Введение к работе
Одной из фундаментальных проблем наук о Земле является понимание геодинамических процессов, связанных с взаимодействием океанов и континентов. Выявление причин эволюции и доминирующих процессов в постоянно меняющейся системе тектоники плит - одна из задач, которую необходимо изучать с пристальным вниманием.
Субдукционные зоны, являясь одним из основных типов зон взаимодействия океанических и континентальных плит, продолжают вызывать особый интерес у представителей науки о Земле. Это частично связано с катастрофическими природными явлениями, такими как землетрясения, цунами и вулканизм островных дуг. В то же время, на данных конвергентных границах происходят процессы, отражающие конечные звенья в глобальном цикле формирования облика Земли и служащие индикатором внугренней динамики Земли. С одной стороны, здесь происходят погружение и дальнейшее переплавление сформировавшейся океанической литосферы, с другой стороны, аккреционные призмы и магматизм образовывают континентальную литосферу.
Зондская субдукционная зона со сложным механизмом конвергенции представляет в связи с вышесказанным особый интерес. Ортогональная субдукция, наблюдаемая в районе о. Ява, сменяется к северу прогрессирующей косоориентированной субдукцией. Составляющая вектора относительного движения плит, параллельная границе литосферных плит, соответственно возрастает к северу, играя ключевую роль в смещениях вдоль разломных зон Суматры и Ментавай. Режим субдукции вдоль конвергентной границы влияет на развитие транстенсивного бассейна над погружающейся океанической плитой в северной части изучаемого региона. Исследование глубинного строения земной коры, литосферы, астеносферы (тектоносферы) Зондской субдукинонной зоны - актуальная проблема современной геологин и геофизики, поскольку имеет большое значение для решения кардинальных вопросов теоретической геологии, геодинамики и познания процессов формирования и размещения месторождений полезных ископаемых.
Цель работы - изучение глубинного строения тектоносферы Зондской зоны субдукции.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Сбор и обобщение всей доступной геолого-геофизической информации по Индонезийской переходной зоне от Индийского океана к Юго-Восточной Азии.
-
Построение карт аномального поля силы тяжести и аномальных высот геоида в различных редукциях (в свободном воздухе, Буге, Гленни) на исследуемый регион, их анализ и сопоставление с другими геофизическими данными (сейсмическими, данными теплового потока, аномального магнитного поля) и их интерпретациями.
-
Составление схемы тектонического районирования Индонезийской переходной зоны.
-
Сегментация Зондской субдукционной зоны, выявление особенностей в строении глубинных горизонтов, связанных с изменениями параметров субдукции от о. Ява к о. Суматра и Андаманскому морю.
5. Плотностное моделирование глубинного строения Зондской субдукционной зоны.
Защищаемые положения
-
Рассчитаны карты аномального поля силы тяжести и аномальных высот геоида в различных редукциях (в свободном воздухе, Буге с учётом топографии), а также их трансформант масштаба 1:1000000.
-
Представлено районирование Индонезийского региона по гравитационному полю и сейсмотомографии, определены специфические характеристики выделенных областей. На основе проведенного анализа показаны различия в строении отдельных зон, как по верхним горизонтам тектоносфери, так и по глубинным.
-
Предлагается схема сегментации Зондской зоны субдукции на основе анализа гравитационного поля, его трансформант и дополнительной геолого-геофизической информации.
-
Построена согласованная с существующими геолого-геофизическими данными плотностная модель тектоносферы Зондской зоны субдукции.
Глубинность разреза в 320 км является исчерпывающей для объяснения наблюдённого гравитационного поля, то есть расчётное поле полностью компенсирует наблюдённое поле силы тяжести в редукции в свободном воздухе.
Модель построена в системе «земная кора - литосфера - слэб - астеносфера». Для континентальной и океанической коры предлагается трёхслойное строение, для подкоровой литосферы и астеносферы - однослойное, для слэба - трёхслойное.
Без учёта плотностных особенностей слэба невозможно корректное объяснение наблюдённого поля силы тяжести.
Научная новизна.
-
Впервые для анализа глубинного строения и тектонического районирования Индонезийской переходной зоны использовались карты аномальных высот геоида в различных редукциях и их трансформанты.
