Геофизика и глубинное строение

 

УДК550.834(268.53)      

 

 

Глубинное строение района дельты Лены по сейсмологическим данным

Г. П. АВЕТИСОВ.  Ю. Б. ГУСЕВА (НПО «Севморгеология»)

В районе дельты Лены происходит сочленение трех крупнейших тектонических структур широкого возрастного диапазона: древней Сибирской платформы, мезозоид Северо-Востока СССР и наложенной эпимезозойской Лаптевской плиты. Уникальность этой области еще и в том, что Лаптевская плита расположена в зоне замыкания спредингового Евразийского суббассейна Северного Ледовитого океана и находится под непосредственным воздействием развивающихся в нем современных тектонических процессов, подтверждением чему являются повышенная сейсмичность и устанавливаемая главным образом по гравитационному полю сопряженность шельфовых и спрединговых океанических структур. Совокупность указанных обстоятельств предопределяет большой интерес к исследованию этого труднодоступного и еще относительно малоизученного региона.

Геолого-геофизические исследования шельфа моря Лаптевых, включая и его юго-восточную часть, начаты в 1964 г. с постановки гравиметрических и магнитометрических съемок различного масштаба, по результатам которых построены карты аномального поля, приведено визуальное районирование и составлены структурно-тектонические схемы.

Первая количественная информация о глубинном строении юго-восточной части моря Лаптевых была получена в 1973 г. после проведения Полярной экспедицией НПО «Севморгео» исследований ГСЗ по 200-километровому субширотному профилю в северной части губы Буор-Хая [4]. Результаты этих опытно-методических работ, имевших основной задачей испытание аппаратуры «Тайга» в условиях Арктики, дали лишь первые представления о волновой картине и глубинном строении. Установлена мощность верхнего мезозойско-кайнозойского комплекса - 3-3,5 км, а к кровле кристаллического архейско-протерозойского фундамента отнесен горизонт на глубине 9­12 км с граничной скоростью 5,5 км/с. Кроме того, несмотря на сложность и слабую разрешенность волновой картины, делаются выводы о наличии грабенообразной структуры в отложениях, подстилающих мезозойско-кайнозойский чехол, а также об «утонении» верхнего слоя консолидированной коры. В центральной части профиля на глубине 30-33 км установлен раздел с граничной скоростью 7,5 км/с. отождествляемый с подошвой земной коры.  

В обрамлении Усть-Ленского прогиба можно отметить данные по окончаниям геотраверсов ГСЗ-МОВЗ Воркута - Тикси, Кета - Тикси, р. Угольная - р. Лена, выполненных в 1975-1982 гг. НПО «Спецгеофизика». На всех разрезах выделен преломляющий горизонт с граничной скоростью 6,1­6,7 км/с на глубине 4-5 км, отождествляемый с кровлей фундамента.

Планомерные исследования глубинного строения дельты Лены и ее обрамления были проведены Полярной морской геологоразведочной экспедицией НПО «Севморгеология» в 1985­1988 гг. Осуществлялись сейсмологические наблюдения с использованием аппаратурного комплекса «Черепаха». Их результаты комплексировались с работами КМПВ, что значительно повысило точность построений и геологическую привязку горизонтов.

Основным источником информации явились материалы регистрации обменных волн PS далеких землетрясений, которые дополнялись наблюдениями над близкими землетрясениями. При воспроизведении сейсмограммы трехкомпонентная запись с помощью поляризационного анализатора трансформировалась в 21-компонентную, что позволило проводить выделение обменных волн не на случайных горизонтальных составляющих, а на следящих, расположенных в плоскости нулевых смещений продольных волн. Применение поляризационного анализатора  [1] резко повысило надежность вы­деления PS и точность определения значений запаздываний их Dtps относительно родоначальной продольной волны.

Всего было отработано 400 км профильных сейсмологических наблюдений (53 пункта с шагом 7-8 км), а также 10 пунктов вне профилей (табл. 1, рис. 1). Глубины залегания границ обмена рассчитывались по известной формуле Хазегава. Скоростные характеристики верхней наиболее переменчивой 8-10-километровой толщи получены по данным КМПВ и собственным определениям «поверхностной» скорости Vo дифференциальным способом Е. Ф. Саваренского (1952); для нижней части земной коры, а также для оценки средней скорости в коре использовались материалы ГСЗ [4] и годографы близких землетрясений.

