Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Трехмерная модель земной коры и верхней мантии юга Европейской части СССР по данным сейсморазведки и гравиразведки

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Трехмерная модель земной коры и верхней мантии юга Европейской части СССР по данным сейсморазведки и гравиразведки"

АКАДЕМИЯ НАУК УССР — ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИКИ г.и.С.ИОУББОТИНА

На правах рукописи

ЕГОРОВА ТА;.7»?Л ПЙГРОВНА

УДК 550.834.001.8+550.831.072

ТРЕХМЕРНАЯ МОЛИТЬ 8&Ш02 КОРЫ И ВЕРХНЕЙ МАНТИЙ ЮГА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР ПО ДАННУМ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ И ГРАЗИРАЗВЕДКИ

Специальность 04.00»12 - "Геофизические метод« поисков и разведки месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученоЯ степени кандидата геолого-ишшралогических наук

[(нов - 193Х

О

Работа выполнена в Института геофизики им.С.И,Субботина АН УССР

Научные руководители: доктор фиа.-иат, наук,академик АН УССР, профессор ОГАРОСГЗНКО В«И*|

доктор физ,-ыак. наук ПШЕНКОВА Н.И.

Официальные оппоненты: докюр техн. наук, проф&ооор 0

АРТЕМЬЕВ М.Е.

докюр геол.-мин, наук КРАСОВСКИЙ С.С. Ведущая организация; Днепропетровский горный ¡шел иг у I

Защита ооотоится " ищи . 1991 г, в часов на заседании специализированного совета Д 016*02,01 при Институте геофизики иы.С,И,Субботина АН УССР« £52680, г,Кивв-Ш, пр.Палладина, 32,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геофизики £ш.С.И.Субботина .АН УССР,

Автореферат разослан " | " 1991 г.

Ученый секретарь специализированного сове:

ОБЩАЯ XAPAiCTSPlîCTККА РАБОТЫ

Актуальное^ь хемы.Пзу ч он ив взашоовпгн приповерхностного геологического строения а глубинна.'! неизменно является-актуальной___

проблемой как б научной, так к в прикладной отношении, 3 ранений этой проблемы ватная роль огаодится гравитационному моделирования, ино, в частности, служи! средством обобщения н непротигоречиноЯ увязки гоотого-гео$из ичеоких даягах, в том числе информации о процессах преобразования i-вдесхва s зоако2 хоре и верхне" мантии, их дmai:::iv.u В связи с освоением новых методических разработок, баэа-рукц&хся на использовании комплексного подхода, и о внедрением эффективных вычислительных средств, возмогкостн гравитационного моделирования значительно увеличились. В яастонаее время стааогят-сп вполне разреиииой задача построения объешшх геофизических моделей земной корн и верхней мантии крупг.чх регионов, которые иогут слуиить основой всестороннего исследования конкретных геоструктур. Развитию этого направления поевщена настоящая работа.

Целью работы являлось построение трехмерной плотностной модели коры юга Европейской части СССР и получение схема распределения мантийных аномалий силы тя^еети на территории ¿¡вропейского континента.

Основные задачи работы.Для достижения указанной цели решались с.хедую4ие задачи.

1. Создание карты гравитационного поли на территорию Европы

и прилегающие рогионы масштаба 1:5 ООО ООО в комбинированной редукции ( на суше - аномалий Буге, на акваториях - Фая ) в осреднении по трапеция«

2. Разработка принципов параметризации исходной скоростной кодели и перехода к плотностной модели, Вябор соотношения между скорость» продольных волн V? и плотностью ç для различных слоев земной корн.

3» Решение прямой гравиметрической задачи для трехмерной мо-долм юга Европейской части СССР, определение гравитационного эффвк-

■¿а коры и характера остаточних аномалий.

Оценка изостатической уравновешенности кори юга Европейской части СССР,

5. Интерпретация полученных остаточных аномалии сиди тяжести.

Научная новизна« Впервио для такс.го крупного региона, как юг Европейской части СССР, на основе обобщенной свйсиической информа-

ции о структуре кори создана пятисложная трехмерная гшотностная модель земной корн касатаба 1:5 ССО ÜGQ. Впервые составлена карта поля сшгы хязести в одноградусном осреднении аномалий Буге ( на суше ) и Оая { на tope ).

. Разработана и апробирована методика трехмерного сейскограви-ганионного коделиоования приконигадьно к построению объеьшой плог-косгкой кодаки ига Европейской части СССР.

Уточнена корреляционные зависимости и езду скоростью продольных волн к плотностью 2 отдельных слоях коры.

Реализован оригинальный подход к оценке мантийных аномалий силы тянесхи, иснользущий наблюденное гравитационное поле и вре-ыеаа прихода продольных сеПсыических вола ог границы Мохо.

. Изучены обцие черты распределения плотности в гектонос^аре Евразии по транссвкту Сибир ь-Атлант ика.

Практическое значение и реализация результатов исследований. Результаты данной работы составляют первый, начальный asan большой программа изучения тектоносфери Европы.

Трехмерная плотностная модель масштаба 1:5 ООО ООО демонстрирует ьозыоаность решений задач, связанных с большим обьеыаыи работ по описанию ¿¡одели и заданию информации в SB'i. Такая модель позволяет заявить наиболее общие закономерности и различия в строении разнообразных геоструктур, характер их изостахической уравновешенности, a так&е Ьыявигь аномалии, связанные о подкороваыи об-лаогйци.Поаюыу ее цоано рассматривать как основу, на которой ыо-гут базироваться трехмерные 'плотностные модели конкретных структур Сорогбнов, впадин, цитов) сладущего,. более высокого уровня детальности- (иапршзер, иасатаба 1:1 ООО ООО).

