.00.22 - физика твердой земли

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук,

Карп Б.Я.

Владивосток, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..............................................................................................................................................................................................................................................4

1. Общая геолого-геофизическая характеристика Японского моря....................................................9

1.1 Введение................................................................................................................................................................................................................................9

1.2 Рельеф дна............................................................................................................................................................................................................................9

1.3 Геолого-геофизическая изученность..........................................................................................................................................13

1.3.1 Сейсмологические исследования и границы литосферных плит............................................13

1.3.2 Исследования методом глубинного сейсмического зондирования......................................14

1.3.3 Исследования методом непрерывного сейсмического профилирования..................20

1.3.4 Магнитное поле......................................................................................................................................................................................................23

1.3.5 Поле силы тяжести............................................................................................................................................................................................24

1.3.6 Тепловой поток......................................................................................................................................................................................................26

1.3.7 Геологическое строение дна Японского моря по данным драгирования и глубоководного бурения..............................................................................................................................................................................................26

1.4 Распределение типов земной коры Японского моря........................................................................................31

1.5 Обзор существующих гипотез о происхождении впадины моря..................................................33

1.6 Выводы........................................................................................................................................................................................................................................36

2. Результаты сейсмических исследований в северо-западной части Японского

моря...................................................................................................................................................................................38

2.1 Введение....................................................................................................................................................................................................................................38

2.2 Исходные данные........................................................................................................................................................................................................38

2.3 Рельеф дна..............................................................................................................................................................................................................................40

2.4 Строение поверхности акустического фундамента............................................................................................50

2.5 Распределение мощности осадочного чехла..................................................................................................................81

2.6 Выводы........................................................................................................................................................................................................................................88

3. Интерпретация результатов сейсмических исследований............................................................................90

3.1 Введение....................................................................................................................................................................................................................................90

3.2 Стратиграфия осадочного чехла северо-западной части Японского моря....................90

3.2.1 Стратиграфия и состав осадочного слоя Японской котловины................................................90

3.2.2 Стратиграфия и состав осадочного слоя Восточно-Корейской впадины..................96

3 .2.3 Стратиграфия и состав осадочного слоя Восточно-Корейской возвышенности.............................................................................................................. 99

3.2.4 Стратиграфия и состав осадочного слоя подводных возвышенностей..........................100

3.2.5 Источники сноса терригенного материала..................................................................................................................105

3.3 Разрывные нарушения........................................................................................................................................................................................109

3.3.1 Разломы первой группы............................................................................................................................................................................109

3.3.2 Разломы второй группы............................................................................................................................................................................115

3.3.3 Разломы третьей группы..........................................................................................................................................................................118

3.3.4 Распределение деформированного слоя..........................................................................................................................124

3.4 Распределение типов земной коры в северо-западной части Японского моря (обоснование и распространение)................................................................................................................................................................125

3.5 Выводы........................................................................................................................................................................................................................................130

4. Механизм образования и кайнозойская эволюция северо-западной части Японского

моря..............................................................................................................................................................................................................................................................132

4.1 Введение....................................................................................................................................................................................................................................132

4.2 Механизм образования северо-западной части Японского моря..................................................132

4.2.1 Выбор модели для идентификации структур северо-западной части Японского моря..............................................................................................................................................................................................................................................................133

4.2.2 Идентификация структур северо-западной части Японского моря и механизм их образования...........................................................................................................................................................................137

4.3 Кайнозойская эволюция структур северо-западной части Японского моря................142

4.4 Выводы........................................................................................................................................................................................................................................145

Заключение......................................................................................................................................................................................................................................146

Список литературы..............................................................................................................................................................................................................148

Введение

Актуальность.

Японское море является одним из окраинных морей, расположенных в зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану. Его северо-западная часть, включающая Японскую котловину, Восточно-Корейскую впадину, возвышенности Восточно-Корейскую, Северное Ямато и Такуяо, занимает ключевую позицию в зоне перехода. Здесь происходит сочленение континентальной коры Азиатского материка с новообразованной океанической корой Японской котловины. Исследование строения и кайнозойской эволюции структур фундамента и осадочного чехла этой части моря представляет интерес в теоретическом и практическом отношениях. С теоретической точки зрения, их изучение необходимо для оценки направленности развития земной коры региона и выяснения причин, механизма и времени формирования Япономорской впадины. Практическая значимость обусловлена тем, что в осадочном чехле могут находиться месторождения углеводородного сырья и россыпных полезных ископаемых.