Обработка материалов далеких землетрясений велась по следующим основным направлениям: 1) выделение на основе поляризационного анализа обменных волн от границ раздела, построение временных разрезов и последующий пересчет их в глубинные; 2) расчет углов выхода продольных волн по максимально возможному количеству землетрясений, построение осредненных зависимостей, характеризующих поведение этого параметра для фиксированных эпицентральных расстояний вдоль профилей наблюдений, выявление в пределах профилей зон, различающихся по значениям угла выхода, расчет для этих зон значений «поверхностной» скорости Vo; 3) расчет азимутов подхода волн, сравнивание их с истинными и выявление тем самым участков с возможными азимутальными аномалиями.

Зоны тектонических нарушений устанавливались главным образом на основе кинематических структурно-волновых признаков: резкий перепад значений Dtps и глубин залегания границ раздела, изменение плотности распределения площадок обмена, рассеивание их по вертикали. Кроме того, учитывалось изменение значений углов выхода и наличие азимутальных аномалий.

Исследованный сейсмологическими наблюдениями район расположен в зоне сочленения южной части Лаптевской окраинно-материковой плиты с северной частью позднекиммерийской Верхояно-Колымской системы. Узкой западной ветвью этой системы (Быковским антиклинорием) Лаптевская плита отделена от краевых структур Сибирской платформы. Крупнейшие структурные элементы южной части Лаптевской плит - Усть-Ленский прогиб, Трофимовская и Шелонская структурные террасы и Лено-Таймырская зона пограничных поднятий (см. рис. 1). До проведения указанных исследований западный борт южной части Усть­Ленского прогиба по гравиметрическим данным ограничивался по восточному краю дельты [3]. Однако уже первые данные МОВЗ и КМПВ о мощности мезозойско-кайнозойского комплекса позволили предположительно включить в пределы прогиба восточную часть дельты [5]. В настоящее время по совокупности сейсмических и сейсмологических данных, согласно которым мощность этого комплекса в восточной части дельты достигает 3­4 км, можно считать установленным, что западный борт южной части Усть­Ленского прогиба в районе дельты Лены проходит по разломам, приуроченным к Лено-Таймырской зоне поднятий.

 

 

Таким образом, с учетом уточненных границ прогиба, в его пределах (западное крыло) расположены профиль V-C-88, пункты 5-13 и 17-20 профилей 1-C-85 и II-C-85 соответственно и пункт 2 1987 г. (о-в Муостах). За пределами прогиба находятся юго-западные окончания профилей I-C-85 и II-C-85, профили III-C-86 и IV-C-87, пункты 1 и 3 1987 г. и 11-14 1988 г. (см. рис. 1, 2, 3, 4).

В пределах западного крыла прогиба в разрезе земной коры, включая и ее подошву, прослежены четыре опорных горизонта (см. рис. 2, 3, 4). Верхние две границы обмена отождествляются с разделами II и III, установленными в прогибе по данным КМПВ. Следует отметить, что северная часть профиля V-C-88 (пункты 1-4) пространственно совпадает с расстановкой профиля КМПВ, кроме того, имеются пересечения в районе пунктов 5 и 9. При близких значениях глубин залегания Н указанных горизонтов, полученных по данным МОВЗ и КМПВ (DН 200-400 м - раздел II и 600­700 м - раздел III), знаки DН постоянны: НМОВЗКМПВ<О (раздел II) и >0 (раздел III). Причина систематического характера невязки заключается, по-видимому, в том, что указанные разделы представляют собой переходные слои, по-разному проявляющиеся в поле обменных и преломленных волн, имеющих существенно отличные частотные характеристики.

        Разделы II и III залегают практически согласно и отличаются в целом плавным увеличением глубины залегания на север и восток, т. е. в сторону оси прогиба, от 1-2 до 3-4 км и от 5-6 до 7-9 км соответственно. В отдельных случаях выше раздела II намечается граница обмена на глубинах 0,5-1,5 км. Большие углы выхода сейсмической радиации (>700) свидетельствуют о низкоскоростном характере верхней части разреза прогиба (Vo=3 км/с).