Предложенный подход к оценке остаточных ааокалий поля силы тяжести с использованием вреиен прихода продольных волн.от границы Уохо позволяет довольно быстро,'минуя трудоемкие вычисления прямого гравитационного эдакта зеыной коры, получить вероятные величины остаточных аиоыа/шИ кантийной природы. Этот способ ыожет применяться при региональное исследованиях в районах, хорошо изученных res.

Методические првеиу, иоаользовааииесн при построении разреза по зронссекту Сибирь-Атлакгика, иогуг быть пршеиеин при построении плотаостноИ цодали кори и верхней мантии Зекли других регионов.

фактический материал и личиыК вклад автора. Основанием для составления карты грл^мацношшго поля в комбинированной редукции

аасшгаба" 1":ГООО' (Ш-на.во»Д8ррилор;ш Европы послу гили значения аномалий Фая и высот рельефа ыеатностя'в'однохрадусиои.осреднении и табличной форме. Для построения трохыорноЯ rutoiaocs.'ioíí модели ara ЕврогшКско;1. части СССР использоватась скоростная модель, построенная Н.И.Паакенковой я представленная в виде комплекта из чатирех карг масотаба 1:5 ООО ООО. При раочетз гравитационного э^зкта ¡¿одели использовалась програща для прямоугольного ( или сферического) параялелшииеда, разуайогаавья иод руяоиодсхвоа В.П.Староегенко. Ясе работа по описании и заданию »одали, а гаклв расчеты на 8B*¡ ( катемагическос ¡¿одидирогаиис ) выполнялись автором самостоятельно. Анализ получениях материалов, ол^едслзниа корреляционных связей между гравитационными аномалиями и временами сейсмических волн, расчет изостатического равновесия кори выполнены, в основном, автором.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на У Всесоюзной пколе-сеиинаре "Теория и практика интерпретации потенциальных полей" (Язнинакан, 1986), на Всесоюзной конференции "Подели строения тектокос^зрн различных регионов# СССР" {Ялта, 1988), на X7L¡ Зсасоюэком семинаре иа. Д.Г.7спг::с:-:ого "Вопросы геологической интерпретации гравитационная и цатаитках аномалий" (лиев, 1989), на У1 Всесоюзной ыколе-сеиинаре "Теория и практика интерпретации потенциальных- полей" (Ялта, 1989), на ХУ Генеральной ассамблее Европейского геофизического общества (Копенгаген, 1990), на Ыездународном спипозкуыэ П-1-1САЛГ "Комплексные геофизические исследования литосферы Центральной « Восточной . Европы11 (Чернигов, 1990), на ¿¡еждународнсГ; конференции "Структура . и геодинамика зеаиой кора и верхней ишгтии" (Москва, 1291).

Публикации. íio теыв диссертации опубликовано 12 работ.

Структура в обьец работы. Диссертационная раб ora состоит .из введения,'пяти глав и заключения, об^ча объемом 129 стр., включая '¿Ъ рисунков а список литературы из 105 наименований.

Работа выполнена в Институте геофизики АН УССР под руководством академика АЛ УСС? В.Л.Старостенио и доктора физ.-иат. наук К.И.Иавленковой, который автор Еирааает глубокую признательность . за постоянное к ней виииание. Автор такие глубоко благодарен док. гору геол.-ыин наук Б.Г.Козлзнко и кандидату уиа.-кат"." паук Э.Я.Шену за обсуждение многих вопросов а неоднократное консудьга-ции. Автор благодарит научних сотрудников кандидата ¿из.-мат. наук УЛЧОганесяна л А.Н.Заворотько за оказанное содействие в осх-ое-

- h -

нив проградизого обеспечения, а также й.Г.Ыиногину в И.Б.Иакарэша. аа поиоаь в о*ор:.:ленйи работ.

ССД2Р2АЯЯЗ РАБОТУ

Во введении рассматриваются актуальность, дели, задачи, научная новизна и основные положения результатов выполненных исследований. .

В первой главе обсуадается постановка задачи и помещен обзор существующих азтодов гравитационного ыоделироЕания,

Среди ингзрпрагацнсшшх построений при изучении глубинного строения желной sopu по гравитационному пола выделены корреляционный и.оптимизационный типы интерпретации [Страхов, 1979] .

Основный напрвлениьм в построениях корреляционного типа является вычисление изостатических аномалий. Для территории СССР были получены изостатические аномалии, осредненнае по сети I°xl°, а для южных регионов СССР - по сети Ю'х15' [Аргеыьев, 1975] . Такие подходы на приааниАШ для построения гравитационных моделей, поскольку они не несут количественной информации о структуре и параметрах разреза. В других схешх корреляционного типа (Каратаев и Пашкевич, 1987] используется принцип аналогий, который не позволяет учитывать индивидуальность элементов строения коры и ¡¿ан-2ии Зеили.

Интерпретационные построения оптимизационного типа обычно заключаются в построении шхотностной иодели с использованием подбора с оптимальным удовлетворением гсей совокупности экспериментальных данных я априорных ограничений. Ведущая роль в построении га^их кошгшгоных моделей отводится сеИскическоиу методу. При этом наиболее распространена следующая схеиа ко^шхевсирования данных сейсмометрии и гравииетрии: результаты интерпретации волновых полей переводятся в пдотностнаэ разрезы с использованием корреляционных зависимостей цеэду скоростью и плотностью; вычисляется их гравитационный эффект, который вычитается из наблюденного поля силы гяяееги; разностный ако:.;алшш дается физическое и гаологичес-' кое толкование. По такоиу принципу выполнены построения в работах Н.Й.ИавленковоЙ, В.З.Гордиенко, С.С.Краоовского.

