Строение и история развития литосферы - Коллектив авторов

А.И. Слабунов[152], Н.В. Шаров[153], Э.В. Исанина[154], Н.А. Крупнова[155], Ю.В. Рослов[156], Н.И. Щипцова[157]

Сейсмотомографическая модель земной коры по профилю ГСЗ – ОГТ «Суша-Море» Калевала-Кемь-горло Белого моря

Целью исследований было создание модели строения земной коры восточной части Фенноскандинавского щита на основе комплексного анализа геологических данных, вибросейсмических наблюдений МОГТ с привлечением данных ГСЗ на суше, морских комплексных сейсмических наблюдений ГСЗ, МОВ-ОГТ. Выполненные глубинные исследования ОГТ, ГСЗ и построенные сейсмотомографические разрезы по профилям: 4В; южному участку геотраверса 3-АР (Калевала-Кемь горлоБелого моря) позволили впервые в пределах восточной части Фенноскандинавского щита детально изучить земную кору под Белым морем. Выделены и прослежены на глубину зоны тектонических нарушений, доходящие до поверхности Мохо. Профиль Калевала-Кемь-Белое море пересекает восточную часть Карельской, Беломорскую, южную часть Кольской провинций щита (в том числе, зоны их сочленения) и Онежско-Кандалакшский палеорифт Белого моря. В верхней части разреза сухопутного участка профиля в зоне сочленения Беломорской и Карельской провинций выделяется Шомбозерская структура протяженностью 70 км с высокой скоростью продольных волн Vp=6,1–6,2 км/с и характеризуется положительным градиентом скорости, а в зоне сочленения Беломорской и Кольской провинций – Умбинско-Колвицкий тектонический ансамбль. Верхние части разреза земной коры Беломорской и Карельской провинций имеют пониженные значения скорости Vp=5,7–5,9 км/с. В нижней коре Беломорской и Кольской провинций отмечается увеличение скоростей Vp=7,5–7,9 км/с. Мощность земной коры региона варьирует от 35 до 46 км.

Введение

Восточная, сложенная главным образом архейскими образованиями, часть Фенноскандинавского щита (рис. 1 А) в районе Белого моря является ключевой для познания фундаментальных закономерностей эволюции литосферы от архея до наших дней. Основное внимание было уделено анализу и комплексной интерпретации результатов геофизических и геологических исследований морской и сухопутной частей региона для решения проблем соотношения разнотипных структур (провинций, мегаблоков, террейнов) земной коры древней части Фенноскандинавского щита, а также выяснение закономерностей эволюции земной коры в раннем докембрии.

Рис. 1. А. Тектоническое районирование Фенноскандинавского щита (Слабунов, 2008 и ссылки там) и расположения рис. 1. Б. Б. Схема геологического строения района Белого моря (по Слабунов, 2008 с дополнениями по: Балаганский и др., 2006; Балуев, 2006; Геологическая …, 2001; Казанник и др., 2006) и расположение сейсмических профилей «Суша – Море», 4В (Кемь-Калевала) и 3-АР (Кемь – горло Белого моря). 1 – палеозойские щелочные интрузии и ареал распространения данного комплекса; 2 – поля кимберлитов; 3, 4 – палеозойские и неопротерозойские осадочные образования: 3 – на суше, 4 – в палеорифте Белого моря; 5–10 – Палеопротерозойские образования: 5 – Умбинский гранулитовый (парагранулиты, эндербиты) комплекс; 8 – гранитогнейсы и метавулканиты Терского террейна; 7 – осадочные и вулканогенные образования Имандра-Варзугского пояса; 8 – гранитоиды (а – Топозерский комплекс метачарнокитов Беломорской провинции, б – Нуоруненского типа Карельской провинции); 9 – интрузии основного-ультраосновного состава, в том числе расслоенные (а – крупные массивы, б – вне масштаба); 10 – коровые эклогиты (а – неоархейские, б – палеопротерозойские); 11 – Колвицкий меланж (с тектоническими пластинами архейских гранитогнейсов); 12 – тектоническая смесь палеопротерозойских мафических и неоархейских гранитогнейсовых комплексов Стрельнинского террейна, 13–19 – архейские образования: 13 – гранулитовые комплексы; 14 – комплекс высокомагнезиальных диорит-гранодиоритовов (санукитоидов) (а – крупные массивы, б – мне масштаба); 15, 16 – неоархейские гранитоиды ТТГ ассоциации: 15 – Карельского кратона и Сосновского террейна, 16 – переработанные в палеопротерозое; 17 – мезо-и неоархейские зеленокаменные комплексы, 18, 19 – мезоархейские образования: 18 – парагнейсы; 19 – офиолитоиды; 20 – мезо-и неоархейские гранитоиды ТТГ ассоциации; 21 – рифты Белого моря; 22 – надвиги, 23 – разломы; 24 – предполагаемые разломы; 25 – сейсмические профили: а – «Суша-Море», б – 3-АР «Кемь-горло Белого моря», в – 4В «Кемь – Калевала»

