Введение к работе
Актуальность темы. Значительная роль в изучении строения литосферы Мирового океана принадлежит анализу поля силы тяжести, которое несет в себе отпечатки глубинных процессов, ответственных за образование и эволюцию океанической литосферы. Применение современных компьютерных технологий для решения прямых и обратных задач позволяет создавать и оценивать плотностные модели строения литосферы в трехмерном виде. Это существенно повышает достоверность результатов интерпретации даже в условиях сложно расчлененного рельефа дна в районах дивергентных границ и зон трансформных нарушений и позволяет получить информацию об особенностях процесса аккреции и эволюции океанической литосферы.
В практику интерпретации аномалий поля силы тяжести в океане внедрена технология трехмерного гравитационного моделирования, разработанная около 10 лет назад (Kuo and Forsyth, 1988). Однако, использованные авторами модель строения океанической литосферы и методика расчетов отвечали лишь узкой полосе рифтовой долины и пририфтовых гор, расположенных в пределах коры, имеющей возраст первые миллионы лет. Очевидно, что такая технология моделирования не может обеспечить интерпретации результатов съемок на акватории, где возраст коры исчисляется десятками миллионов лет, так как в этом случае изменяется соотношение процессов, в целом определяющих особенности строения и эволюции литосферы. Формальный перенос уже ставшей традиционной технологии 3-D гравитационного моделирования (Kuo and Forsyth, 1988) на исследование областей более зрелой литосферы приводит к тому, что аномалии поля силы тяжести повсеместно объясняются исключительно вариациями мощности коры и подъемом астеносферного вещества мантии, характерным только для рифтовых зон. Поэтому решение задачи разработки технологии трехмерного гравитационного моделирования районов внеосевых зон срединно-океанических хребтов (СОХ), где существенная часть аномалий поля силы тяжести может быть обусловлена особенностями плотностной структуры литосферы, представляется весьма актуальным.
Научное направление работы. Усовершенствование современной технологии трехмерного гравитационного моделирования, направленной на изучение строения океанической литосферы СОХ, их флангов и прилегающих котловин.
Цель работы. На основании грави-батиметрических данных по Канаро-Багамскому геотраверсу (КБГТ) установить пространственную связь рельефа дна и глубинной плотностной структуры литосферы с возрастом до 40 млн лет, сформированной в типичной тектонической обстановке низкоскоростного спрединга.
Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной проблемой работа состоит из трех частей. В первой рассматриваются вопросы, связанные с построением грави-батиметрической базы данных по результатам систематических региональных геотраверсных исследований на КБГТ. Вторая часть работы посвящена вопросам методики проведения 3-D гравитационного моделирования в океане. В заключительной части рассматривается глубинное строение литосферы исследуемого района.
Материалы, используемые в работе ч личный вклад автора. Результаты диссертационной работы получены в итоге шестилетних исследований автора при выполнении госбюджетных работ и грантов ISF и РФФИ в отделе системных геолого-геофизических исследований ВНИИОкеангеология. В ходе этих проектов автор занимался как методическими вопросами обработки, картографирования, создания базы данных по морским грави-батиметрическим материалам, так и разработкой технологии проведения трехмерного гравитационного моделирования литосферы океанического типа, интерпретацией геофизических материалов.
-I
В основе работы лежат результаты комплексных геофизических исследований, накопленных в ходе выполнения программы Канаро-Багамского геотраверса, к которым относятся:
-
данные по геопотенциальным полям и рельефу дна по пяти площадным съемкам, выполненным в масштабе 1:2 000 000 в пределах съемочной полосы различными подразделениями ассоциации "Севморгеология";
-
данные по геопотенциальным полям и рельефу дна по трем трансатлантическим профилям, реализованным в рамках программы МГС;
-
данные по геопотенциальным полям и рельефу дна по двум зарубежным детальным площадным съемкам (С2511 и С2912, GEODAS-95), выполненным американскими исследователями в рамках реализации научной программы RIDGE в районе гребневой зоны САХ и трансформного разлома Кейн;
-
батиметрические данные по детальным полигонам в районе САХ (работы ш глубоководные полиметаллические сульфиды);
-
цифровые матрицы (гриды) значений глубин дна и аномального гравитационного поля полученные в ходе выполнения международных проектов компиляции данных (ЕТОРО-5 1995; Sandwell, 1995);
-
карты идентифицированных осей линейных магнитных аномалий м-ба 1:1 000 О0С (Глебовский, 1992; Мащенков, 1994) и м-ба 1:5 000 000 (Roest, 1987);
-
результаты интерпретации трех широтных и трех меридиональных сейсмически? профилей МОВ;
-
карты потенциальных полей и рельефа дна, построенные французскими исследователямі в рамках проекта SARA в районе САХ и его флангов по результатам детальных съемоь (Rommevaux et al., 1994; Pariso et al., 1995).
Защищаемые положения:
-
Грави-батиметрическая база данных но Капаро-Багамскому геотраверсу позволяет! обобщить разнообразные по масштабам съемок и их качеству материалы в единую сеть обеспечивающую возможность проведении трехмерного гравитационного моделирования < условиях сложнорасчленного рельефа дна. Разработанная компьютерная технология увязкг данных применима для компиляции различных типов грави-батиметрических измерений выполненных в различных районах Мирового океана.