К настоящему времени созданы схемы совместной интерпретации, в которых подбор еолнобого и гравитационного полей замкнуты в итерационные циклы - различные виды сэйсыогравигациониого ыеюда

- о -

[Гояиздрэ, 1978; Кобрунов, 1330; Зтеэосзеяко, Хозлэкго, Коста::з-вич, 1537] .

3-работах В.Н.Страхова и Т.З.Романвк зависимость <3 (УтР-------------

не задается, а определяется совестно с ..луктуацав^й плотности в априорно-заданной геометрической структуре среды пугем достижения оптимачьного согласия кеяду наблюденными и расчетные:: яслями. 3 рамках этого подхода впервые представляется воз^озкссхз оце:-::;п неоднозначности получениях решений.

До сих пор сейсмо-плотяостное моделирование проводилось в основном в двумерной варианте. Но поскольку гравитационное поле формируется трехмерными объектами, то точность двуиерквх ^сдельккх построений, в принципе, не еоает ччсокой. По няени» /иссер— тачта,существующие подходы к построений объемных моделей земной коры и верхней наитии могут быть разделены по виду априорной информация и характеру ее использования на три группы.

К первой группе относятся подходы, в которых в качестве априорной информации кспользузтся данное о рельефе дневной поверхности, небольшой объем информации о структуре коры (по редким профилям ГСЗ), сведения о тепловом потоке, "одель литосферы в астеносферы строится на основе астатических принципов. Гравитационное поле используется для уточнения параметров это" модели (Сурков и др., 1984; Зорин и др., 19£9; Глаэнев и др., 1983 ] .

Вторая группа подходов предполагает построение исходной модели на основе некоторой концепции о ра'звитии и составе званой горы и верхней мантии (например, полимор£но-адвекционная гипотеза В.В. • Гордиенко), расчет гравитационного эффекта этой модели и сопоставление его с наблюденныц полем.

Подход« использованный в диссертационной работе относится в третьей группе. В принципе, это трехмерное математическое коделн-роваяив, основанное на максимальном использовании сейсмической информации о структуре земной коры, определении ее гравитационного эффекта, вычитании эффекта из наблюденного поля и определении остаточных аномалий, в осноеном связанных с мантийными плотностнаип нзодаородноетяни. Хоаэчнзи результатом такого моделирования является трехмерная плотностная модель земной коры, данные о соотаово-нии скорости в отдельных слоях коры и схема мантийных аномалий силы тяжести.

Во второй главе понежен краткий геотектонический очерк Ззропч, в козлом рассмотрены такае основные черты глубинного строения глав-

ных структур, слагающих континент, по сейсмическим данным [Белоусов и Павленкова, 1985, 19БЭ; Чекунов и Соллогуб, 1985) . Здесь ке дана характеристика гравитационного поля Европейского континента и прилегающей части Северной Атлантики.

3 пределах Европы представлен широкий спектр структур древней докембрийской Восточно-Егропейской и эпигерцинокой Западно-Европейской платформ и Средиземноморского геосинклинального пояса - щиты, срединные массивы, глубокие впадины, альпийские орогены о мекгор-ными депрессиями, внутренние коря и др. Формирование этих структур овпзано с разнообразней эндогенных режимов и соответствующих им типов кори - от платформенного до тафрогенного [по Белоуоову, Х985, 1939] . В связи с хорошей изученностью сейомическими методами, эта площадь представляется благоприятной для опробования программ трехмерного моделирования.

Гравитационное поле Европы охарактеризовано на основании составленной автором карты в комбинированной редукции. На фоне в целом спокойного гравитационного поля Восточно-Европейской платформы ( аномалии Буге близки к нулю } выделяются структуры с большой мощностью осадочного чехла - Прикаспийская, Днепровоко-Донецная и Припятская впадины, Предуральский прогиб, которые характеризуются пониженными или отрицательными значениями поля силы тяжести. Над Украинским щитом и Воронежским ыаооивом фиксируются повышенные значения, а Урал отмечается четкой положительной полосовой аномалией Буге. На севере региона выделяется район фенноокандии, где и8ос?азия, вероятно, нарушена - здесь фиксируются аномальные значения аномалий Буге, достигающие сотни мгл. Над альпийскими горными сооружениями (Карпаты, Альпы, Кавказ, Пиренеи) фиксируются интенсивные минимумы аномалий Буге (около согни мгл) со вначигадьны-ми градиентами. В гравитационном поле Средиземного коря выделяются крупные положительные аномалии ( Фая) Тирренского и Эгейское морей и отрицательная аномалия (-200 мгл) в районе Геленского глубоководного келоба.

В поле силы тяжести Северной Атлантики четко выделяются о!ри-цательные аномалии, как правило, соответствующие глубоководным .котловинам и желобам, и положительные, приуроченные чаце всего к структурам с подъемом морского дна - хребтам, порогам, банкам, плато.

В третьей глава рассмотрено составление трехмерной плотлост-ноИ модели земной коры юга-Европейской части СССР: принципы аппрок •

симэдии сейсмических разрезов, выбор соотношения мекду скоростью и плотностью, получение гравитационного эффекта и остаточных аномалий^ -=---------------------

Вычисление гравитационного эффекта модшпГксрггбольшого оег-___■

мента Зачли представляется весьма сложной задачей ввиду ряда трудностей методического характера и большого объема исходной ин§ор-мацкв» Для выяснения 064ИХ возможностей и выработки оптимальных подходов трехмерного моделирования первоначально была выбрана территория, хороао изученная сейсмическими методами и охватыващая юг Европейской части СССР, для которой в результате пересмотра и обобщений ес9го сейсмического материала Н.И.Павленковой создана объемная сейсмическая модель корн кзсятвба 1»5 ООО ССО. Земная кора этого региона существенно неоднородна. Ыодель корн долина бить представлена минимальными параметрами ( количеством карт ), достаточно полно отражающими эту. неоднородность. Была также сдаяа-на попытка создать физически содержательную модель, отдельные слоя и блоки которой имели бы конкретный геолого-геофизический с шел. Такой модель» яэляетоя, на наш взгляд, пятислойная модель земной керн, плотнооть внутри слоев которой постоянна или переменна по по плодади, границы криволинейны*. Каждый из этих слоев является реально существующим элементом земной коры с присущими для них структурными особенностями, и разделяющие их поверхности достаточно достоверно описываются сейсмическими методами.

