Коллектив авторов - Строение и история развития литосферы

Система сейсмической томографии XTomo 1.0, разработанная в 2003 г. (www.xgeo.ru), позволяет кинематически моделировать распространение рефрагированных, головных и отраженных волн в слоистой среде, а также находить геометрию модели и оптимальное распределение скорости посредством томографической инверсии.

Подбор слоисто-слабоградиентного разреза в качестве начальной модели земной коры осуществлялся с помощью модуля решения прямых задач системы XTomo. Далее, скорректированная скоростная модель использовалась при решении обратной задачи (собственно томографическое решение).

В результате была подобрана слоисто-градиентная модель со следующими скоростными параметрами: 2.0–2.4 км/c и 3.0–3.5 км/c в верхнем и среднем слоях осадочных отложений соответственно; 4.2–4.4 км/c в комплексе консолидированных осадков (акустического фундамента или нижнего/промежуточного комплекса осадочной толщи); 6.0–6.2 км/c в верхнем слое кристаллической коры; 6.8–7.1 км/c в нижнем слое кристаллической коры; 7.9–8.1 км/c в верхней мантии.

Скоростные модели земной коры, вычисленные из томографической модели по профилям МПВ и ГСЗ, показаны на рис. 6 и представлены полем скоростных изолиний со значениями вычисленных скоростей в узлах решетки.

Рис. 6. Скоростные модели земной коры по профилям ГСЗ (А) и МПВ (В)

Анализ сейсмической 2D модели вдоль профиля ГСЗ (рис. 6А) позволяет сделать следующие выводы:

Граничная скорость по поверхности верхней мантии в пересеченной лучами мантийных рефракторов области изменяется в пределах 7.9–8.2 км/с.

Южная часть профиля пересекла периферию шельфовой области. Мощность осадков (скорости 1.8–4.7 км/с) в пересеченной профилем части шельфа изменяется в северном направлении от 12 км до 10 км, а общая мощность коры составляет 26–28 км, при этом мощность верхнего кристаллического слоя коры (скорости 6.0–6.2 км/с) редуцирована до 2–3 км, в то время как нижний слой кристаллической коры имеет мощность 10–12 км.

Остальная (средняя и северная) часть профиля, выйдя за пределы зоны сочленения хребта Ломоносова с шельфом, прошла вдоль глубоководного гребня хребта. Мощность осадочных отложений (скорости 1.7–4.7 км/с) здесь практически постоянна и составляет от 3 до 5 км; общая мощность коры ундулирует в пределах 20–25 км при вариациях мощности верхней коры от 6 до 12 км (скорости 6.0–6.2 км/с) и нижней – от 2 до 9 км (скорости 6.8–6.9 км/с).

Таким образом, по результатам кинематической интерпретации данных ГСЗ зона сочленения хребта Ломоносова с шельфом характеризуется типично континентальным строением земной коры. При этом верхний слой кристаллической коры (скорости 6.0–6.2 км/с) прослеживается через зону сочленения без разрывов, а его мощность разрастается местами до 12 км за пределами зоны сочленения – в глубоководной части хребта Ломоносова.

Анализ сейсмической 2D модели по секущему профилю МПВ позволил выявить структуру осадочного слоя и верхнего кристаллического слоя коры на прилегающем шельфе (рис. 6В):

Слой осадков с общей максимальной мощностью до 6.5 км подразделяется на три комплекса со следующими интервальными скоростями (сверху – вниз): 2.1–2.5 км/с (рыхлые осадки); 2.7–3.5 км/с (литифицированные осадки); 4.1–4.5 км/с (консолидированные осадки или акустический/промежуточный фундамент); при этом на нижний комплекс приходится более половины мощности осадочного слоя. Граничная скорость по поверхности нижней коры в пересеченной лучами области изменяется в пределах 6.5–6.8 км/с. Верхний слой кристаллической коры, разрастаясь до максимальной мощности в 10 км, характеризуется скоростями в диапазоне 6.0–6.2 км/с.

Дополнительно по профилям ГСЗ, МПВ была выполнена альтернативная обработка по программе SeisWide и построены глубинные мигрированные сейсмические разрезы.

В основу обработки сейсмических записей был положен принцип построения модели скоростного разреза на основе интерактивного сопоставления осей синфазности на зарегистрированных сейсмических записях с теоретическими годографами, построенными для данного скоростного разреза. При сопоставлении учитывалось не только временное расхождение зарегистрированной оси синфазности с теоретическим годографом (что, несомненно, является основным критерием), но и общий характер наблюдаемой волновой картины. В качестве исходной модели была взята слоисто-градиентная скоростная модель, полученная томографическим методом.

