Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Строение земной коры поднятия Менделеева по материалам экспедиции "Арктика 2000"

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Сорокин, Михаил Юрьевич

Список иллюстраций.

Введение.

1.Краткая геолого-геофизическая характеристика района исследований.

1.1. Физико-географический очерк.

1.2. Обзор и оценка ранее проведенных исследований.

1.2.1. Общий обзор геолого-геофизических исследований CJ10.

1.1.2. Геолого-геофизические исследования в районе геотраверса "Арктика-2000" .20 у

1.3. Исходные представления о геологическом строении района исследований.

2. Создание аппаратурно-технического комплекса оцифровки сейсмических данных, база сейсмических данных.

2.1. Состояние проблемы.

2.2. Блок-схема комплекса и его технические характеристики.

2.3. Формирование базы сейсмических данных.

3. Методика и техника натурных исследований.

3.1. Разработка оптимальной организационно-методической схемы ведения натурных исследований в условиях дрейфующего льда CJ10.

3.1.1. Методические особенности Высокоширотных экспедиций (ВШЭ).

3.1.2. Методические особенности варианта организации работ с использованием станций типа «Северный Полюс».

3.1.3. Методические особенности ледокольного варианта организации работ.

3.1.4. Сравнительный анализ организационно-методических схем ведения натурных исследований в условиях дрейфующего льда CJ10.

3.2. Сейсмические работы.

3.2.1. Глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ).

3.2.2. Сейсмозондирования методом отраженных волн (MOB).

3.3. Гравиметрические работы.

3.3.1. Опорные маятниковые наблюдения.

3.3.2. Авиадесантные точечные наблюдения.

3.4. Донный пробоотбор.

3.4.1. Оборудование и приборы.

3.4.2. Техника донного пробоотбора.

4. Обработка полевых материалов.

4.1. Сейсмические работы.

4.1.1. Сейсмозондирования MOB.

4.1.2. Моделирование на основе данных ГСЗ Арктика-2000 с использованием компьютерной программы "SeisWide".

4.2. Гравиметрические работы.

4.3. Геологические исследования.

5. Результаты работ.

5.1. Сейсмические работы.

5.1.1. Результаты интерпретации материалов MOB.

5.1.2. Результаты интерпретации материалов ГСЗ по программе "SeisWide".

5.1.3. Сопоставление результатов интерпретации с использованием программ "DOGSTOMO" и "SeisWide".

5.2. Гравиметрические работы.

5.3. Геологические исследования.

5.3.1. Геоморфологическая характеристика района исследований.

5.3.2. Донный каменный материал.

5.3.3. Вещественная характеристика и оценка возраста донных осадков.

5.3.4. Выводы по геологическим исследованиям.

6. Строение земной коры поднятия Менделеева по результатам комплексных геолого-геофизических исследований.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Строение земной коры поднятия Менделеева по материалам экспедиции "Арктика 2000""

Поднятие (хребет) Менделеева-Альфа оставалось до недавнего времени единственной крупной морфоструктурой Амеразийского бассейна Северного Ледовитого океана (CJIO) не изученной комплексом глубинных геолого-геофизических методов по регулярным системам наблюдений. Вместе с тем, из-за недостатка фактического материала, существует ряд противоречивых гипотез о геологической природе этой морфоструктуры: гипотеза «островных дуг», «горячей точки» (кора исландского типа), структура блокового проседания континентальной коры. Однако все исследователи сходятся на том, что понимание истории образования поднятия Менделеева является ключевым для создания непротиворечивой модели формирования Северного Ледовитого океана в целом, или, по крайней мере, его Амеразийской части.

Проблема усугубляется еще и тем, что поднятие Менделеева находится в зоне относительной недоступности Арктического бассейна, что значительно осложняет постановку здесь натурных экспериментов как по экстремальным природно-климатическим условиям, так и по экономическим соображениям.