Два слоя этой модели описывают осадочный слой оо скоростыи сейсмических волн 2,5-4,5 км/с и 4,5-5,5 км/с. Граница между шшя проводится по горизонту со скоростью 4,5 км/с, подоива нижнего слоя осадков проходит по поверхности фундамента (консолидирован-рой коры) по границе к0.

В консолидированной части коры выделяются три основных этажа со скоростями продольных волн N£»5,8-6,4; 6,5-6,7 и 6,8-7,4 ям/о. Эти зтё5ш разделены между собой двумя границами К^ и К2. Для верхнего этажа ( Уря 5,8-6,4 ям/с) характерна значительная неоднородность по латеради, проявляющаяся в блоковооти, наличии крутонакло-ненных разломов, интрузий и т.д. Этот слой сопоставляется с т.п. гравитационно-активным сдоом. Подошвой этого слоя слуаит поверхность К^; пвиду того, что К^ по сейсмическим данным не имеет скачка скоростей, то условно она принята горизонтальной на глубине На15 км. Для промежуточного згака ( >/^6,5-6,7 км/с) характерно выполаасиваниа сейсмических границ, наличие прослоев с ионикенной •

ф

о ....

скоростью, что дахо основание считать его теп ослабленный слоем, по которому воз^ойки горизонтальные подвихни, стирающие латеральную неоднородность лора. Поэтому стог слой ъ региональном плане принимается однородный. Иодо'люй промежуточного и кровлей киаяего этага слу;:;.г граница Ко» ¿аксируадаяся по четкому отразавдаку горизонту. И «км л Г; слой ( км/с) мощностью 10-15 км, заклм-чеяннй мелду "¿.^ п изучен кедосхаточяо и трудно говорить об его внутренней структуре. Есть.основания принять его однородным по ла-гераяи. Граница й имеют сяоааай характер.

• . Опг.еаинаи пяизслойаая иоде.« первоначально была представлена в евда 5 каст: 4 карты "азоглубкн границ К0, М и подошвы низко-скоросгно;1 (У0=4,5 :;::/с) части осадочного слоя и одной схемы изменения среднйз"скорости в верхнее слое консолидированной коры.

• Сгздупщщ сагоы сойсио-шготностного моделирования является состаглениэ первого приближения плотносгной модели, для чего необходимо выбрать некоторый закон перехода от скорости < Ур) к плотности (9)* О1 обоснованности выбора этого закона зависят степень однозначности определения плотности в коре и верхней мантии, а так скорость счета,

В результате все возраставшего объема работ по определению гшзаческих параметров было уточнено известное соотношение Ф.Берча

0,о0Ч),£3), а также установлены более детальные соотноиолпя 9(У0).в зависимости от состава пород и от степени их метаморфизма в различных терыо-динамических условиях. Было установлено, что обобщенное уравнение регрессии для различных типов кристаллических пород консолидированной' коры для различных регионов илеет вид 9= 0,7Б+0,32У0 [Красовский, 1981] . Однако однная линойаал зависимость для всего диапазона горных пород отсутствует: града § (Ур) представлен тремя ветвями с разным углом наклона для осадочнцх пород ( Ур<о ни/с ), для гранитовдов н пород низших ступеней меяанор^йзма ( \/^=6,и-7,5 км/с) и для базитов и улмраба-зитов, а тахне для пород высоких ступеней метаморфизма (Ур>7,5 км/с) [Семенов, 193с 3 •

О другой смрсцк, ан^орыацш» о соотношении § накашшваегоя по результатам сеПсь'о-Х'ранитациойного моделирования. Яри создании сейомо-илотаостакх шделзй по гезтоаверсаи, пересеказдшл Европу, била получена для консолидированной коры зависимость вида 9=2,7+ 0,25(Ур~6,0) [Бурьянов и Гоодионко, 198о, 1965; Патогенкова и др.', 1978, 1$£0] . По длинны;; продомш в Сябири' [РОиааак и др., 1985]

бшш получены разные соотношения <)(Ур) для осадочного чехла, консолидированной 1<орн~и верхней мантии; зависимость в консолидированной коре близка к обобщенному Сравнению регрессии 9=0,73+

0,32Ур. ... ——--------

На основе указанных работ для начального приближения трехмерной плотностной модели юга Восточной Ееропы были приняты следущио зависимости:

Ур. ш/о 9« г/О"3

осадбчный чехол: 2,5 -4,0 2,В

'+,5 - 5,5 2,5

консолидированная кора:

верхний этак 5,8-6,4 2,7-2,8

промежуточный эта» 6,5 - 6,7 . 2,9

нижний этаж 6,8 - 7,4 3,1

верхняя мантия: 7,8-8,2 3,3

Если принятую зависимость д(Ур) в некоторой яриблинении представить линейной (хотя она таковой не является), то она будет иметь вид 9=1,05+0,28Ур.

По принятой для начального приближения зависимости между 9 и У0, сейсмическая нодель бнла переведена в плотностную с добавлением слоя морской ВОДЫ.