-
Предложена новая технология 3-D гравитационного моделирования океанические областей, которая позволяет исследовать особенности плотностной структурь литосферы с возрастом до первых десятков миллионов лет. Основным элементом данноі технологии является расчет мантийных аномалий Буге с использованием моделей строенш океанической коры, предусматривающих сглаживание плотностной границы, приуроченнох к разделу Мохоровичича или наличие изостатической компенсации в рамках модели Эйри.
3. Долгоживуи{ий характер среднемасытабной сегментации изученного отрезка Срединно
Атлантического хребта отчетливо проявляется в мантийных аномалиях Буге
отражающих трехмерную структуру мантийного апвеллинга. Интенсивны!
отрицательные аномалиц, картирующие этот процесс, обусловлены наличием двух взаимш
перпендикулярных систем плотностных неоднородностей, первая из которых приурочені
непосредственно к рифтовой долине хребта, а вторая направлена вкрест его простирания
Выявленное смещение положетія рифтовоіі оси и центров наиболее интенсивных аномачих
позволяет предположить наличие среднемасштабной нестабильности спрединга.
4. Проведенное трехмерное гравитационное моделирование показало, что остаточнъь
мантийные аномалии Буге не могут быть объяснены исключительно вариациями мощности
океанической коры. Наиболее вероятным дополнительным источником этих аномачи*
являются подъем подошвы литосферы и плотностные неоднородности, обусловленны
наличием системы разломов, протпывающих ее на всю мощность.
Научная новизна:
-
Переобработаны и систематизированы материалы грави-батиметрических данных в районе Канаро-Багамского геотравергя Осуществлена их совместная .увязка с:? учетом результатов зарубежных исследований и рассчитаны новые согласованные матрицы рельефа-дна и гравитационного поля в районе центральной части полосы КБГТ. ,. 'У:,..-*\..„".
-
Предложены новые модели строения океанической коры для расчета .мантийных; аномалий Буге, повышающие информативность результатов трехмерного гравитационного моделирования. ііії; ;Vi;
-
Установлено, что трехмерная структура мантийного апвеллинга проявляется в , двух взаимно перпендикулярных системах плотностных неоднородностей, первая из которых приурочена непосредственно к рифтовой долине хребта, а вторая направлена; вкрест ее простирания.
і Выявлены смещения положения рифтовой оси и центров наиболее интенсивных
гравитационных аномалий, позволяющие предположить наличие среднемасштабной
нестабильности спрединга на всем протяжении исследованного участка хребта.
5. На основе трехмерного гравитационного моделирования термического эффекта
годтверждено значение инверсии плотности на границе литосфера-астеносфера, равное
). 11 г/см3, рассчитанное А.М. Городницким (1985) на основе комплексного анализа данных
і двухмерном варианте.
І. Предложена новая трехмерная модель строения литосферы, учитывающая эволюцию ее
шотностной структуры и существование системы разломов, разнонаправленно падающих
ітносительно дивергентной границы и пронизывающих литосферу на всю ее мощность.
Практическая ценность работы заключается в следующем: . Разработана технология создания грави-батиметрической базы данных, пригодная для рименения в любых районах Мирового океана и включающая в себя элементы редбанковской обработки, увязки и гридирования информации.
. Усовершенствована методика 3-D гравитационного моделирования для океанических бластей с возрастом до первых десятков миллионов лет.
. Построены цифровые карты (матрицы) гравитационных аномалий в свободном воздухе, антийных аномалий Буге, остаточных мантийных аномалий Буге, мощности коры по зультатам трехмерного гравитационного моделирования. Ряд картографических атериалов использован при реализации научно-исследовательских тем НИИОкеангеология. Предполагается их издание в компьютерном Атласе по КБГТ. Результаты данного исследования помогут при планировании дальнейших этапов олого-геофизических работ в океане при решении вопросов тектонического анализа и інерагенического районирования океанической литосферы.
Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения диссертации ікладьівались на различных отечественных и международных научных симпозиумах:
Международной конференции "Морская и аэрогравиметрия" (СПб, 1994), XXI Генеральной ассамблее IUGG (Боулдер, США, 1995), на совещании "Инициатива Ridge" (СПб, 1995), на XII Всероссийской школе по морской геологии (Москва, 1997), на I Международной школе морской геологии (Москва, 1997), на осеннем совещании іериканского геофизического союза (Сан-Франциско, 1997), на Международной нференции "Тектоника лнтосферных плит" памяти Л.П. Зоненшайна (Москва, 1998). бота в целом докладывалась на заседании кафедры геофизики СПбГУ и на заседании ()едры геофизических методов исследования земной коры МГУ.
Предложенная технология формирования грави-батиметрической базы данных гдрена в основу создаваемой в настоящее время во ВНИИОкеангеология базы (физических данных по Арктическому региону. Основные результаты исследовании точены в программу учебных курсов "Методы интерпретации аномалий магнитного и
./ ..
гравитационного полей" и "Геология и геофизика Мирового океана" дщ/ студентов-
геофизиков геологического факультета СПбГУ. У
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8/работах, две в
настоящее время находятся в печати. /
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит/из введения, пяти
глав и заключения. Содержит fOOстраниц текста, рисунков, jj/ таблиц и список