Осуществить натурные геолого-геофизические исследования по изучению глубинного строения земной коры поднятия Менделеева (экспедиция «Арктика 2000») оказалось возможным в связи с решением важной государственной задачи - в рамках распоряжения Правительства России от 24 мая 2000 года № 441-р, регламентирующего деятельность различных ведомств по подготовке заявки России в ООН, обосновывающей положение внешней границы континентального шельфа в Арктическом регионе. Подготовка и сопровождение такой заявки осуществляется Межведомственной рабочей группой (ВНИИОкеангеология, ПМГРЭ, ГУНиО МО, Роскартография) в терминах ст. 76 Конвенции ООН по Морскому Праву (1982 г). В случае принятия указанной заявки в полном варианте, Россия сможет увеличить зону своей юрисдикции (включая ресурсный потенциал) в СЛО на более чем 1,2 млн. кв. км (Рис. 1.). Площадь зоны, связанная с поднятием Менделеева (около 300 тыс. кв. км) в случае, если не удастся доказать его континентальную природу, должна быть исключена из заявки по формальным признакам.

Таким образом, актуальность цели настоящей диссертационной работы - получение взаимоувязанной модели земной коры по геотраверсу «Котловина Подводников - поднятие Менделеева» - обусловлена, как фундаментально научным, так и практическим аспектами.

Диссертационная работа построена на основе углубленного анализа геолого-геофизичсеких материалов, полученных в ходе экспедиции «Арктика 2000» на НЭС «Академик Федоров» (Рис. 2), с привлечением результатов натурных исследований Центрального Арктического бассейна прошлых лет (геотраверсы СЛО 89 - 91, СЛО 92), осуществленных под непосредственным руководством и при участии автора. По комплексу признаков на поднятии Менделеева установлена кора континентального типа (погруженный блок палеозойской платформы) мощностью до 32 км, с развитой чехольной оболочкой и реликтовым гранито-гнейсовым слоем.

70°Е 80°Е 90 °Е 100°Е 110°Е 120°Е 130°Е 140°Е 150°Е район работ экспедиции "Арктика - 2000" (23.08 - 14.09.2000 г.) ixux маршрут и характерные точки по маршруту комплексный геофизический гсотраверс по программе "Трансарктика - 92" движения в район работ комплексный геофизический гсотраверс по программе "Трансарктика - 89-91" "'' маршрут и характерные точки по маршру ту движения из района работ

Рис. 2. Маршрут экспедиции "Арктика 2000" (НЭС "Академик Федоров" август - сентябрь 2000 г.)

В ходе работы над диссертацией обобщен практический опыт организации экспедиционных исследований с дрейфующего льда в Высокоширотной Арктике за период с 1988 по 2000 годы, что также имеет самостоятельное научное значение, поскольку успех реализации научных целей экспедиции в экстремальных условиях приполюсных районов CJTO неразрывно связан с правильным выбором организационно - методической схемы ее подготовки и проведения. Здесь проанализированы особенности организации экспедиционных исследований:

- по методике высокоширотной авиадесантной экспедиции с образованием в заданном районе СЛО сезонной дрейфующей ледовой базы

- с созданием круглогодичных дрейфующих ледовых баз типа «Северный Полюс»

- ледокольно - авиадесантный вариант

В диссертационной работе показано, что качество сейсмических материалов, поученных ФГУНПП ПМГРЭ в предыдущие годы работ, удалось значительно повысить благодаря разработке и внедрению специального аппаратурно-технического комплекса оцифровки аналоговых данных. С помощью указанного комплекса были оцифрованы материалы дискретно-непрерывных сейсмозондирований методом отраженных волн (дрейфующие станции СП 26, 28, 31), авиадесантные сейсмозондирования MOB (экспедиции СЛО 89 - 92) и все материалы глубинных сейсмозондирований, полученные на геотраверсах СЛО 89 - 92. Это позволило решить ряд конкретных задач:

1. Сохранить указанные материалы (по которым существовала реальная угроза их безвозвратной утраты) в цифровой базе данных