Аппроксимация модели в плане и задание информации в ЭВМ производились в осреднении по трапециям 1°х1°. Эффективные плотнеете коры рассчитывачксь относительно однородной мантии с 9=3,3 г/си3. Вычисления гравитационного эффекта проводились по программе решения прямой задачи гравиметрии для прямоугольного параллелипипеда [Старостенко, 1986}. Она отличается высокой технологичностью в смысла рациональной аппроксимации неоднородных по глубино геологических объектов, а также скоростью счета. Вычисления проводились по каждому слои раздельно с тем, чтобы икеть возможность оценить вклад каждого слоя в суммарное поде модели. Параллельно рассчитывалась весовая нагрузка колонок каждого слоя и суммарная нагрузка колонки всех слоев до глубини 80 км. В результате получена карты гравитационных эффектов всех слоев кодели, карта суммарного модельного эффекта и схема весовой нагрузки модели до глубины 80 км. Модельное поле сравнивалось с наблюденным полем силы тяжести в комбинированной редукции.

Значения остаточных аномалий были получены вычитанием из наблюденного поля суммарного р$фект§ модели (Д^ц), а такне "нор-

мального" эффекта (-700 игл): &д. ост>= - - 700 игл. В качестве "нормы" принят средний уровень модельного поля над Восточно-Европейской платформой, где наблюденное поле близко к нулю (аномалии Буга колеблются в пределах * 101-20 мгл). Точность ыодел; ных построений оценивалась на основания определения сечения карт модельного эффекта.в соответствии с параметрами исходных данных скоростной модели. 3 среднем величина сечения карт гравитационного эффекта оказалась равной 40 мгл, что дало основание построить карта со стандартным сечаниеь в 50 мгл, которое' обеспечено ¿среднэ-квадратяческой погрешностью, равной 20-25 мгл.

Основной вклад в гравитационное поле модели вносят осадочный слой (особенно в районах глубоких впадин) и верхний слой консолидированной ;<оры. В районах с сильными перепадами рельефа раздела М (Черное море, Кавказ) весьма существенным становится влияние среднего слоя, заключенного между поверхностями К^ и К£» и зависящего от полозения границы ¿¡. Эффект нижнего слоя коры незначителен в силу конформности ограничивающих его поверхностей ¡^ и М а его глубокого положения. На акваториях весьма существенно влияние слоя морской воды. Такш образом, основными гравитирующими поверхностями являют.ся подошва рыхлых осадков о 9е2,3 г/см^ и поверхность положение которой контролируется положением раздела М. Эти границы надежно .определяются сейсмическими методами, что повышает достоверность исходной модели.

Остаточные аномалии ) » полученные по первому приближе-

нию плотностноП модели земной коры, дали основание выделить ряд неточностей этого приближения. Во-первых, по краям глубоких впадин были получены локальные аномалии; которые;свидетельствовали о не-, точностях карт по границам подошва осадочного слоя в бортовых зонах этих впадин. Кроме того, в районах всех глубоких впадш: появились отрицательные аномалии, указывающие на слишком малую вели-ину выбранной средней плотности для осадочного чехла. Имеются сведения о том, что начиная с глубин 4-5 км, плотность осадков в глубоких впадинах.( в частности в Паннонской, Днепровско-Донецкой) в результате литостатической нагрузки, сопровождающейся процессами диагенеза, 'достигает плотности пород фундамента.; В связи с этим во мором приближении плотность в нижнем слое осадочного чехла была принята равной 2,7 г/см^, го есть очонь близкой к плотности пород фундамента. Зто позволило при расчетах обьедшшт-ь низы осадочного чехла с верхним 'слоем консолидпроьаиноИ коры и сократить объем ис~.

ходкой информации (путем исключения карты по границе KQ).

Остаточные аномалии для второго приближения не содорнали ло1н!!л"ослолнейий-поля._ил11__аноиалий, корродирующихся с осадочными басоойнами а они баяв прйзнанаГпригодшчзй-для- последующей геологической интерпретации .

В чв£ВбР?.ой.глава рассматриваются методические вопроси, связанные с изучение;.: плотностной неоднородности верхней мантии.

Вычисление гравитационного з^екта объемной модели крупных оогментон земной коры, особенно если максимально учитывать ее неоднородность, является довольно трудоемкой процедурой.Лоэтоиу на ria-ioJbHix этапах построения модели для выявления крупных аномалий о-лагсчлого поян, oauaasii'ix главны* образов с вангийяами неодно-родносхяии, было бы удобно иметь упрощенный оценочный способ, ио-пользующий приблизенныа корреляционные зависимости и интегральные характеристики структуры земной коры. Таким параметром по мнению П.Гизе и Н.И.Павленковой аожет служить время пробега преломленных волн от раздела líoxo - £0(м)' Этими авторами составлена схема ^о(и) на вси 1еРРит0Рию Ёвропы. Параметр t0^ несет в себе информацию о мощности земной норы ( чем она_толще, тем больше

о средней cKopociii г коре ( чем меньше V , таи больше он является довольно надевши и объективным показателем, поскольку моиет бить определен непосредственно по свйс»::;есво£ записи.

По величине яся территории Ввропи четко делится на Вос-

точную Европу а мощной корой ( t0(l¡f<' ,5-8,5 с) а Западную Европу с утоненной корой (toiM)=b,5-7 с). В обеих частях выделяются аномальные области, как правило, соответствующие альпийским орогенам с прогибом раздела ;.!, с высокими значениями ta{,dy Кавказ ( 12 с), Альпы и Пиренеи ( IQ-II о). Максимальная аномалия ¿0(Ц) Д° 13 с. отмочена в районе Южного Каспия.

