Введение к работе
Актуальность проблемы. Северо-западный сектор Японского моря, большую часть которого занимает глубоководная Центральная котловина, почти вкрест простирания срезает южную оконечность Сихотэ-Алинской и Лаоелин-Гродековской складчатых систем. Здесь на небольшом участке происходит радикальная перестройка земной коры: переход от зрелого континента к молодой океанической коре с исчезновением или существенной переработкой верхней сиалической оболочки, богатой рудными и нерудными полезными ископаемыми. По современным представлениям это, как и формирование Японского моря в целом, является результатом мезо-кайнозойской деструкции окраины азиатского континента и рифтогенеза, который сменился спредингом с образованием молодой океанической коры в восточной части глубоководной япономорской котловины. В результате сформировался район, в пределах которого тесно «сосуществуют» два радикально различных типа земной коры.
И морская, и наземная части этого района изучены достаточно хорошо. Однако для правильного понимания условий и механизмов деструктивных процессов, приведших к образованию Японского моря, а также для научно обоснованной прогнозной оценки данной акватории на минеральные и углеводородные ресурсы необходимо решение проблемы взаимосвязи морских и обрамляющих наземных геологических структур.
Одним из аспектов этой проблемы является, выяснение характера структурно-вещественной перестройки континентальной коры в полосе между окраиной континента и основанием материкового склона, откуда начинается океаническая кора. Сюда входят три вопроса указанной проблемы: во-первых, существует ли зона постепенного преобразования (трансформации) коры или процессы деструкции привели к обрушению и «растаскиванию» блоков неизмененной континентальной окраины; во-вторых, если такая зона существует, каковы ее пространственные размеры, как далеко она распространяется в глубь континента; в-третьих, в чем состоит трансформация континентальной коры: ее глубинные и геологические факторы.
Решение этих вопросов имеет существенное фундаментальное и прикладное значение. С точки зрения фундаментальных знаний указанные исследования позволяют получить информацию, необходимую для реконструкции событий, связанных с формированием окраинного бассейна. С практической точки зрения эти исследования дают возможность проследить характер возможных структурно-вещественных изменений и распространения береговых геологических структур с известными рудными и нерудными полезными ископаемыми под морскую акваторию, что, как было сказано выше, важно для прогноза экваториальной части этого района на различные полезные ископаемые.
До настоящего времени эта проблема никем не изучалась. В данной работе впервые для данного района выполнены исследования, позволяющие оценить характер структурно-вещественной перестройки континентальной коры, что
2 делает ее актуальной, а с точки зрения планируемого в ближайшие годы социально-экономического развития Приморского края - своевременной.
Из анализа всех имеющихся данных выяснилось, что для изучения рассматриваемой проблемы наибольший объем информации и оптимальную совместимость имеют результаты морской и наземной гравиметрии, подкрепленные данными спутниковой альтиметрии.
Возможности гравиметрии для исследования рассматриваемой проблемы основаны на том, что одним из параметров, отличающих континентальную кору от океанической, является их существенно различная мощность (глубина залегания поверхности Мохоровичича, или Мохо). Этот параметр с приемлемой достоверностью определяется с помощью гравиметрии в сочетании с опорными данными сейсмического зондирования, что дает возможность определить рельеф основания земной коры в заданном районе. С другой стороны при «закрепленном» структурном каркасе возможно плотностное моделирование геологической среды, что выводит на возможность исследования изменений вещественного состава коровых масс. Комбинация обеих ситуаций дает возможность реализовать структурно-плотностное (структурно-вещественное) моделирование и исследовать, таким образом, возможную структурно-вещественную трансформацию земной коры на стыке ее разнородных типов.
Цель исследований: определить существование и пространственное положение зоны глубинной трансформации земной коры, а также характер коровых структурно-плотностных изменений в зоне сочленения Центральной котловины Японского моря с прилегающим континентом.