2. Использовать для обработки и интерпретации сейсмических данных современное программное обеспечение, реализовав ранее недоступный качественный уровень интерпретации материалов.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Сорокин, Михаил Юрьевич

Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

1. В научно-практическом аспекте, в рамках проблемы Внешней границы континентального шельфа России в Северном Ледовитом океане получены достоверные материалы о строении земной коры поднятия Менделеева, что и являлось главнейшей задачей работ. По геотраверсу, пересекающему поднятие Менделеева в широтном направлении, прослежены основные коровые границы, включая поверхность М. Мощность земной коры в осевой части поднятия Менделеева достигает 32 км, а в ее составе выделяется слой мощностью до 4 км, интерпретируемый как "гранито-метаморфический" слой коры континентального типа. Мощность этого слоя и мощность коры в целом сокращаются как в восточном (до 1 - 2 и 15 км, соответственно), так и в западном направлении (до 2 - 3 и 24 км). Состав коры на флангах поднятия остается неизменным и соответствует коре субконтинентального типа. Эти данные вполне согласуется с материалами, полученными ПМГРЭ в предыдущие годы работ (экспедиции по программе Трансарктика 1989-92гг).

Достоверность вывода о континентальной природе земной коры поднятия Менделеева основываются на ряде независимых аргументов (по сейсмическим, гравиметрическим и прямым геологическим данным):

- Материалы ГСЗ интерпретировались с использованием двух различных пакетов программ: SeisWide (интерактивное моделирование) и DOGSTOMO/FIRSTOMO (сейсмотомография), специалистами ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология соответственно. Получены принципиально схожие модели земной коры, имеющие лишь незначительные расхождения. Сейсмотомографическим методом, в силу его специфики (возможность получения детального поля скоростей по исходным данным), удалось выделить волноводную зону в верхней коре, рассматриваемую как дополнительный признак континентальной природы земной коры поднятия Менделеева.

- Данные гравиметрии в региональном плане хорошо согласуются с поведением границы М по сейсмическим данным, а ряд внутрикоровых возмущений также находит свое отражение в аномальном гравитационном поле второго порядка. Все это существенно повышает "устойчивость" сейсмического моделирования.

- Геологическими исследованиями в пределах геотраверса "Арктика-2000" выявлен плитный комплекс, представленный кварцевыми песчаниками, доломитами, известняками, отражающими состав местных коренных пород палеозойского возраста. По ряду признаков вероятность ледового разноса исключается. В этой связи, впервые для глубоководной части СЛО по прямым геологическим наблюдениям и измерениям сейсмо-плотностных свойств образцов удалось установить вещественный состав (терригенно-карбонатные образования) и оценить возраст (девон-карбон) регионального сейсмокомплекса, непосредственно перекрывающего фундамент. Эти данные можно рассматривать в качестве важнейшего дополнительного (если не главного) аргумента в пользу вывода о континентальной природе изученного региона.

Таким образом, получение прямых экспериментальных подтверждений континентальной природы коры поднятия Менделеева существенно усиливает позицию России на предстоящем рассмотрении ее заявки в Комиссии ООН по границам. При этом бесспорно доказуемым становится полный вариант проекта положения ВГКШ России в СЛО, предусматривающий юридически обоснованное увеличение континентального шельфа

России на более чем 1,2 млн. кв. км (Рис. 1.). Эти построения основываются на правомерности рассмотрения подножия склона поднятия Менделеева как подножия континентального склона (ПКС), поскольку линия ПКС является основной (базисной) линией при построении подводной окраины материка в терминах Конвенции ООН по морскому праву. Площадь зоны континентального шельфа, связанная с морфоструктурой поднятия Менделеева оценивается в 300 тыс. кв. км.

2. Организационгно-методическая схема ведения натурных экспериментов в условиях \ / дрейфующего льда Высокоширотной Арктики, созданная по результатам работ прошлых лет, позволит более обосновано планировать постановку подобных исследований при изучении глубинного стрроения Северного Ледовитого океана в будущем. Для выполнения главного метода комплекса - работ методом ГСЗ - рекомендуется использовать апробироавнные в этих условиях регистраторы "Дельта-Геон" отечественного производства, которые по своим техническим характеристикам соответствуют лучшим зарубежным аналогам.

