Строение и история развития литосферы - Коллектив авторов

В палеопротерозое в пределах провинции формируются многочисленные мафит-ультрамафитовые интрузии (например, расслоенные перидотит-пироксенит-габброноритовые интрузии Панских и Федоровских тундр), рифтогенная Имандро-Вазрзугская структура (Пожиленко и др., 2002).

Беломорский подвижный пояс располагается между Карельским кратоном и Кольской провинцией (рис. 1 Б) и принципиально отличается от них тем, что это сложно и интенсивно складчатая структура полицикличного развития, породы которой неоднократно метаморфизованы в условиях высокого (кианитовый тип) давления как в архее, так и в протерозое (Володичев, 1990; Глебовицкий и др., 1996; Сыстра, 1978). Кольская и Беломорская провинции являются элементами Лапландско-Кольского палеопротерозойского орогена (Балаганский и др., 2006; Daly et al., 2006).

Структура Беломорского подвижного пояса – это сложный тектонический коллаж (Миллер, Милькевич, 1995), состоящий из отдельных пластин (террейнов). Существенную, а, возможно, и решающую роль в формировании структуры провинции играют неоархейские (2,72–2,7 млрд. лет) тектонические покровы (Глебовицкий и др., 1996; Миллер, Милькевич, 1995). Структура пояса была существенно усложнена палеопротерозойскими рифтогенными и коллизионными событиями (Балаганский, 2002; Володичев, 1990; Колодяжный, 2006).

Большая часть структуры сложена архейскими (2,9–2,65 млрд. лет) мигматизированными разгнейсованными гранитоидами ТТГ ассоциации, менее развиты палеопротерозойские (около 2,4 млрд. лет) гранитоиды – чарнокиты. Глубокометаморфизованные вулканогенные (среди которых велика роль базальтов, коматиитов, андезитов), осадочно-вулканогенные и осадочные образования с возрастом от 2,88 до 2,74 млрд. лет слагают серию зеленокаменных поясов, а мезоархейские метаграувакки – Чупинский парагнейсовый пояс (Слабунов, 2008 и ссылки там). Отдельно следует отметить Центрально-Беломорский зеленокаменный пояс, сложенный мезоархейским офиолитоподобным комплексом с фрагментами метаперидотитов. Фрагменты неоархейских офиолитов описаны в Северо-Карельском зеленокаменном поясе. Кроме того, в составе Беломорской провинции известны архейские (2,72 млрд. лет) коровые эклогиты, входящие в состав гридинского меланжа.

Беломорская структура содержит многочисленные, как правило, небольшие интрузии, дайки, их фрагменты палеопротерозойских габброидов (друзитов). Среди них выделяются (Степанов, 1981) комплексы: габбро-анортозитов (с возрастом около 2,45 млрд. лет), лерцолитов-габброноритов (2,4–2,38 млрд. лет), гранатовых (железистых) габбро (2,12 млрд. лет).

Рифтовая система Белого моря состоит из серии палеорифтов (Онежско-Кандалакшского, Керецко-Пинежского и др.) северо-западного простирания. Глубина залегания фундамента в пределах, например, Онежско-Кандалакшского рифта достигает 8 км (Казанин и др., 2006). Система сформировалась в условиях растяжения раннедокембрийской континентальной коры в рифее (Балуев и др., 2000; Балуев, 2009).

2. Методика и характеристика сейсмических данных

2.1. Методика сейсмических наблюдений

Для возбуждения сигналов использовалась группа пневматических источников общим объемом 2280 дюйм. куб., взрывной интервал – 50 м. Регистрация осуществлялась 360 канальной буксируемой косой с шагом между каналами 12,5 м и максимальным выносом 4647,5 м, средняя кратность перекрытия составляла 45 (Строение российской…, 2005). Данные МОВ-ОГТ обработаны в системе PROMAX. В процессе обработки на различных этапах многократно использованы процедуры деконволюции, одноканальной полосовой и многоканальной f-k фильтрации, а также процедура DMO. Выполнено суммирование по ОГТ со средней кратностью 45. По разрезу произведена миграция во временной области с использованием алгоритма Кирхгоффа (Сакулина и др., 2003). По результатам работ МОВ-ОГТ получены сейсмические временной и глубинный разрезы.