-
Использование комплекса гравиметрических, сейсмических и сейсмологических данных позволило наиболее полно отразить особенности тектоники Зондской зоны субдукции и плит, контактирующих по этой границе.
-
Обобщение и анализ результатов ранее проведённых геофизических исследований, посвященных изучению строения тектоносферы Зондской субдукционный зоны, показал - 1) фрагментарность проведенных исследований; 2) ограниченную глубинность детальных и невысокую разрешающую способность региональных исследований; 3) использование только скоростной картины поля, полученной различными методиками наблюдений. В связи с этим до настоящего момента моделирование погруженной части океанской литосферы (слэба) в Индонезийской переходной зоне было недостаточно проработано.
Привлечение результатов качественного и количественного анализа гравитационного поля позволило предложить новую модель тектоносферы Зондской субдукционной зоны в системе «земная кора - литосфера - слэб - астеносфера», согласованную с существующими геолого-геофизическими данными.
Впервые, применительно к району исследования, осуществлено пространственное прослеживание границы Мохоровичича как составной части погруженной литосферы.
Двухмерное плотностное моделирование и анализ трансформаций поля силы тяжести, проведенный для определения границ нулевого приближения в модели тектоносферы, установили, что закономерности изменения с глубиной свойств океанской коры и подкоровой литосферы различны.
Практическая ценность работы
Данная диссертация является обоснованием важнейшей роли проведения анализа гравитационного поля при изучении глубинных структур Земли. На примере сопоставления данных сейсмотомографии с аномалиями высот геоида показывается, что в аномальных высотах геоида присутствует составляющая, по-видимому, связанная со сверхглубинными (более 2500 км) источниками, что обусловливает необходимость тщательного рассмотрения гравитационного поля для понимания базовых основ геодинамики.
Итоговая модель в масштабе данного исследования и разрешающей способности методов является региональной. Автором предлагается геолого-геофизическая схема строения Зондской зоны субдукции, которая может служить основой для дальнейших более детальных исследований.
Содержание, структура и объём работы
Для переходной зоны Индонезийского региона рассчитаны поля силы тяжести и высот геоида в редукциях в свободном воздухе, Буге и Гленни, построены карты и проведён анализ гравитационного поля, поля превышений высот геоида над эллипсоидом относимости (аномальных высот геоида) и их трансформаций. По результатам проведенного анализа построена схема районирования аномального гравитационного поля. Проведено сопоставление морфологии гравитационного поля и данных сейсмотомографии, что, наряду с анализом дополнительной геолого-геофизической информацией, позволило предложить тектоническое районирование Индонезийской переходной зоны. Вдоль 8 профилей, секущих отличные по строению и геодинамическому режиму сегменты Зондской зоны субдукции, с учётом разнородной геолого-геофизической информации проведено плотностное моделирование. Построена согласованная с существующими геолого-геофизическими данными модель тектоносферы переходной зоны Индонезийского региона.
Работа состоит из введения, четырёх глав и заключения.
Во введении изложены основные цели и задачи работы. В главе I описывается геолого-геофизическая изученность региона. Даётся характеристика мезо-кайнозойской геолого-геодинамической эволюции региона. На основании общих открытых баз данных производится построение геолого-геофизических карт и их анализ. Глава II посвящена изучению структуры гравитационного поля и его связи со строением глубинных горизонтов. По результатам анализа трансформаций гравитационного поля проводится районирование Индонезийского региона. В главе III проводится качественная увязка гравитационного поля с особенностями тектоники региона. Предлагается схема тектонического районирования Зондской зоны субдукции. Глава IV посвящена плотностному моделированию Зондской зоны
субдукции. В Заключении обобщаются выводы, полученные в результате данного исследования.
Объём диссертации -165 страниц, в том числе 55 рисунков, 3 таблицы, 1 график и список литературы из 155 наименований.