3. По материалам работ прошлых лет получена дополнительная сейсмическая информация благодаря использованию специально разработанного аппаратурно-технического комплекса оцифровки аналоговых данных. Обработка материалов в цифровой форме позволила в полной мере реализовать преимущества современных интерпретационных пакетов и технических средств, которые ранее были недоступны. Аналоговые материалы работ прошлых лет, по которым существовала угроза их безвозвратной утраты, сохранены в цифровой базе данных на современных носителях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Сорокин, Михаил Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Carlson R.L., Christensen N.I., Moore R.P. Anomalous crustal structures in ocean basins:continental fragments and oceanic plateaus. Earth Planet. Sei. Lett, 1980, V. 51 N1.

2. Daniel E. Morphometry patterns and geodynamics of the Lomonosov Ridge and adjacent basins.

3. GG 99, Birmingham, abstracts, week A, JSA09/E/10-A2.1999.

4. Forsyth D.A., Asudeh I Green A.G., Jackson H.R. Crustal Structure of the northern Alpha Ridgebeneath the Arctic Ocean. Nature 1986. V. 322.

5. Hall J.K. Geofysical evidance for ancient Sea-floor spreading from Alpha Cordillera and

6. Mendeleyen Ridge. Azetic Geology. Memoir. № 19. AAPG 1973.

7. Ishman S.E., Polyak L.V., Poore R.Z. Expended record of Quatermaty oceanographic change:

8. Amerasian Arctic Ocean. Geology, 1996,24, p. 139-142.

9. Jakobson M. First high-resolution chirp sonar profiles from the central Arctic Ocean revealerosion of Lomonosov Ridge sediments. Mar. Geol., 158,1999, p.l 11-123.

10. Jakobsson M., Lovlie R., Al-Hanbali H., Arnold E., Backman J., Morth M. Manganese and colorcycles in Arctic Ocean sediments constrain Pleistocene chronology. Geology, 28, 2000, p.23-26.

11. Jokat W. Jackson R. Seismic studies on Arctic Ridges. Inter Rige Workshop: Mapping and

12. Sampling the Arctic Ridges. B.G.R., Hannover, Germany, 1998.

13. Nafe J.E., Drake C.L. Physical properties of marine sediments. The Sea Vol.3. Interscience

14. Publishers, New York, p. 794-815,1963.

15. Scott D.B., Mudie P.J., Baki V., MacKinnon K.D. and Cole F.E. Biostratigraphy and late

16. Cenazoic paleoceanography of the Arctic Ocean: foraminiferal, lithostratigraphic, and isotopic evidence. Geol. Soc. Amer. Bull., 101,1989, p.260-277.

17. Zelt, C. A. and R. B. Smith, Seismic traveltime inversion for 2-D crustal velocity structure,

18. Geophysical Journal International, 108,16-34,1992.

19. Атлас Арктики. Изд. ГУГК, М. 1985.

20. Белов Н.А., Лапина М.Н. Донные отложения Арктического бассейна. Л-д, Изд. "Морскойтранспорт", 1961.

21. Буценко В.В. "Сейсмостратиграфический анализ осадочного чехла в западной части

22. Амеразийского бассейна". Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. г.-м. н., СПБ, 2001.

23. Верба В.В., Волк В.Э., Киселев Ю.Г., Краев А.Г. Глубинное строение Северного

24. Ледовитого океана по геофизическим данным. В сб. Структура и история развития Северного Ледовитого океана. Л., 1986.

25. Верба В.В., Петрова А. А. Сравнительная характеристика аномальных полей

26. Амеразийского суббассейна и древних щитов Евразии и Северной Америки. В сб. Структура и история развития Северного Ледовитого океана. Л., 1986.17.