Задачи исследований. Для реализации этой цели сформулированы следующие основные задачи: 1 - Выполнить расчеты и построить карты гравитационных аномалий для акватории Японского моря по результатам гравиметрии и спутниковой альтиметрии как основы для определения мощности земной коры в этом бассейне; 2 - по гравиметрическим данным с использованием результатов сейсмических работ произвести расчеты и построить карты мощности земной коры для Японского моря, на этой основе выполнить районирование япономорского бассейна по типам земной коры; 3-составить сводную карту мощности земной коры, объединяющую морскую и наземную части исследуемого района; на этой основе определить существование и положение зоны глубинной трансформации коры; 4 - по результатам морских и наземных петрофизических исследований определить потенциальные источники гравитационных аномалий в верхней части коры, определить оптимальную для исследуемого района связь «сейсмическая скорость - плотность» для оценки плотностных параметров глубинных горизонтов земной коры как основы для структурно-плотностного моделирования; 5 - выполнить гравитационное (плотностное) моделирование земной коры по серии профилей, на основании чего оценить характер глубинных структурно-плотностных изменений в земной коре зоны сочленения окраины континента с Центральной котловиной Японского моря; 6 -
определить общие закономерности и особенности глубинных изменений в строении зоны сочленения континента с глубоководной котловиной, оценить возможную связь глубинной перестройки коры с картируемыми геологическими структурами района исследований.
Защищаемые положения:
Определен петроплотностной ряд и основные вещественно-плотностные комплексы зоны сочленения Центральной котловины Японского моря с прилегающим континентом. На этой основе установлены потенциальные источники гравитационных аномалий в районе исследований.
По совокупности гравиметрических, альтиметричсских и сейсмических данных рассчитана мощность земной коры и определен рельеф поверхности Мохо под Японским морем, на этой основе уточнен район с океанической корой и участки континентальной коры с различной степенью деструкции.
Установлено существование и расположение зоны глубинной трансформации земной коры при переходе от континента к глубоководной котловине Японского моря. Ей соответствует зона градиента глубины залегания поверхности Мохо, начинающаяся в пределах континента и заканчивающаяся в котловине Японского моря у подножия материкового склона. Показано, что глубинные преобразования коры находят отражение и в приповерхностных геологических структурах.
Установлено, что основным фактором, определяющим глубинную трансформацию земной коры, является постепенное сокращение мощности «базальтового» слоя от континента в сторону котловины и замещение его мантийным субстратом. Радикальная перестройка происходит в пределах узкой полосы «внешний шельф - подножие континентального склона». Здесь наблюдается быстрое сокращение общей мощности коры, и полное исчезновение ее верхней сиалической части.
Научная новизна. Научная новизна полученных данных состоит в следующем: 1 - впервые для северо-западной части Японского моря построены карты гравитационных аномалий повышенной детальности; 2 - сделана оценка совместимости и взаимозаменяемости морской (набортной) и спутниковой гравиметрии; 3 - определена оптимальная для горных пород и осадков исследуемого района связь «сейсмическая скорость - плотность»; 4 - по совокупности гравиметрических, альтиметрических и сейсмических данных построена карта мощности земной коры для всей акватории Японского моря и на этой основе выполнено районирование этого бассейна по типам земной коры; 5 - построена сводная карта мощности земной коры, включающая как морскую, так и наземную части исследуемого района, что позволило определить существование и положение зоны глубинной трансформации земной коры при переходе от континента к Центральной котловине Японского моря; 6 - путем моделирования установлены основные особенности структурно-вещественной трансформации коры в пределах указанной зоны.
Практическая значимость работы. Построенные автором карты гравитационных аномалий и модели глубинного строения северо-западной части Японского моря и особенно зап. Петра Великого являются основой для новых структурно-тектонических построений в зоне сочленения континентальных структур южного Приморья с глубоководной котловиной Японского моря, которые в свою очередь могут служить основой для прогнозной оценки указанной акватории на различные полезные ископаемые.
Авторские материалы уже использованы для следующих прикладных целей: для подготовки к переизданию листов K-52-XI, XVII, K-52-XI1, XVIII, K-53-VII Геологической карты масштаба 1 :200 000. Владивосток. ФГУГП ППСЭ. 2002; для подготовки к изданию Геологической карты юга Приморья и северной части Японского моря масштаба 1:1000 000 (листы К-52 и К-53) -АО «Дальморгеология» и «ВНИИОкеангеология» Министерства природных ресурсов РФ, 2003 г.; для подготовки к изданию Атласа: «Геология и полезные ископаемые шельфов России» (Москва. Изд. «Научный мир». 2004 г.); для реализации проекта «Выполнение работ и исследований по составлению Кадастра перспективных площадок размещения объектов атомной энергетики в Приморском крае» - Федеральное агентство по атомной энергии ООО «ВНИИАЭС», 2007 г.; для обучения студентов ДВГТУ по специальности «Геофизические методы поиски и разведки месторождений полезных ископаемых».