Основные сейсмические горизонты, приуроченные к верхней и нижней коре, прослеживаются на большей части профиля ГСЗ. На профиле МПВ, из-за ограниченной длины профиля и недостаточного удаления выносных пунктов взрыва, сейсмическая граница, соответствующая кровле нижней коры, прослеживается только в средней части профиля. Наблюдения МПВ и ГСЗ позволили достичь наибольшей кратности перекрытия (до 3) и максимальной непрерывности прослеживания двух границ – кровли верхней коры и поверхности нижней коры. Граница Мохо построена не на всех интервалах профиля ГСЗ.

Полученные по SeisWide скоростные модели использовались для построения мигрированных глубинных сейсмических разрезов. В процессе построения мигрированного разреза производилось суммирование записей на перекрывающихся участках записей.

На рис. 7 показано сопоставление альтернативных моделей земной коры по профилям ГСЗ и МПВ – результатов решения двух главных задач сейсморазведки – обратной (томография) и прямой (SeisWide). Сопоставление глубинных мигрированных разрезов с соответствующими частями скоростных моделей показывает их уверенную сходимость, что усиливает достоверность результатов примененных альтернативных методов кинематической интерпретации сейсмических данных. Главным кажущимся отличием альтернативных моделей является мощность нижней коры в центральной части профиля ГСЗ – на глубинном мигрированном разрезе она относительно утонена (рис. 7А). Но это отличие является действительно кажущимся, если учесть, что на скоростной томографической модели нижняя кора в центральной части профиля ГСЗ представлена градиентной зоной скоростных изолиний и ее толщина отображается с точностью выбранного диапазона раскраски слоев коры.

Рис. 7. Сопоставление альтернативных моделей земной коры по профилям ГСЗ (А) и МПВ (В)

Полученные модели земной коры характеризуются одной общей особенностью – существенным утонением верхней коры в южном направлении – при выходе разреза с хребта Ломоносова через континентальный склон на внутренний шельф. На рис. 8 показаны сейсмические записи, подтверждающие эту особенность модели изменениями в волновом поле.

Рис. 8. Сейсмические записи, подтверждающие утонение верхней коры в южном направлении. (ПВ 13) 1, 2, 3, 4 – годографы водной волны и волн от границ в осадочной толще, 5 – годограф волны от кровли верхней коры, 6 – годограф волны от кровли нижней коры. (ПВ 15) 1, 2, 3, 4 – годографы водной волны и волн от границ в осадочной толще, 5 – годограф волны от кровли верхней коры, 6 – годограф волны от кровли нижней коры

Аэрогеофизические данные

При аэромагнитной сьемке на самолете ИЛ-18Д диапазон изменения девиационной помехи при измерениях не превышал 10 нТл. Учет девиации заключался во введении соответствующих поправок в каждый из съемочных маршрутов.

Нормальное магнитное поле Земли рассчитывалось по международной модели IGRF с коэффициентами для мая 2007 года и высоты полета 600 м.

В связи с большой удаленностью района работ от МВС (около 900 км) учет вариаций прямым способом не проводился. Вариации учитывались косвенным способом на этапе увязки.

Увязка аэромагнитной съёмки и косвенный способ учета вариаций в районе хребта Ломоносова проводились после учета девиации и разновысотности наблюдений.

После увязки маршрутов и учета поправок за вертикальный градиент средняя квадратичная погрешность съемки составила ±2.25 нТл.

Далее новая профильная аэромагнитная информация была увязана со старыми магнитометрическими материалами, накопленными в базе данных ВНИИОкеангеология. При этом взаимоувязанные профильные данные были пересчитаны в равномерную матрицу значений АМП (грид) с размерами ячейки 2,5×2,5 км по методу минимума кривизны поверхности (Smith, 1990). Именно этот грид и послужил основой для построения карты магнитных аномалий в области исследований 2007 г., а также карты АМП всего исследуемого региона, охватывающего зоны сочленения основных поднятий Амеразийского суббассейна с континентальным шельфом морей Лаптевых и Восточно-Сибирского (рис. 9).

Рис. 9. Фрагмент сводной карты аномального магнитного поля Северного Ледовитого океана в области его сочленения с шельфом Восточно-Арктических морей.