Исходи из предположении, что от мощности коры и ее средней скорости (плотности) зависит не только ¿0(пу ло 11 гравитационный эффект моДели коры - автором проверено наличие корреляционной » связи мокду ними. Составлен график, где значениям соответст-

всвали значения гравитационного эффекта ¡¿одели, взятые из рассмотренной выла обьеиио« модели коры ¡ora Бэропекской части СССР; кроме того, привлечены результаты .'лод'гпшоваиия вдоль профилей, пересекавших Западную Европу (Гоидаепко и Павлеккова, 1984). Полученное распределение сщетельству-зт о наличии довольно четкой связи иеяду "^о(м) 11 среднеквадратичеокое отклонение значений от линии

- u -

регрессии составляет £8 мгл. Используя ¿0(ы)» можно перейти к значениям модельного эффекта о выделением лишь крупных аномалий порядка ЮО игл.

На основе полученной зависимости построена схема гравитационного влияния коры на всю территорию Европы опосредованным образом, без расчета прямого эффекта - путем перевода значений в значения Пооле вычитания этого эффекта из наблюденного

поля силы тякести и приведения полученного результата к "корые", равной -700 мгл, получена схема остаточных аномалий для всего региона. Эту схему можно рассматривать в качества первого приближения для характеристики мантийных аномалий на начальном этапе построения объемной модели. Поскольку эффект коры определен приближенно, то в выделенных остаточных аномалиях помимо неоднородностей мантийной природы могут присутствовать и неучтенные коровью неоднородности. Но на основании сопоставления ряда признаков (морфология и амплитуда аномалий, контуры геоструктур, данные геотермии и сейсмологии о неоднородностях в верхней мантии) мокко сделать выводы о наиболее вероятной природе выделенных остаточных аномалий.

Сделана попытка изучения неоднородностей верхней мантии Европы при составлении плотностной модели тектоносферы по линии Сибирь-Атлантика. Разрез составлен автором работы на основании обобщенного скоростного разреза [Павленкова, 1983] с использованием привязки к нормальной модели и анализа уравновешенного состояния гео-стркутур. Для Восточно-Европейской платформы характерна трехслойна;, кора мощностью около чО ш с утолщеннпм нижним слоем. Структура верхней мантии близка к нормальной колонке, лишь на глубинах 200250 км отмечена область разуплотнения. Земная кора Западней Европы мощностью около ЗС км также трехслойна, однако верхний ее этак •»толщен до I0-I5 км, а нижний имеет сокращенную мощность; в верхней мантии до глубины 220 к« отмечаются на разных глубинах разуплотненные зоны, которые сливаясь с обширной разуплотненной областью псд Северной Атлантикой (11 = 70-200 км), образуют единую область сложной конфигурации. Различия проявились и в характере переходной зоны между верхней и нижней мантией, оюндествляеиой с кровлей зоны фазовых переходов, эта плотностная граница со скачком ¿9«0,2 г/см® под Восточно-Европейской платформой залегает на нормальной глубине - 420 км, а под Западной Еьропой и Северной Атлантикой поднимается до 350 и 320 км ооотвэк-т-ы^о Она, по-видимому, является той компенсационной поверхности:., .ровень (глубина)

которой обеспечивает уравновешенное состояние верхней мантии.

В пятой главе рассмотрены шхогносгные модели земной коры и — верхней мантии^сновных геоструктур Европейского континента.

В ходе трехмерного Ш10тностного моделирования проверяется ~_______

правомерность структурных построений, выполненных интерполяционным способом меяду профилями ГСЗ, особенно в областях распространения структур с резкими, градиентными ограничениями (глубокие впадины, сочленение орогенов с мекгорными депрессиями). Удалось уточнить плотность низов осадочного заполнения глубоких впадин -она оказалась близкой к плотности пород фундзмонта. Неточности структурных построений и уплотнение низов осадков были учтены во агорой приближении модели. Выделены в остаточком поле крупная положительная аномалия амплитудой 100-150 мгл в районе Кавказа и Юкно-го Каспия,•прослекениая в Крыму аномалией в 50 мгл. Вероятно, одной из главных причин появления такой обширной аномалии над столь различными структурами монет быть неучтенная мантийная неоднородность.

Оценка изосгатической уравновешенности структур в пределах исследуемой' площади оценивалась как по отдельным секущим субмери-'¡сл'¡льн'зи , так и для всей трехмерной модами путем вычис-

ления веса колонок корн и верхов мантии до определенного уровня, расположенного ниже подошвы коры (80 км). В результате на фоне общей скокленскрованиооти- структур выявлен дефицит масс в районе Ков/каза и Сякого Каспия.

Установлено, что для всех других регионов юга Европейской Засти ССОР уравновешенность земно"! коры осуществляется чаще всего изменениями рельефа границы М, в меньшей мера - за счет перераспределения коровых неоднородностей. Для Русской плиты характерно спокойное, "нормальное" положение всех сейсмических границ ( мощность рыхлых осадков - до 2 км, глубины до границ К2 и М составляют 30 и 40 ки соответственно) и плотность в верхнем слое консолидированной коры 2,75|г/см®. В приподнятых блоках фундамента Восточно-Европейской платформы (Украинский щит и Воронежский кристаллический массив) верхнему уплотненному'до 9=2,8 г/см3 слою кори соответствует некоторое погружение поверхности М до Н=45 км. На Южном Урале равновесие коры достигается как.за счет образования"корней" гор (Нм=50 ки),таки общим уплотнением верхнего слоя коры ( до 2,9 г/см ).

Дефицит масс осадочных толщ Днэпровско-Довецкой и Прикаспийской впадин уравновешивается подъемом границы а до уровня Н=Э5 км.