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертации положены результаты работы автора в лаборатории гравиметрии Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН. Исследования выполнялись в соответствии с заданиями темы «Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов Дальневосточных морей России» подпрограммы «Исследование природы Мирового океана» ФЦП «Мировой океан», соглашениями о научно-техническом сотрудничестве между ТОЙ ДВО РАН и Университетом г. Чиба (Япония), Академией наук КНДР, договором между ТОЙ ДВО РАН и ОАО «Дальморгеология».
Первичные гравиметрические материалы были получены лабораторией гравиметрии в экспедициях на НИС «Профессор Богоров» (1987 г.), «Академик М.А. Лаврентьев» (1996 г.) и «Профессор Гагаринский» (1989-2003 г.г.). Автор, начиная с 1996 г., принимал непосредственное участие в 16 морских экспедициях, где выполнял гравиметрические и батиметрические наблюдения, обработку и интерпретацию первичных данных.
В работе помимо гравиметрических данных использованы результаты других геофизических и геологических методов, полученных отделом геологии и геофизики ТОЙ ДВО РАН: непрерывного сейсмического профилирования, глубинного сейсмического зондирования, магнитометрии, геологического опробования донных осадков и коренных пород. В работе использованы также многочисленные опубликованные данные российских и зарубежных авторов, выполнявших в Японском море геолого-геофизические исследования в разные годы.
В процессе подготовки данной работы автором самостоятельно выполнено обобщение, анализ, структурно-плотностное моделирование земной коры и интерпретация использованного геолого-геофизического комплекса.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 14 работ, втом числе в 3 монографиях (в качестве соавтора).
Основные положения выполненной работы докладывались на двух международных конференциях: «Tectonics, Magmatism & Metallogeny of Active Continental Margins» Interim IAGOD Conference on Metallogeny of the Pacific Northwest, Vladivostok, 2004 г.; XV Международной школе морской геологии «ГЕОЛОГИЯ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ», Москва, 2003, а также на многочисленных всероссийских конференциях: на четвертой Уральской молодежной научной школе по геофизике, Пермь, Горный институт УрО РАН, 2003 г.; на XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика», Иркутск, ИЗК СО РАН, 2003 г.; на 33-ей сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей", Россия, Екатеринбург, Институт геофизики УрО РАН, 2006 г.; на I (XIX) Международной конференции молодых ученых «Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах», Россия, Южно-Сахалинск, ИМГиГ, 2006 г.; на Всероссийской научной конференции «Чтения памяти академика К.В. Симакова»: тез. докл., 27 - 29 ноября 2007 г., Россия, Магадан, СВКНИИ, 2007; на конференции молодых ученых ТОЙ ДВО РАН «Океанологические исследования», Россия, Владивосток, 2003 и 2007 гг.
Указанные исследования неоднократно поддерживались грантами ДВО РАН: грант б/н: «Строение земной коры в зоне сочленения котловины Японского моря с геологическими структурами южного Приморья», 2003 г.; грант №05-ШТ-07-014: «Строение земной коры в зоне сочленения котловины Японского моря с геологическими структурами южного Сихотэ-Алиня», 2005 г.; грант №06-П1-В-07-287: «Строение земной коры в зоне сочленения котловины Японского моря с геологическими структурами Сихотэ-Алиня (на примере Южного Приморья)», 2006 - 2008 г.; грант №09-Ш-В-07-348: «Глубинное строение залива Петра Великого и его обрамления», 2009 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, пяти глав и Заключения. Общий объем диссертации составляет 133 страницы, включая 110 страниц текста, 37 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 160 наименований.
Работа выполнена в лаборатории гравиметрии ТОЙ ДВО РАН под руководством д.г.-м.н. Кулинича Р.Г., которому автор выражает искреннюю благодарность за проявленное терпение, помощь, поддержку, советы и консультации на всех этапах выполненного исследования. Автор благодарен сотрудникам лаборатории гравиметрии, магнитометрии и сейсмических исследований ТОЙ ДВО РАН: Т.Н. Колпащиковой, СМ. Николаеву, Б.Я. Карпу, С.Н. Кононец, Н.М. Цовбуну, П.С. Зимину, А.А Коптеву и А.Н.
Сокареву, которые оказывали большую помощь в процессе сбора, обработки и интерпретации геолого-геофизической информации. Автор также выражает глубокую благодарность за консультации и критические замечания В.А. Абрамову, Е.П. Леликову и В.М. Никифорову. Положительному завершению работы автор обязан творческим и деловым контактам и просто дружескому отношению большого числа геофизиков, геологов и других специалистов.
Похожие диссертации на Структурно-плотностная трансформация земной коры в зоне сочленения Центральной котловины Японского моря с континентом
