Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Изучение глубинного строения
активных океанических окраин является одной из важнейших задач
современной геологии. Эти регионы, проявляющиеся в виде устойчивой
системы глубоководных желобов и островных дуг, вовлечены в
глобальную геотектоническую деятельность, оказывающую влияние на
формирование всей земной поверхности. Решающую роль в этих
процессах играют гравитационные силы, которые возникают при
неоднородном распределении гравитационных масс, т.е. при наличии
плотностных неоднородностей вещества внутри Земли и особенно, в
тектоносфере. Одним из основных методов изучения этих
неоднородностей является гравитационное моделирование.
В настоящее время гравитационное моделирование тектоносферы
чрезвычайно затруднено из-за слабой изученности мантии
геофизическими методами. Это приводит к появлению принципиально
различных моделей, построенных разными авторами по одним и тем же
данным, что уменьшает доверие к гравитационному моделированию как
методу научного исследования. Вместе с тем, данный метод может быть
значительно более информативным и достоверным. Теоретические
разработки последних лет, выполненные К.М.Картвелишвили,
МААлексидзе, В.И.Старостенко, В.Г.Козленко, О.М.Русаковым,
С.С.Красовским и. другими исследователями, показали большие
возможности для его совершенствования. Строгий методический подход в
разрешении таких вопросов, как определение уровня привязки
гравитационных аномалий и выделение регионального фона,
использование всех известных закономерностей распределения ллотности
в мантии значительно повышают достоверность получаемого решения.
Проведение многовариантного моделирования с использованием
различных гипотез строения изучаемого региона позволяет извлечь всю
необходимую информацию из наблюденного гравитационного поля. Все
это говорит о необходимости совершенствования методики регионального
гравитационного моделирования, что особенно важно при изучении
строения таких сложных объектов, какими являются активные
океанические окраины. '
Работа выполнена в соответствии с планами НИРИМГиГДВОРАН по программе "Мировой океан", тема 4: 'Разработка модели геодинамических процессов в литосфере на основе геолого-геофизического изучения^зоны сочленения Евразии и Тихого океана. Построение глубинных разрезов Северного и Центрального трансектов".
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Настоящая работа посвящена изучению глубинного плотностного строения активных океанических окраин методом гравитационного моделирования. В рамках этого-исследования автором были поставлены и разрешены следующие задачи: разработка методики регионального гравитационного моделирования,
отвечающей современному уровню программного обеспечения и знаний
глубинной структуры Земли; 2Моделирование отдельных участков Азиатско-Тихоокеанской окраины с
рассмотрением всевозможных моделей строения, вытекающих из
комплекса экспериментальных данных и различных геодинамических
"гипотез; 3)обобщение и анализ всех построенных моделей совместно с моделями
других авторов с целью выявления основных закономерностей
распределения плотности в мантии активных окраин и их связи с
тектоникой.
ЗАЩИЩАЕМЫМИ ПОЛОЖЕНИЯМИ данной работы являются: ,
I.Опорная эволюционная модель океанической тектоносферы,
построенная на основе модели охлаждающегося полупространства,
отражающая процесс перераспределения плотности по мере увеличения
возраста, позволяющая увязывать гравитационные _цодели-
разновозрастных океанических регионов.
2.Методика проведения многоварианхного регионального
гравитационного моделирования с использованием алгоритмов-
автоматизированного решения обратной задачи, основанная на строгом
определении постановки задачи моделирования и привязке к опорной
эволюционной модели океанической тектоносферы.
З.Выявленные закономерности распределения гравитационных аномалий
и плотности в тектоносфере рассмотренных регионов (Курильском,
Марианском и Алеутском): , _
3.1 Аномальная плотность наклонной сейсмофокальной зони,
отождествляемая в тектонике плит с погружающейся литосферной
плитой, не превышает ввоичины +0.02 г/смЗ , и может быть
зависимой от скорости субдукции. (.