Апробация работы
Основные результаты работы и её отдельные положения докладывались и обсуждались на V-й международной научно-практической конференции-конкурсе молодых учёных и специалистов «Геофизика - 2005», СПб ЕАГО - СПбГУ (Петродворец, Санкт-Петербург, 2005); на седьмых геофизических чтениях имени В.В. Федынского, МПР РФ - Роснедра - ВНИИГеофизика - Центр ГЕОН-РАЕН-ЕАГО, (Москва, 2005); на XVI Международной школе морской геологии, Океанология (Москва, 2005); на 33-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" УрО РАН, (Екатеринбург, 2006); на восьмых ежегодных геофизических чтениях им. В.В. Федынского, МПР РФ -Роснедра - ВНИИГеофизика - Центр ГЕОН-РАЕН-ЕАГО, (Москва, 2006); на XIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных геологического факультета МГУ «Ломоносов-2006» (Москва, 2006); на XVII молодежной научной конференции «Геология, полезные ископаемые и геоэкология Северо-Запада России», посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца, ИГ КарНЦ РАН (Петрозаводск, 2006); на Международной конференции и выставке «Saint-Petersburg - 2006», EAGE - ЕАГО - SEG, Lenexpo, Saint Petersburg.
Публикации
Основные положения работы изложены в 11 опубликованных работах, в том числе 3 статьи и 8 тезисов докладов.
Благодарности
Автор благодарен своему научному руководителю, зав. кафедрой геофизических методов исследования земной коры, д-ру физ.-мат. наук, проф. А.А. Булычеву за оказанное доверие, постоянную помощь, поддержку и участие, а также за отзывчивость и чуткость. Автор премного благодарен научному сотруднику Д.А. Гилод за существенную помощь при выполнении работы, своевременные и полезные советы, конструктивный диалог, а также за возможность ознакомиться с широкими практическими навыками, сопутствующими всей работе.
Автор считает приятным долгом поблагодарить д-ра геол.-минерал. наук, проф. А.Г. Гайнанова за привлечение к работе по гранту РФФИ, неоценимый опыт многолетних исследований, а также «пионерский» взгляд на исследование гравитационного поля. Особую благодарность автор выражает д-ру физ.-мат. наук, проф. В.Р. Мелихову за конструктивную критику на протяжении всей работы, важные замечания и создаваемую им научно-творческую атмосферу.
Автор выражает глубокую признательность д-ру геол.-минерал. наук, проф. М.Г. Ломизе за плодотворное сотрудничество, своевременную критику, полезные советы и существенную помощь при выполнении работы.
Автор благодарен д-ру геол.-минерал. наук, проф. В.К. Хмелевскому, канд. геол.-минерал. наук, доц. Л.А. Золотой и канд. физ.-мат. наук А. А. Бобачёву за особые
взаимоотношения в процессе учёбы и написания диссертации. Автор обязан отметить важную ежедневную поддержку и помощь со стороны молодых сотрудников гравиметрической лаборатории и, с удовольствием, выражает благодарность инж. М.П. Куликовой, инж. М.В. Косныревой, канд. геол.-минерал, наук И.В. Лыгину, канд. физ.-мат. наук К.В. Кривошее и канд. геол.-минерал. наук А.П. Ермакову.
Автор премного благодарен профессору, д-ру геол.-минерал. наук СВ. Аплонову, которому принадлежит заложение основ заинтересованности автора к региональным исследованиям.
Автор выражает восхищение д-ру т. наук, проф. СПбГУ Ю.И. Кудрявцеву и д-ру физ.-мат. наук, проф. МГУ В.В. Калинину, продемонстрировавшим уровень Университетского образования и особый подход к совершенствованию студентов.
Автор отмечает колоссальную заслугу своих родителей в получении им фундаментального университетского образования, направивших на путь изучения геологии и сформировавших особое отношение к достижению цели.
Автор с чувством безграничной благодарности выделяет заслуги своей супруги Ольги, которая написание данной диссертации вписала в свою жизнь, разделяла непростые условия быта, не переставала верить в успех, полностью взяла на себя процесс ухода за новорожденным ребёнком, а в трудный момент осуществила финансовую поддержку семьи.
Автор посвящает данную работу памяти доцента СПбГУ Данилевского Вадима Иллиодоровича, неординарного Человека и Мыслителя.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 04-05-64775-а.
Похожие диссертации на Строение тектоносферы зондской зоны субдукции на основе геофизических данных
