Введение к работе
Работа посвящена изучению глубинного геологического строения и эволюции геоструктур литосферы Северной Евразии. Она содержит результаты геологической интерпретации геофизических полей, структурно-тектонического и геодинамического анализа материалов глубинного геолого-гсофизического моделирования, выполненных соискателем в ходе комплексных исследовании ВСЕГЕИ по составлению Атласа карт и разрезов вдоль системы глобальных геотраверсов России.
Актуальность исследований. Представленная работа является составной частью отечественных исследований глубинного строения территории страны. Важнейшим этапом многолетних работ этого направления явилась программа «Регионального изучения земной коры и верхней мантии вдоль геотраверсов, проложенных через районы бурения глубоких и сверхглубоких скважин». В ходе ее выполнения накоплен громадный объем информации, включающий материалы многоволнового сейсмического зондирования профилей ГСЗ 1-го класса, данные различных видов геологических и геофизических съемок, которые широко использовались в различных структурно-геологических, прогнозно-мнперагеннческнх и геоэкологических исследованиях для построения сводных и региональных карт и разрезов глубинного строения земной коры и верхней мантии.
Аналогичные исследования за рубежом проводились по несколько иной схеме. Геодинамический Комитет США приступил к выполнению комплекса геологических и геофизических съемок вдоль коитинентально-океанических геотраверсов в 1978 году. В 1985 году была организована Международная Программа "Global Geoscience Transects" (GGT). В отличие от нашей страны в геологических службах государств Америки и Западной Европы базовым методом региональных геофизических исследований вдоль геотраверсов являлись сейсмические работы МОВ и МОВ-ОГТ. Еще одно принципиальное отличие связывается с формой использования этих уникальных данных. В рамках программы GGT материалы геологических и геофизических съемок и результаты их комплексной интерпретации были подготовлены к изданию и тиражированы в единых картографических форматах и унифицированной системе условных обозначений. К настоящему времени опубликовано несколько десятков геотраверсов, равномерно пересекающих структуры всех континентов и океанических акваторий.
Геолого-геофизнческие исследования, предусматривающие комплексную геологическую и геодинамическую интерпретацию разнородных геофизических материалов вдоль полосовых зон геотраверсов и издание картографических материалов в унифицированной форме, впервые в нашей стране начаты тематическим коллективом ВСЕГЕИ под руководством соискателя в 1988 году. Цикл этих работ завершился в 1998 году подготовкой к изданию Атласа полосовых карт и разрезов по пяти гсотраверсам (Мурманск-Кызыл -4100 пог.км.. Всре'зово - Усть-Мая -3900 пог.км, Н.Тагил-Уренгой -1900 пог.км, Рубцовск-мыс Невельского -4100 пог.км.. Ямал-Кяхта -4000 пог.км). Кроме того, под руководством соискателя подготовлен российский фрагмент наиболее
«
протяженного в Мире российско-китайского геотраверса Мурманск-Аптай-Тайвань (8 тыс. пог. км), рабочий макет которого демонстрировался на ХХХ-м Международном Геологическом Конгрессе (Пекин, 1996 г.) и готовится к публикации к следующему Конгрессу (Рио де Жанейро, 2000 г.).
Опыт отечественных и зарубежных работ по изучению глубинного строения геоструктур литосферы вдоль трансрегиональных сечений -геотраверсов показал их большую прикладную и научную значимость в развитии основ геологической науки и производства. Эти исследования обеспечивают изучение проблем образования Земли, её эволюции и являются неотъемлемой составной частью крупных научных обобщений в сфере региональной геологии, тектоники, геодинамики. В современных условиях большое значение приобретают прикладные аспекты глубинных исследований: изучение условий проявления геологической опасности (землетрясения, оползни и др.); использование в хозяйственной деятельности нетрадиционных источников энергии; повышение достоверности прогнозных оценок, выявление условий формирования и закономерностей размещения полезных ископаемых. Последнее тем более актуально в условиях, когда большая часть выходящих на поверхность месторождений уже обнаружена, интенсивно разрабатывается и в значительной степени истощена. В настоящее время прикладная значимость исследований глубинного строения земной коры и верхней мантии возрастает в связи с началом крупного цикла работ МПР России по созданию "Государственной геологической карты" новой серии. Глубинные разрезы по линиям профилей ГСЗ включаются в состав базового комплекта. В качестве дополнительных документов Госгкеолкарты-1000 и Госгеолкарты-200 рассматриваются карты глубинного строения, построенные по уровням лнтолого-стратиграфических поверхностей, поверхности консолидированного фундамента и обобщающие карты, отражающие интегральные характеристики глубинного разреза земной кори.