Ранние представления о строении и развитии северо-западной части Японского моря базировались, прежде всего, на результатах геологических исследований. Результаты сейсмических исследований имели подчиненное значение, так как работы проводились на небольших полигонах или на отдельных профилях. Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН в последние 15 лет выполнена планомерная съемка северо-западной части моря методом непрерывного сейсмического профилирования (НСП). В результате было получено большое количество материалов. Предлагаемая работа обобщает новые сейсмические данные и дополняет имеющиеся сведения о строении и особенностях кайнозойской эволюции этой части Японского моря, чем и определяется ее актуальность.

Цель диссертационной работы.

Целью работы является изучение методом непрерывного сейсмического профилирования особенностей строения акустического фундамента (АФ) и осадочного чехла северо-западной части Японского моря для выяснения их природы и реконструкции процессов формирования этой части моря.

Задачи исследования.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.

1. Исследовать строение поверхности акустического фундамента, выявить его основные морфологические структуры и закономерности их пространственного размещения.

2. Изучить строение осадочного чехла и выполнить сейсмостратиграфический анализ временных сейсмических разрезов.

3. Выделить на сейсмических разрезах разломы, провести их классификацию и определить их значение в процессе образования изученной части моря. На основе сопоставления особенностей строения структур АФ и осадочного чехла с пространственным размещением зон разломов оценить тектонический режим, существовавший в период формирования исследованной части моря.

4. Исследовать зависимость между мощностью земной коры и глубиной залегания поверхности АФ в Японском море для выявления корреляционной связи между ними.

5. Выяснить природу выделенных структур акустического фундамента и определить стадии их развития.

Защищаемые положения.

1. Северо-западная часть Японского моря разделяется на две большие области -Западную и Восточную, различающиеся простиранием, глубиной погружения поверхности акустического фундамента, его строением и мощностью осадочных отложений. В Западной области АФ располагается на глубинах 3.0-5.5 с, а выделяемые здесь структуры простираются в северо-северо-восточном направлении. Мощность осадочных отложений составляет 1.0-1.5 с. В Восточной области АФ расположен на глубине 5.5-7.0 с и в её пределах выделяются две системы депрессий -Окраинная - вдоль подножья материкового склона Приморья, и Главная - в юго-восточной части Японской котловины. Депрессии простираются в субширотном и северо-восточном направлениях и разделены пьедесталами возвышенностей Тарасова и Богорова. Мощность осадочного чехла в Восточной области составляет 1.5-2.0 с. Граница между областями проходит по меридиану 133° в.д. и, возможно, имеет тектонический характер.

2. Для Японского моря установлена статистическая зависимость между мощностью (и типом) земной коры и глубиной погружения поверхности акустического фундамента, описываемая линейным соотношением. Используя это отношение, на основании полученной карты поверхности АФ, выполнено районирование исследованной площади по типам земной коры. Установлено, что Западная область подстилается континентальной корой и редуцированной корой континентального происхождения. В Восточной области, в дополнение к названным типам коры, подтверждено наличие океанической коры и выполнено уточнение границ ее развития.

3. По комплексу полученных данных можно предположить, что современные структуры акустического фундамента северо-западной части Японского моря образованы в результате развития рифта, заложенного на континентальном основании на восточной окраине Азиатского континента. Рифт состоит из двух частей - Западной и Восточной. Западная часть рифта завершила свою эволюцию на поздних стадиях континентального рифтогенеза. Восточная часть рифта прошла все стадии континентального рифтогенеза и завершила свою эволюцию на этапе начального океанического спрединга.

Научная новизна.

В работе представлены следующие новые результаты:

1. По результатам сейсмических исследований составлены карты поверхности акустического фундамента и мощности осадочного чехла северо-западной части Японского моря. Установлено закономерное увеличение глубины залегания поверхности АФ в северо-восточном направлении. Показано, что в рельефе АФ исследованная часть моря представлена сочетанием депрессий и разделяющих их поднятий. Наиболее крупные поднятия выходят на поверхность дна и образуют подводные возвышенности. Прогибы, составляющие Окраинную депрессию и западную часть Главной депрессии, представляют собой в поперечном разрезе асимметричные грабены.