        Ниже по разрезу прослеживается граница обмена на глубинах 13-16 км. Максимальные глубины ее залегания также установлены ближе к осевой части прогиба, однако в отличие от вышележащих горизонтов увеличение глубины не плавное, а скачкообразное с разнознаковыми смещениями ампли­тудой до 2,5 км. В отдельных случаях отмечается повышенное рассеивание площадок обмена по вертикали, особенно на участках, прилегающих к зоне сочленения прогиба со структурами обрамления. Глубинность разреза КМПВ в восточной части дельты огра­ничивается разделом III, однако имеющиеся сейсмические данные по профилям на акватории в пределах Усть­Ленского прогиба позволяют уверенно отождествлять указанную границу обмена с преломляющим горизонтом IV.

        Раздел М с разной степенью надежности прослеживается в пределах прогиба на глубинах 26-29 км. На отдельных участках спокойный рельеф его нарушается смещениями с амплитудой до 3 км. Ухудшение прослеживания раздела М наблюдается при приближении к западному борту прогиба. На некоторых участках профиля, помимо указанных опорных границ по отдельным площадкам обмена, намечаются разделы на глубинах 20-22 км и ниже подошвы земной коры, на 37­38 км. Поле силы тяжести в пределах западного крыла прогиба слабо дифференцировано и определяется, скорее всего, рельефом разделов II и III.

        Как указывалось выше, по совокупности данных КМПВ и МОВЗ верхняя граница (раздел II) в пределах Усть­Ленского прогиба стратифицируется как подошва мезозойско-кайнозойского комплекса Лаптевской плиты и характеризуется пластовой скоростью Vпл 3-3,2 км/с (по сейсмологическим данным Vo~3 км/с).

Комплексы между разделами II-III и III-IV по скоростным параметрам отождествляются с терригенными среднепалеозойскими - нижнемезозойскими и терригенно-карбонатными верхне­протерозойскими - среднепалеозойскими отложениями. Мощность их соответственно 4-5 и 6-10 км, причем мощность нижнего устанавливается только по сейсмологическим данным. Раздел IV с Vг 6,4-6,6 км/с (по данным КМПВ в акваториальной части прогиба) отождествляется с кровлей кристаллического докембрийского фундамента, аналогичного слабометаморфизованному карельскому фундаменту Оленекского поднятия Сибирской платформы.

      Дополнительная независимая информация о глубинном строении Усть­Ленского прогиба и его непосредственного обрамления получена по материалам близких землетрясений. Широкий диапазон азимутов подхода сейсмических волн позволяет приравнять кажущиеся скорости, полученные по сводным годографам первых вступлений, к граничным скоростям.

      По годографу первых вступлений землетрясений с глубинами гипоцентров 4-9 км устанавливаются преломляющие горизонты с Vг 5,7 и 7,2 км/с на глубинах соответственно 8 и 18 км. Выделяемый по данным КМПВ горизонт IV с Vг 6,4-6,6 км/с на глубинах 13-16 км выпадает. По годографу первых вступлений зем.1етрясениЙ с глубинами гипоцентроа 15-28 км вы­деляется преломляющий горизонт с Vг 7,5 км/с на глубине 28 км. Существование границы раздела на этой глубине подтверждается и результатами количественной обработки годографа отраженных волн, регистрируемых во вторых вступлениях. На записях землетрясений с глубинами гипоцентров 35 км уверенно прослеживаются во вторых вступлениях интенсивные отраженные волны, свидетельствующие о наличии резкой отражающей границы М1 на больших глубинах, но не более 55 км, т. к. указанные волны отсутствуют на записи землетрясения с глубиной гипоцентра 55 км.

     Обобщенные сейсмологические и частично сейсмические данные о глубинном строении Усть-Ленского прогиба представлены в табл. 2. Переход от прогиба к его западному обрамлению (см. рис. 2, 3) надежно устанавливается по ухудшению прослеживания горизонтов в верхней части разреза и резкому уменьшению углов выхода сейсмической радиации (55-70°), свидетельствующим о близповерхностном залегании высокоскоростных отложений (Vo=4,5 км/с), которые в пределах прогиба перекрыты низко скоростной более молодой толщей. Подъему внутрикоровых горизонтов соответствует некоторое погружение раздела М (28­29 км). Непосредственно в зоне сочленения прогиба со структурами обрамления (пункты 3, 4 профиля I-C-85 и 16 профиля II-C-85) отмечается аномалия азимутов подхода продольных сейсмических волн.