Цель и задачи исследований. Целью работы является изучение глубинного геологического строения региональных структур литосферы Северной Евразии, реконструирование последовательности и геодинамических условий их формирования и последующей эволюции средствами гсолого-гсофнзнческого и геодинамического моделирования вдоль геотраверсов России.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи: 1) разработать методическую схему, увязывающую в единую систему способы методной п комплексной интерпретации региональной геофизической информации, геодинамического анализа и приемов палсорсконструнровання глубинных разрезов земной коры для последовательных этапов фанерозойской эволюции Северной Евразии; 2) разработать обобщенные модели структурно-вещественных подразделений литосферы, сформированных в разнотипных геодинамических обстановках н выявить геологические и геофизические признаки их идентификации в натурных условиях; 3) выполнить геолого-геофизическое моделирование параметров трехмерного распределения структурно-вещественных подразделений литосферы древних платформ и фанерозойских складчатых областей вдоль глобальных геотраверсов Российской Федерации; 4) разработать модели
эволюционного развития структур литосферы Северной Евразии, отражающие последовательность геодинамичесхнх обстановок, в которых формировались структурно-вещественные подразделения древних платформ и фанерозойских складчатых областей и усложнение их глубинных разрезов во времени и пространстве.
Фактический материал. В основу исследований положена обширная информационная база, сформированная в рамках многолетнего цикла работ по комплексной интерпретации и подготовке к изданию комплекта карт и разрезов по системе глобальных геотраверсов России, а также российского фрагмента международного геотраверса Мурманск - Алтай - Тайвань. Эти работы выполнены под научным и практическим руководством соискателя, который являлся ответственным исполнителем тематических заданий, главным редактором составляемого картоітзафического комплекта и автором глубинных разрезов и карт консолидированного фундамента по большей части сечений.
В состав информационной основы построений были включены: данные геологического картирования и картографирования. тектонические, литологнческие, палеогеографические карты, схемы, модели; сейсмические и сейсмологические данные; материалы гравиметрических, магнитометрических, геотермических, геоэлектрнческнх съёмок; данные глубокого и сверхглубокого бурения; материалы дистанционных съёмок и линеаментного анализа топографического рельефа. В своих построениях автор опирался на научно-методический опыт и результаты отечественных и зарубежных исследований в области изучения глубинных недр Земли геофизическими методами исследований. В разнообразной форме в построениях использовались данные, представленные на геологических, тектонических и геодинамическнх картах, схемах и разрезах глубинного строения Евразии, СССР, России, отдельных регионов, выполненных в разные годы под редакцией С.В.Аплонова, Н.Г.Берлянд, Л.П.Зонеишайна, Л.И.Красного, Д.А.Кирикова, Ю.Г.Леонова, Н.С.Малича, Н.В.Межеловского, Е.П.Мирошока, Л.М.Натапова, В.И.Неволииа, А.В.Пейве, В.В.Семеновнча, В.Б.Соколова, А.А.Смыслова, В.В.Соловьёва, В.В.Суркова, В.А.Унксова, В.Е.Хаина, Ю.К.Щукина, АЛ.Яншина и других исследователей.
Научная новизна работы. Важным итогом исследований является разработанная автором методика комплексной геологической и геодниамнческой интерпретации данных региональных геофизических съемок вдоль профилей многоволнового ГСЗ ! класса (геотраверсов). Впервые п практику геолого-гсофизического моделирования литосферы Северной Евразии вдоль геотраверсов в единую методическую схему были объединены способы сбора и подготовки данных, методной и ' комплексной интерпретации геофизической информации, приемы гсодинамнческого анализа и палеореконструировання. На основе синтеза научных обобщений в области геотектоники, геодинамики, тектонофизики, результатов гсолого-геофизического моделирования по геотраверсам России, а также анализа отечественного и зарубежного опыта специализированных геофизических исследований (в том числе сейсмических работ с высокой разрешающей способностью - МОВ-ОГТ, МОВ), разработаны обобщенные геологе-
геофизические модели структур-тектонотипов, сформированных в различных геодинамических обстановках, содержащие объемную характеристику их морфологии, разрывных дислокаций и вещественного состава. Их индикаторные геофизические, летрофизические, морфологические и тектонические признаки способствуют опознанию однотипных структур в составе разновозрастных складчатых областей и древних платформ. Эти материалы использовались при теоретическом обосновании оригинальной системы условных обозначений карт разрезов глубинного строения литосферы.