По профилю Калевала-Кемь-горло Белого моря (рис. 1 Б) за основу приняты сейсмические материалы, полученные в 2003 году ФГУ НПП «Севморгео» и СЗФ «Невскгеология», являющиеся юго-западным окончанием геотраверса 3-АР. ФГУ НПП «Севморгео» выполнил морские работы по 400-километровому профилю ОГТ, ГСЗ, включающие возбуждение сигналов пневмоисточником и регистрацию автоматическими донными сейсмическими многокомпонентными станциями. Наблюдения на 200 километровом сухопутном участке были обеспечены СЗФ «Невскгеология». Эти материалы дополнены временами первых вступлений продольных волн, полученных под руководством И.В. Литвиненко в 1958 году на профиле ГСЗ Кемь-Ухта (Калевала) (Глубинное строение…, 2001). Главной целью исследований было создание сейсмогеологической модели строения земной коры восточной части Фенноскандинавского щита (рис. 1 А, Б) на основе комплексного анализа вибросейсмических наблюдений МОГТ с привлечением данных ГСЗ на суше и морских комплексных сейсмических наблюдений ГСЗ, МОВ-ОГТ.

1. Геологический очерк

Фенноскандинавский (Балтийский) щит – самый крупный в Европе выход на поверхность докембрийских комплексов Восточно-Европейского кратона. Его континентальная кора имеет мозаичную (блоковую, террейновую) структуру и состоит из семи провинций (рис. 1А). При этом восточная его часть сложена, главным образом, архейскими (3,5–2,5 млрд. лет), а западная – ювенильными протерозойскими образованиями. Архейские структурно-вещественные комплексы составляют большую часть Карельской, Мурманской, Беломорской, Кольской (в ее составе установлены фрагменты ювенильной палеопротерозойской коры), Норрботтен провинций (рис. 1 А). Каждая из них имеет свои особенности формирования коры в архее и ее переработки в протерозое (Daly et al., 2006; Slabunov et al., 2006). Две первые структуры рассматриваются как неоархейские кратоны, Беломорская и Кольская – как докембрийские подвижные пояса, провинция Норрботтен пока изучена слабо. Земная кора щита в восточной (древней) части расколота неопротерозойскими палеорифтами Онежско-Кандалакшской системы (Балуев и др., 2000), пронизана среднепалеозойскими интрузиями Кольской щелочной провинции и кимберлитовыми трубками (рис. 1 Б).

Карельская провинция (или неоархейский кратон) составляет ядро щита (Gaál, Gorbatschev, 1987) и сложена, главным образом, архейскими гранитоидными, зеленокаменными и парагнейсовыми комплексами, менее распространены высокометаморфизованные (гранулитовые) комплексы (Слабунов и др., 2006а, б; Slabunov et al., 2006). Первые занимают более 80 % современного эрозионного среза и формировались на всем протяжении развития коры: от 3,5 до 2,5 млрд. лет. Зеленокаменные и парагнейсовые комплексы с возрастом от 3,1 до 2,6 млрд. лет слагают, соответственно, зеленокаменные и парагнейсовые пояса.

Архейские образования кратона перекрываются слабодислоцированными палеопротерозойскими осадочными и вулканогенными образованиями, которые сохранились в ряде структур, а также секутся роями базитовых даек и расслоенными интрузиями (Слабунов и др., 2006б).

Около 2,5 млрд. лет назад Карельская провинция прошла стадию кратонизации и в протерозое реагировала на тектонические события как относительно жесткий блок.

В составе кратона выделяется несколько террейнов (Слабунов и др., 2006а и ссылки там), которые различаются возрастом и составом слагающих их пород. Рассматриваемый профиль пересекает самый молодой и восточный среди них – Центрально-Карельский, а с учетом материалов по профилю 4В – также восточную часть террейна Кианта.

Кольская провинция (рис. 1 Б) – это сложный тектонический ансамбль, сформировавшийся в палеопротерозое в связи с развитием Лапландско-Кольского орогена (Балаганский, 2002; Балаганский и др., 1998, 2006; Daly et al., 2006). Она состоит из террейнов с различным строением и предысторией (Балаганский, 2002). Профиль пересекает следующие из них: Колвицкий, Умбинский, Терский, Стрельнинский, Сосновский. Последний входит в состав Центрально-Кольского супертеррейна, в котором наиболее полно представлены архейские зеленокаменные, парагнейсовые, гранитоидные, дайковые комплексы. Он рассматривается как Кольская гранулит-зеленокаменная (Митрофанов и др., 1986) или гранит-зеленокаменная (Докембрийская…, 1992) область, а его Кольско-Норвежский террейн – как архейская гранулито-гнейсовая область (Марков и др., 1987). Беломорская провинция непосредственно граничит по системе палеопротерозойских (2,0–1,75 млрд. лет) разломов с Лапландско-Кольской коллизионной сутурой (Балаганский и др., 2006; Daly et al., 2006; Geology…, 1995), террейнами Терским, Стрельнинским (рис. 1 Б), Центрально-Кольским. Два первых состоят как из неоархейских, так и из ювенильных палеопротерозойских образований.