2. Определена зависимость скорости продольных волн от глубины в толще осадков. Составлена карта мощности осадков в километрах.

3. В осадочном чехле исследованной части моря выделены три поверхности несогласия, отражающие основные тектонические события, произошедшие в позднем миоцене, позднем плиоцене и плейстоцене.

4. На сейсмических разрезах обнаружены участки с признаками новейших деформаций (дробление, смятие и др.) осадочного слоя. Время события отнесено к началу плейстоцена. Проведено картирование областей распространения деформированного слоя.

5. По результатам батиметрических исследований составлена карта рельефа дна северозападной части Японского моря. Определены конфигурация, простирания, глубина залегания и размеры основных морфоструктур этой части моря.

6. Выделены три группы разломов. Определено их значение в процессе образования этой части моря. Представлены структурные и сейсмостратиграфические доказательства, показывающие, что образование исследованной части моря произошло вследствие процессов растяжения. В районах возвышенностей Богорова, Восточно-Корейской и трога Ямато на сейсмических разрезах обнаружены рисунки отражений, указывающие на сохранение здесь режима растяжения земной коры в позднем миоцене-плейстоцене. Растягивающие напряжения были ориентированы в широтном направлении.

Практическая ценность.

Работа выполнена в соответствии с заданиями проекта "Дальневосточные моря и ВЕСТПАК", госпрограммы России "Комплексные исследования океанов и морей, Арктики и Антарктики" и соглашением о научно-техническом сотрудничестве между Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН и Университетом г. Чиба (Япония).

Представленные в работе результаты сейсмических исследований могут быть использованы:

- при поисках областей, в которых имеются благоприятные условия для образования и накопления месторождений нефти и газа;

- для обнаружения и прослеживания конусов выноса больших рек, с которыми могут быть связаны россыпные месторождения полезных ископаемых.

В настоящее время результаты работы автора используются в АО "Дальморгеология" (г. Находка) при составлении геологической карты экономической зоны России в Японском море масштаба 1: 1 ООО ООО.

Фактический материал.

Использовались результаты сейсмических исследований, выполненных в девяти экспедициях Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН в 1983-1997 гг. в северо-западной части Японского моря. Пять экспедиций, в 1990-1997 гг., выполнены при участии автора. Общая длина полученных профилей превышает 20 ООО км. Апробация работы.

Основные результаты исследований докладывались в 1991-1997 гг. на научном семинаре в Геологическом институте г. Пхенсон (КНДР), на двух годичных научных сессиях Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН и 30-м Международном Геологическом Конгресе, секция "Формирование и эволюция окраинных морей".

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 работ. Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 160 страниц текста, 46 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 149 источников.

На протяжении всех лет работы автор ощущал поддержку и помощь в проводимых исследованиях своего руководителя - к.ф.-м.н. Б .Я. Карпа, за что ему очень признателен. Автор благодарит за помощь и критические замечания Р.Г. Кулинича, Е.П. Леликова, Е.П. Терехова, В.Т. Съедина и A.C. Сваричевского. В выполнении экспедиционных исследований большую помощь оказали А. В Судаков, С В. Азьмук и В.Г. Прокудин.

Глава 1. Общая геолого-геофизическая характеристика Японского

моря.

1.1 Введение

Японское море является одним из окраинных морей северо-западной части Тихого океана (рис.1). Исследования его дна проводятся, начиная с 1930-х годов. За прошедшие 60 лет было получено большое количество геолого-геофизических данных. В этой главе приводятся основные результаты предшествующих работ, необходимые для понимания современного состояния изученности геологического строения дна моря, структуры земной коры, геодинамической обстановки и рассмотрено содержание основных гипотез о происхождении впадины Японского моря.

1.2 Рельеф дна.

Японское море является полузамкнутым окраинным морем, расположенным между Азиатским материком и островами Сахалин, Хоккайдо и Хонсю. Проливами Невельско