В ходе работ получены принципиально новые выводы об особенностях трехмерного распределения структурно - вещественных неоднородностей земной коры н верхней мантии в пределах крупнейших структур Северной Евразии. В работе приводится обоснование их параметров с использованием большого объема геологических, геофизических и дистанционных данных, методііая обработка и комплексная геологическая интерпретация которых выполнена с использованием современных технологий геолого-геофизического моделирования.
Новизна научно-методического подхода и полученных результатов проявляется в том, что результирующая структурно-вещественная модель глубинного строения земной коры и верхней мантии, построенная по результатам геолого-геофизнчееккх построений, и представленная в форме послойных карт и глубинного разреза, сопровождается диаграммами "пространство-время" и системой палеоразрезов. Система таких взаимоувязанных моделей отражает, таким образом, не только современное состояние глубинного разреза литосферы, но и представляет обоснованную автором версию эволюции и геодинамических условий его формирования.
Практическая значимость и внедрение результатов. Научно-методические разработки и результаты геолого-геофизического моделирования вдоль полосовых зон глобальных геотраверсоа Российской Федерации используются и совершенствуются в текущих исследованиях ВСЕГЕИ и других организаций:
В программе построения сводкой модели глубинного строения территории России данные гсолого-геофизического моделирования по гсотраверсам используются в качестве скелетной основы, обеспечивающей увязку региональных моделей.
В ходе научно-методических проектов ВСЕГЕИ, направленных на расширение нормативной комплектности Госгеолкарты 1 000 000, за счет картографических документов, отражающих глубинное геологическое строение (послойных геолого-гсофнзнческих карт по отдельным срезам, интегральных карт глубинного строения коры и сети глубинных разрезов на всю мощность земной коры и др.).
В рамках Программы "Международная Тектоническая карта Евразии" полученные материалы используются при построении опорных разрезов литосферы (работы выполняются в сотрудничестве с тематическим коллективом ГИН РАН).
В рамках продолжающейся программы российско-китайского сотрудничества, которой предусматривается углубленный геодинамический,
минерагеннческіій и геоэкологический анализ гсолого-геофизических параметров глубинного строения Евразийского континента вдоль трансконтинентального геотраверса Мурманск-Алтай-Тайвань. В содружестве с тематическими коллективами российских (Центр ГЕОН, ГНПП СЕВМОРГЕО) и китайских научно-производственных организаций этот сводный гсотраверс продлен в пределы экваториальных областей Баренцева и Филиппинского морей. Издание этого самого протяженного в Мире геотраперса "Баренцсвская плита - Евразийский континент - Филиппинская плита" планируется к дате открытия XXXI Международного Геологического Конгресса.
Основные защищаемые положения.
1. Разработанная методическая схема увязывает результаты комплексной геологической интерпретации региональной геофизической информации с геодниамнческим анализом н налсорскоиструироваписм глубинных разрезов земной коры для последовательных этапов фанерозойской эволюции Северной Евразии. Это позволяет выполнить трехмерное гсолого-геофизичсскос моделирование структуры и вещественного состава блоков с древней корой континентального типа (палео-плит, микроплнт и их сегментов) и межблоковых дивергентных, конвергентных и трапсформпых структур их сочленения и обосновать пространственно-временную последовательность их формирования.
2. Обобщенные трехмерные модели структурно-вещественных
подразделений литосферы, сформированных в разнотипных геодинамических
обстановках, содержат систему индикаторных геофизических, пстрофизическнх,
морфологических и тектонических признаков, что способствует опознанию
аналогичных структур в составе разновозрастных складчатых областей и
платформ и обеспечивает повышение достоверности и детальности их
глубинного моделирования.