- и -

Дополнительным фактором достижения равновесия атак структур является общее уплотнение коры за счет внедрения высокоскоростных (плотностных) неоднородностей в нижнюю часть корн. В пределах Черноморской впадины значительный дефицит масс, обусловленный двухкилометровой толщей морской еоды и мощным слоем рыхлых осадков, компенсируется реэким .юдъемом раздела M до уровня Н®25 км.

На схеме мантийных аномалий, полученной описанным в четвертой главе способом, выделяются две крупные области: центральная н юго-эападная часть Восточно-Европейской платформы, для которой характерно отоутствие аномалий, и Западная Европа о Северной Атлантикой с преобладающими значениями аномалий до -Ю0«~150 мгл. Это подтверждает наличие разуплотненной верхней мантии под активизированной Западной Европой с высоким тепловым потоком [Чермак, 1982; Гордиенко, 198?] и пониженными сейсмическими скоростями. По данным [tïpEosîan ае/wotogif , 1976; Егоркин, 1980] под молодыми плитами Европы Vpe7,8-8,0 км/с, а под Восточно-Европейской платформой Vp=8,I~8,2 к м/с. Это различие двух основных структурных элементов Европы и наличие взаимосвязи поверхностных изменений с глубикннйа факторами может распространяться вплоть до подошвы верней ыантии { судя по результатам построения плотностной модели тектоносфера по линии Сибирь-Атлантика).

На севере и востоке Зосточно-Европейской платформы (Балтийский цит и Приуралье) также выделена область пониженных значений &^-001>(до -100 мгл), свидетельствующая о разуплотненной мантии. Вероятно, северная часть Восточно-Европейской платформы охвачона современной активизацией аангийных процессов; в какой-то ыерз это мокет быть увязано с признаками современной тектонической активности Балтийского щита и Предуральской части платформы.

В Западной Европа на фоне отрицательных в целом значёний по-лн выделяется ряд относительных максимумов, приуроченных к альпийским прогонам (Альпы, Пиренеи, Сицилия, юг Италии). К этой se группе аномалий относятся и максимумы Кавказа и Южного Каспия. Природа этих аномалий представляется двойственной: либо это неучтенные коровые неоднородности, либо уплотнение в верхней мантии. Не исключено одновременное действие обоих факторов.Первый из них может быть связан с неточным заданием функции и соответственно плотности верхней части коры альпийсаи- орогенов, сложенных ыетаыорфизованными породами (их плотность, су дм по розз/льтатак лабораторных исследований, обычно вица, чей у кристаллических по-

род древьих цитов). Второй фактор - мантийные неоднородности -находит подтверждение по сейсмологическим данным. По результатам работ западноевропейских- сейсмологов-, 1930; Вабивка, 198'+] в верхней мантии под Альпами четко фиксируется высокоскоростная неоднородность. Расчеты изоотатичесиой модели Альп по гравиметрическим и сейсмическим данным [, 1983; Ранга , 1979] показывают, что без уплотнения в верхней мантии объяснить остаточную изестаткческую аномалию в 50 мгл невозможно. Чаща всего эту аномальную уплотненную область зарубежные геофизики интерпретируют как погребенную зону, где в результате коллизии Европейской и Адриатической плит на глубине 70-220 км оказался законсервированным кеоткий, холодный уллотненвый блок литосфера. Имеются аналогичные данные и для Вооточных Карпат [р»се$си% 1984 ] , Таким образом,для Средиземноморского складчатого пояса на фоне пизкоскоростного субстрата верхней мантии под орогенными структурами намечается глубинное окопление.высокоплогных масс, служащих источником положительной региональной гравитационной аномалии.

Для глубоких впадин и прогибов, проявившихся на схеме остаточных аномалий менее четко, характерны пониженные значения. Наиболее выраженными оказались аномалии, оконтуренные изолинией -150 мгл, над впадинами Тирренского моря, долины р.По; менее заметны аномалии Паннонской впадины и Рейнского грабена. По данным геотермия здесь фиксируются высокие тепловые потоки, а по сейсмологичес-, кик дашшм {ЁоЗияка^ 1984; Ноу£алс1, 1981; Гобаренко, 198б] выделяются зоны пониаенных скоростей в Еерхней мантии. Все это дает' основание предположить наличие в верхней мантии этих структур частично расплавленного вещоства - астеносферы.

Интенсивной положительной аномалией выделяется Южно-Каспийская впадина. Она захватывает и регион Кавказа, где по результатам расчета изостатической уравновешенности модели выявлен дефицит масо» Вероятно, впадина относится н типу изостатически неуравновешенных прогибов. Здесь при^Ц-километровой толще рыхлых осадков * с Уре4,5 км/о и д=2,3 г/см3 граница К2 испытывает незначительный подъем, а раздел 1.1 залегает практически горизонтально на Н=40 км. Если допустить, что плотность осадков в этой впадине на глубине Н>5-6 км все же достигает плотности пород фундамента, то, как показали расчеты, такое уплотнение лишь уменьшит аномалию вдеоо. Следовательно, без источников мантийного происхождения объяснить эту аномалию невозможно. В пользу такого предположения свидетельствуют

и большие размеры аномалии, включающей Кавказ и менгорные прогибы. К сожалению, независимого подтверждения по сейсмологическим данным пока не .получено.

Выделенные мантийные аномалии остаточного поля - полохитель- ' ные над альпийскими орогенами и отрицательные - над глубокими впадинами и прогибами хэрошо увязываются со структурами скатия и растяжения в земной коре, выделенными П.Н.Кропоткиныы на основании пульсационной геотектонической концепции.