3.2.Характер положительной "мантийной" гравитационной аномалии в районе желоба определяется неоднородностью океанической литосферы на стыке с континентальной, степень уплотнения или разуплотнения в которой зависит от тектонических условий развития региона, что может быть вызвано различием напрйкенного состояния зоны сочленения плит.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем: I.Произведен расчет опорной эволюционной плотностной модели
океанической тектоносферы, основанной на предполагаемом тектоникой
плит процессе охлаждения литосферы и подстилающей мантии по мере
их удаления от зон спрединга. 2.Проведено многовариантное гравитационное моделирование
тектоносферы отдельных участков Тихоокеанской окраины с
рассмотрением моделей плотностного строения, основанных на
различных геодинамических гипотезах субдукции.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ выполненной работы заключается в
следующем:
-разработанная методика регионального гравитационного моделирования позволяет строить взаимосвязанные друг с другом модели различных региональных тектонических структур и повышает достоверность получаемых решений в слабоизученных геофизическими методами регионах;
-все описанные в работе алгоритмы вычисления параметров тектоносферы, характеризующих распределение плотности (изостатическое состояние, гравитационная устойчивость литосферы, объемная масса и момент инерции Земли и др.), реализованы в программном виде на персональном компьютере типа IBM (язык программирования - МС-Фортран), опробованы в данной работе и пригодны для дальнейших исследований;
-выявленные закономерности распределения плотности в тектоносфере активных океанических окраин дают возможность глубже проникнуть в суть происходящих здесь процессов и, в частности, могут быть использованы в развиваемых в последние годы идеях сравнительной субдуктологии.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. В работе использованы гравиметрические данные, полученные сотрудниками ИМГиГ ДВО АН СССР и ВНИИГеофизика МГ СССР в рейсах нис "Пегас", нис "Морской геофизик", нис "Мария Савина", проведенных за период с 1982 по 1991 год (в некоторых из них принимал участие автор), а также опубликованные данные в виде гравиметрических карт и каталогов.
Все работы по моделированию проведены с использованием комплекса программ решения прямой и обратной задач гравиметрии, разработанного на ИВЦ ПГО "Сахалингеология", и модифицированного автором, а также ряда вспомогательных программ, разработанных
, автором - расчет нормальной эволюционной модели океанической тектоносферы, привязка к нормальной модели, расчет массы и момента инерции Земли'по данному распределению плотности, гравитационной устойчивости литосферы, давления на разных глубинах и другие.
АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы докладывались на семинарах лаборатории Геодинамики ИМГиГ ДВО РАН; на III Тихоокеанской школе по морской геологии, геофизике и геохимии (Владивосток, 1987); на XVI и XVII Конференциях молодых ууеных ИМГиГ (Южно-Сахалинск, 1989 г. и 1991 г.). По теме диссертаиии опубликовано 8 работ.
, СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЦ. Диссертация состоит из Введения, 6-ти глав, Заключения и Списка использованной литературы. Объем диссертации 137 страниц текста, 29 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 200 наименований.
Автор глубоко признателен научному руководителю доктору геол.-мин. наук В.Ю.Косыгину за оказанную им поддержку в- процессе выполнения данной работы.
Автор считает саоим долгом поблагодарить доктора геол.-мин.наук П.М.Сычева. Его внимательное отношение, критические замечания и добрые советы способствовали более глубокой разработке многих вопросов, затронутых в данной работе.
Автор искренне благодарен кандидату геол.-мин. наук В.И .Исаеву,
оказавшему неоценимую помощь в освоении разработанного на ИВЦ
"Сахалингеология" ^ программного «омтаекса двухмерного-
гравитационного моделирования, который, в модифицированном виде, использовался в данной работе.
Автор благодарен также доктору геол>-мин. наук МЛ,Красному, кандидату геол.-мин. наук АААндрееву, В.П.Семакину, кандидату геол.-мин. наук Г.ИАносову, а также всем сотрудникам лаборатории геодинамики ИМГиГДВО РАН за помощь и поддержку, оказанную ими в в процессе выполнения данноігработьі.