Работы МПВ-ГСЗ выполнены по обращенной системе наблюдений с расстановкой в 23 пунктах донных сейсмических станций и возбуждением упругих колебаний пневмоизлучателем, установленном на движущемся вдоль профиля корабле. Возбуждение колебаний осуществлялось пневмоисточниками большой мощности типа СИН (объемом 80 л и 120 л) при взрывном интервале (по профилю) – 250 м. Для приема сигналов использованы автономные самовсплывающие донные цифровые станции «Граница» и АДСР-М конструкции «Севморгео» с трехкомпонентной – X,Y,Z на дне водоема и гидрофоном Н на поверхности воды регистрацией. На сухопутной части профиля 3-AP регистрация сейсмических сигналов от пневмоисточника осуществлялась в 13 точках трехкомпонентными сейсмоприемниками (X,Y,Z) на цифровые станции «Дельта-Геон». Профили отработаны по достаточно плотной системе наблюдений. В морской части станции были установлены через 5–10 км, а на сухопутной части профиля через 15 км.

2.2. Характеристика сейсмических материалов МПВ-ГСЗ

Волновое поле характеризуется сильной изменчивостью вдоль профиля, что обусловлено блоковым строением разреза, где каждый блок соответствует крупной тектонической структуре. Наличие большого количества волн различной природы (преломленных, отраженных, кратных), а также появление изломов и разрывов в годографах свидетельствует о сложной слоистой структуре разреза. На сейсмических записях выделены волны, связанные с границами в осадочном чехле, фундаментом, границами внутри коры и мантией.

Анализ качества сейсмических материалов по зондированиям позволяет сделать следующие выводы:

– на сейсмических записях, полученных в Белом море, практически на всех зондированиях отмечается повышенный уровень шумов, связанный с течением;

– при наблюдениях на сухопутном продолжении профиля 3-АР устойчивая регистрация сейсмических сигналов отмечается на удалениях до 160–180 км, однако имеются записи и на больших расстояниях до 380–450 км.

Ближний к крайней точке наблюдений в море ПК 0 находился ПК 1, дальний, соответственно, ПК 13. На рисунке 2 представлен пример волнового поля записей пневмоизлучателей. На ПК 1 ввиду малого расстояния до источника (37–40 км) продольные и поперечные волны регистрируются с малым временем запаздывания (7–10 с), с удалением от берега внутрь континента возрастает разница t S-P и волны становятся более устойчивыми. С увеличением расстояния до источника и появлением интенсивной отраженной волны от границы Мохо записи становятся разрешенными, а вступления – более четкими. В отдельных случаях хорошо регистрируются P– и S-волны (рис. 2), что допускает возможность построения томографических разрезов по P– и S-волнам.

Рис. 2. Пример волнового поля при наблюдении на суше и возбуждении на море. Профиль 3-АР, зондирование 3, Х=50 км.

2.3. Обработка сейсмических материалов

Граф обработки данных МПВ-ГСЗ на опорных профилях, разработанный в «Севморгео», предусматривает различные виды обработки и интерпретации волновых полей (Сакулина и др., 2003), а именно:

– блок кинематической обработки данных метода преломленных волн (МПВ) и ГСЗ, включающий систему «Граница». В рамках этой системы выполняется считывание времен прихода всех волн и решение обратной кинематической задачи традиционными способами;

– пакет программ миграции сейсмических записей преломленных волн и построение динамических разрезов по отраженным и преломленным волнам;

– пакет программ XTomo, который осуществляет томографическую обработку. Система ХТоmo служит мощным 2D-инструментом кинематической интерпретации сейсмических данных и, в отличие от предыдущей версии Firstomo, позволяет использовать криволинейную решетку, что удобно для моделирования сейсмических пластов и горизонтов.

Рис. 3. А. Сейсмотомографический разрез по профилю «Суша-Море» (Калевала-Кемь-Горло Белого моря). Б. Сейсмотомографический разрез по профилю «Суша-Море» и сейсмоотржающие поверхности с сейсмогеологического разреза по данному профилю.

По годографам первых вступлений продольных волн построен скоростной разрез по профилю (Рис. 3 А). Эти материалы дополнены временами первых вступлений продольных волн, полученных на профиле ГСЗ Кемь-Ухта. При томографическом подходе определяются интегральные значения скоростей, реализующиеся в модели с плавным, но повсеместным изменением скорости. В качестве основы для выбора начального скоростного приближения использовались глубинные сейсмические разрезы ГСЗ, построенные вдоль этих профилей с учетом времен вступлений преломленных и отраженных волн (Глубинное строение, 2001).

2.4. Характеристика сейсмического волнового поля МОВ-ОГТ

Полученный сейсмический временной разрез МОВ ОГТ (Рис. 4 А) отражают геологическое строение котловины Белого моря. В целом характер волнового поля позволяет выделить три геолого-геофизических комплекса (ГГК) – нижний, средний и верхний.