 

     Проведенный анализ позволил выявить существование здесь высокоскоростного узкого (9-10 км) и вытянутого блока земной коры, имеющего простирание 140-150°. Это подтверждается установлением здесь хаотического распределения площадок обмена по вертикали практически в пределах всей мощности земной коры, что характерно для сложнодислоцированных толщ с возможными включениями интрузивных тел. Поскольку повышенное рассеивание площадок обмена отмечается и ниже раздела М, следует предполагать мантийную природу образования указанной аномальной области. Здесь же фиксируется и резкое увеличение значений поля силы тяжести (Усть-Ленский гравитационный максимум). Установленное по сейсмологическим данным приближение к поверхности высокоскоростных отложений подтверждается геологическими материалами: в районе западного замыкания Быковского антиклинория (см. рис. 2) верхняя часть разреза сложена среднепалеозойскими терригенными отложениями (1 КМ), залегающими на терригенно-карбонатной толще рифея - среднего палеозоя.

      Главная особенность разреза Трофимовской структурной террасы (см. рис. 3) - близкое к моноклинальному воздымание всех границ раздела в север-северо-восточном направлении. Удаленность профиля III-C-86 от других участков сейсмических работ делает неоднозначной сейсмическую и геологическую привязку границ обмена, поэтому сходная с другими профилями цифровая индексация горизонтов в данном случае не означает их полной геологической тождественности. Достаточно уверенным представляется лишь утверждение о том, что горизонт II здесь, как и на других профилях, соответствует подошве мезозойско-кайнозойского чехла. Мощность земной коры 30-36 км. Кристаллический фундамент, с которым можно с равной степенью определенности отождествить горизонт IV или следующий ниже по разрезу, в северо-восточной части профиля воздымается до 3­4 км. Постепенное приближение к земной поверхности и выход на нее более древних отложений подтверждается последовательным увеличением Vo от 4,3 до 5 и 5,3 км/с, а также ростом интенсивности поля силы тяжести, которое достигает максимальных значений на северо-восточном окончании профиля (Дунайский максимум). Здесь же отмечается резкое ухудшение прослеживаемости раздела М. Устанавливаемая по совокупности признаков зона транскорового разлома в районе пунктов 3, 4 соответствует, возможно, границе между Трофимовской террасой и южным замыканием Южно-Лаптевского прогиба.

 

       На юго-восточном обрамлении Усть­Ленского прогиба (см. рис. 4) в верхней части разреза прослеживаются две опорные границы обмена. Непосредственная близость профиля МОВЗ к участкам работ КМПВ позволяет уверенно отождествить их с преломляющими горизонтами III и IV. Раздел II намечается лишь в центральной и юго-западной частях профиля. Устанавливается согласное залегание границ раздела в верхней части разреза с максимальными глубинами залегания в районе пунктов 11-13. Этому же участку соответствуют наиболее пониженные значения Vo - 3,1 км/с (3,4­3,5 км/с на краях профиля) и в целом спокойное поле силы тяжести. Привлечение данных КМПВ разных лет, скоррелированных как между собой, так и с геологическими материалами по побережью, позволяет провести следующую геологическую привязку выделенных комплексов: нерасчлененный терригенный мезозойский или слаборасчлененный мезозойско-кайнозойский мощностью 3-5 км - выше раздела III; терригенный верхне-средне­палеозойский мощностью 4-6 км ­ разделы III-IV; терригенно-карбонатный верхнепротерозойский - среднепалеозойский - ниже раздела IV.

     В разрезе всей нижележащей толщи вплоть до раздела М, залегающего на глубине 30-31 км, наблюдается значительное рассеивание площадок обмена по вертикали и латерали, лишь на некоторых участках намечается раздел на глубине 18-20 км. Ниже раздела М фрагментарно прослеживается граница обмена на уровне 39­40 км.

      Таким образом, как и следовало, ожидать, в пределах структур обрамления Усть-Ленского прогиба гипсометрическое положение границ раздела значительно более разнообразно (табл. 3). Отмечаются приближение к земной поверхности и выход на нее разделов II и III, резкое уменьшение до 1-2 км глубины залегания раздела IV. Глубина разделов К1 и К2 в нижней части коры заметно изменяется даже в пределах одного профиля от 11 до 18 и от 15 до 28 км соответственно.

      Обобщая всю полученную информацию, можно сделать следующие выводы.