3. В составе сложного тектонического коллажа литосферы Северной
Евразии методами гсолого-гсофнзнческого моделирования расшифрованы
параметры глубинного строения блоков с древней корой континентального типа
(палеоплнт, микроплнт и их сегментов) и структур, сформированных на их
дивергентных, конвергентных и трапсформпых границах. Их морфология,
вещественный состав и система разрывных дислокаций согласуются с
актуалистическнми моделями тектоники лнтосферных плит.
4. Модель плейт-тектонической эволюции литосферы Северной Евразии
отражает последовательность и гсодниамнческне обстановки формирования
структурно-вещественных подразделении фаперозойских складчатых областей и
древних платформ, установленные в результате комплексной геологической
интерпретации материалов геофизических сьемок. Модель характеризует
усложнение глубинного разреза во времени н создает предпосылки для
расшифровки структурных и вещественных параметров глубинного строения
палеоплнт, микроплит и межплнтиых структур, сформированных на их границах
и обеспечивает выполнение их морфокинсматпческой классификации.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований были представлены соискателем и период с 1990 по 1999 год в 29-ти докладах на конференциях, совещаниях, семинарах разных рангов: на семинаре ЛГУ "Геофизика в региональной геологии" (Ленинград, 1990); в Академии наук и
институтах Китайской народной республики (Пекин, Лангфан. 1990); на Всесоюзне совещании «Структура тектоносферы, глубинные источники минерального вещест и тепломассоперенос» (ЛГИ, Санкт-Петербург, 1991); на сессиях Ученого Сове ВСЕГЕИ (Санкт-Петербург, 1992,1996,1997); на секции Ученого Совета ГНП Нефтегеофизика (Москва, 1993); на совещании Международной комиса «Сейсмология контролируемых источников», проводившегося па базе ИФЗ и Цент] ГЕОН (Москва, 1993), на Международном совещании «Внутриплитная тектони и геодинамика осадочных бассейнов» (Опалиха, 1993); на Международнь геофизических конференциях и выставках «SEG - Москва (1992)» и «SEG - Санк Петербург (1995)», на Всероссийских совещаниях Научно-Методического Совеї МПР по геотраверсам и сверхглубинному бурению, проводившихся во ВСЕГЕИ геологическая секция (Санкт-Петербург, 1995, 1996, 1997, 1998), и ГНП Нефтегеофизика -геофизическая секция (Москва, 1995); на Всероссийском научн< координационном совещании «Современная тектоническая акта вность, строение сейсмичность Восточно-Европейской платформы» (ВСЕГЕИ, Санкт-Петербур 1996); на Международной конференции и выставе «Минерально-сырьевые ресурс стран СНГ» (Санкт-Петербург, 1996); на Всероссийских совещаниях МПР л геологосъемочным работам (Санкт-Петербург, 1997); на ХХХ-м Международна Геологическом Конгрессе (Пекин, 1996); на Международных конференция ЕВРОПРОБА (1995, 1998), иа Тектонических совещаниях Межведомственно! Тектонического комитета (МТК) в МГУ (Москва, 1998, 1999), на семинар «Использование результатов геофизических исследований на региональны профилях при геологическом изучении недр» (Дубна, 1999).
Публикации. Основные результаты исследовании автора отражены в 3 публикациях, подготовленные автором индивидуально или в соавторстве. Часть и них издана за рубежом. При подготовке публикаций использовались материаль содержащиеся в 19-ти рукописных отраслевых отчетах, в том числе 5-ти отчета> выполненных под руководством соискателя. Составленный под руководство; соискателя Атлас карт и разрезов по системе глобальных геотраверсов Российско Федерации подготавлен к изданию и планируется к тиражированию в цифрово форме. К началу проведения ХХХІ-го МГК (Бразилия, 2000) будет опублнкова российско-китайский геотраверс «Барепцевская плита - Евразийский континент Филиппинская плита». Соискатель входит в состав главной редколлегии этог документа и является автором глубинного разреза по континентальной части Россш
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 5-ти раздело разбитых на 22 подраздела, имеющих, в свою очередь, более дробную рубрикацик Заключения и списка литературы из 283 наименований. Общий обьем работы 39 машинописных страниц, в том числе 46 рисунков, однатаблица и список літературі на 27 страницах.