В дальнейшем выделенные мантийные неоднородности предстоит уточнить и детализировать в процессе наращивания объемной плот-ностной модели коры на остальную территории Европы.

Заключение. Проведенное сейсмогравитационное моделирование коры и верхней мантии юга Европы позволяет сделать следующие основные выводы.

1. Показана эффективность созданной методики трехмерного сей-смо-гравитационного моделирования, предусматривающей расчеты послойных гравитационных эффектов земной коры и определение (в результате вычитания суммарного гравитационного эффекта модели из наблюденного поля) остаточных аномалий мантийной природы. Ыст о дика позволяет оценивать изостатическую уравновешенность модели.

Предложена классификация выделенных остаточных аномалий и аргументирована вероятная их природа (как корового, так и 'мантийного) происхождения. Показано, что метод является весьма аффективным при изучении глубинного строения. Он позволяет уточнять, а в некоторых случаях вносить изменения в исходную трехмерную модель, построенную по сейсмическим данным.

2. На основе трехмерного сейсмо-гравитациояяого моделирования создана плотностная модель коры, главное отличие которой от построений других авторов состоит в способе аппроксимации модели, достоинством предложенной пятисложной модели является ее геофизическая содержательность и относительная простота.

Построенная плотностная модель коры подтверждает правильность выбора соотношения 9(Ур) для консолидированной коры, повышенные значения плотности в низах осадков глубоких впадин, наличие горизонтальной неоднородности верхней части коры. Установлено, что изостатичоская уравновешенность коры в пределах платформенных регионов достигается, в основном, за счет рельефа границы Ц.

3. Предложен и реализовап способ оценки мантийных аномалий с использованием времен пробега продольных вслг о? граница Мохо. С

его помощью составлена схема остаточных аномалий для территории Звролн, отражающая неоднородность верхней мантии.

--------------4.-На основании интерпретации^ полученных остаточных аномалий

с алы тяжести и построенного ллотностного разреза вэрхяейлаягии---------------

. о привлечением данным других геофизических методов {геотермия, сейсмология и др.) выделены области вероятного разуплотнения верхней мантии а Западной Европе, а также в северном и восточном обрамлении Восточно-Европейской платформы, выявлены положительные остаточные аномалии в районах альпийских орогвноъ и намечены отрицательные аномалии в пределах глубоких впадин, совпадающие со структурами соответственно сжатия и растяжения земной коры Европы.

Показано, чео для обеспечения уравновешенности структур коры и верхней мантии Европы большое значение имеет рельеф плогпостной границы, отождествляемой с кровлей зоны фазовых переходов на глубине 300-400 км.

Публикации.

X. Старостенко В.И,, Козленке В.Г., Оганесян С.?.!., Шеи Э.Л., Оганесян М.Г,, Егорова Т.П., Дядюра Г.В. Трехмерное распределение плотности в кора Днепровского грабена, Геофиз, «урн. ,т.8,!0б,с.З-19.

2. Баранова S.O., Егорова Т.П., Коэленко В,Г., Оровецкий Ю.П., Старостенко В.И. Глубинное строение Корсунь-Новомиргородского магматического диапира. Докл.АН УССР, сер.Б, №?, 1387, с.3-8.

3. Старостенко В.И., Оганесян С.М., Оганесян М.Г., Егорова Т.П., Швайберов С.¡С. Решение обратных задач гравиметрии на примере изучения Звиздаль-Залессной дайки. Докл.АН УСС?,сер.Б1Ш,1987,с. 20-24.

4. Егоров В.Li., Евайберов С.К., Егорова Т.П., Заворотько А.Н. Гравитационное моделирование рудных габброидов Коростенского плуто-яа. Геофиз» яурн., й 6, 1989, с.74-81.

5. Оганесян М.Г., Егорова Т.П. Комплексная интерпретация гравитационной и магнитной аномалии Звиздаль-Залесской да£!ки. Геофиз. KjpH., 1990, с.48-54. V

6. Pavtenkova ML, Egotwa TR, Koste*ka V-в-, StatostenAo V.l. ßenstiy mod ei fit ozt/ti и/¡pes wntfe o/f ¿uzey>e. önnaies Öeofhi/Stcoe, WO, Spec ¿at issue, f. tS.

7. Егорова Т.П. Построение объемной плотностноя модели литос-деры юга Восточной Европы.Докл. АН УССР, сер.Б.,^, I990, с.10-14.

8. Егорова Т.П., Козленао В.Г., Старостенко В.И. Гравитационно з моделирование тектоносферы по трансоекту Сибирь-Атлантика.

Докл. АН УССР, с ер.Б, №9, 1990, с.8-11.

9. Егорова Т.П., Козленке В.Г., Староотенко В.й. Шштностной раараэ тектоносферы по трансоекту Сибирь-Атлантика. Изв. АН СССР, Физика.Земли, 1990, № II, с.13-22. .

10. Едогоуа тр., Koätenko v.g., Siaeostenko V.l. 'üetosity ctcss-stction of -tectoHOtyfitze он 6he Sifobte- Qt€antt'c, IhttzwUcHal ccttiestnce "¿tltt/ote and atodynantfcs of Me еагМ'в* azust and иррсъ toantie » /ttpscouf р. Ъ9-4о (JÄstedcisJ.

11. Павленкова H.Ii.» Егорова Т.П.» Староотенко В.И., Козлен-ко В.Г. Построение объемной плотностной модели Европы: методика и первые результаты. I. Изв. АН СССР, Физика Земли, 1991, fö 4, с.

12. Павленкова H.H., Егорова Т.П., Старостенко В.П., Козлен-ко В.Г. Поотроение объемной.плотностной модели Европы: методика и первые результаты. II. Изв. АН СССР, Физика Земли, 1991, ¡й 4, с.