    1. Сейсмологические наблюдения над далекими и близкими землетрясениями в совокупности с данными КМПВ позволили уточнить в южной части шельфа моря Лаптевых границы Усть­Ленского прогиба: западный его борт проходит не вдоль восточного края дельты Лены, а в пределах ее, по разломам зоны Лено- Таймырских поднятий. Устанавливается асимметричность поперечного сечения прогиба, проявляющаяся в более контрастном характере западного его борта по сравнению с восточным. Это связано, по-видимому, с особенностями древней структуры литосферы, определяющей характер наложенной структуры прогиба, а также с направленностью современных тектонических процессов.

    2. Мощность мезозойско-кайнозойских терригенных отложений в осевой части прогиба достигает 4-5, в районе западного борта - 2-3 км.

    3. С учетом того, что в исследованной части Усть-Ленского прогиба (за исключением, по-видимому, пункта 2 на о-ве Муостах) все отложения выше раздела IV находятся в чехольном залегании, мощность верхнего слоя консолидированной части земной коры (IV-K) с Vг 6,4-6,6 км/с в западном крыле прогиба не превышает 7-8 км, а в близосевой и осевой частях - 2­3 км.

    4. Мощность земной коры в прогибе (26-28 км) несколько меньше, чем в структурах обрамления, что позволяет говорить о существовании валообразного поднятия по разделу М. Поперечное сечение этого поднятия асимметрично: в западном обрамлении погружение раздела М больше (28-36 км), чем в восточном (29-31 км). Скорость продольных сейсмических волн по кровле нижней мантии понижена ­7,5 км/с .

    5. Ниже раздела М на глубинах не более 50 км установлен раздел M1, геологическая природа которого предположительно может быть связана с переходом от разуплотненной к нормальной мантии. Наличие «подушки» разуплотненной мантии известно в Рейнской (мощность до 15 км) и Байкальской (мощность не менее 10 км) рифтовых зонах. В прилегающих к Лаптевской плите областях Сибирской платформы кровля нормальной мантии с Vг 8-8,1 км/с залегает на уровне 40-42 км.

     Полученные сведения о параметрах разреза земной коры Усть-Ленского прогиба позволяют говорить о наличии совокупности признаков того, что прогиб развивается или развивался до геологически недавнего времени как рифтовая структура. Имеющиеся данные о механизме напряжений в очагах землетрясений Усть-Ленского прогиба, а также информация о смене 1-3 млн лет тому назад [2, 6 и др.] режима растяжения на режим сжатия в Момском грабене свидетельствуют в пользу второго предположения, тем не менее факт длительного (по-видимому, с конца мезозоя) рифтогенного развития Усть-Ленского прогиба можно считать доказанным. Указанное обстоятельство в совокупности с данными о значительной мощности осадочных отложений в прогибе позволяет сделать вывод о существовании здесь благоприятных условий для нефтегазообразования и нефтегазонакопления и считать Усть-Ленский прогиб перспективным для поисков залежей углеводородов.

     В методическом аспекте проведенные работы подтвердили высокую геологическую эффективность комплексирования экологически чистых сейсмологических наблюдений и сейсмических работ с искусственными источниками возбуждения.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.     1. Гальперин Е. И. Поляризационный метод сейсмических исследований. - М.: Недра, 1977.

 2. Геодинамика сейсмического пояса Черского / Л. М. Парфенов, Б. М. Козьмин, О. В. Гриненко и др. / /Вулканология и сейсмология. 1988. № 1, С. 75-89.

3.    3. Геологическое строение СССР и закономерности размещения полезных ископаемых. Моря Советской Арктики /Под ред. И. С. Грамберга, Ю. Е. Погребицкого. - Л.: Недра, 1984. Т. 9.

4. 4. Коган. А. Л. Постановка сейсмических работ методом КМПВ-ГСЗ с морского льда на шельфе арктических морей (опыт работ в. море Лаптевых) //Геофизические методы разведки в Арктике. 1974. Вып. 9, с. 33-38.

5.  5. Особенности строения юго-восточной части Усть-Ленского рифтогенного прогиба в море Лаптевых /В. А. Виноградов, Г. П. Аветисов, В. В. Буценко, Ю. Б. Гусева //Геолого-геофизические исследования в Мировом океане Л., 1987. С. 65-71.

6.  Савостин. Л. А., Драчев С. С. Кайнозйское сжатие в районе Новосибирских островов и его связь с раскрытием Евразийского бассейна/ /Океанология. 1988. Т. 28. Вып. 5. С. 775-782.

 

Принята редколлегией 24 сентября 1990 г. 

Вернуться на главную страничку