Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Ермаков, Александр Петрович

• Ермаков, Александр Петрович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Ермаков, Александр Петрович

Список иллюстраций.

Введение.

Глава 1. Геолого-геофизические исследования в Азово-Черноморском регионе.

1.1. Эволюция взглядов на происхождение, геологическое развитие и время заложения Черноморской впадины.

1.2. Основные структуры Черноморского региона - геологическое строение и история развития.

1.2.1. Тектонические структуры обрамления Черного моря.

1.2.2. Черноморская впадина.

1.3. Нефтегазоносность Азово-Черноморского региона.

1.4. Геофизические исследования Черного моря.

1.4.1. Гравимагнитные исследования.

1.4.2. Исследования теплового потока.

1.4.3. Сейсмические исследования.

1.5. Аппаратура, методика сейсмических работ ГСЗ и методика Ht интерпретации при исследованиях на Черном море в 50 - 60-х годах.

1.5.1. Аппаратура.

1.5.2. Методика сейсмических работ.

1.5.3. Методика прежней интерпретации.

Глава 2. Метод однородных функций и программный пакет «Годограф» для интерпретации систем годографов преломленных волн.

2.1. Метод однородных функций решения обратной кинематической задачи сейсморазведки.

2.2. Описание программного пакета «Годограф».

2.3. Решение модельных задач и сопоставление с данными акустического каротажа.

2.3.1. Модель с волноводом.

2.3.2. Модель, где скоростная функция не является однородной.

2.3.3. Сопоставление данных акустического каротажа скважин и скоростного разреза, построенного методом однородных функций. 2.4. Методика интерпретации сейсмических разрезов, полученных с использованием пакета «Годограф».

Выводы к

главам 1 и 2.

Глава 3. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в # пределах Западной части Черного моря.

3.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

3.2. Выводы.

Глава 4. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Центральной части Черного моря.

4.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

4.2. Выводы.

Глава 5. Результаты геологической интерпретации сейсмических разрезов в пределах Азовского моря и северо-западной части Восточно-Черноморской впадины.

5.1. Описание сейсмогеологических разрезов.

5.2. Выводы.

Глава 6. Глубинные скоростные карты и структурные схемы поверхностей по

Черноморскому региону.

6.1. Глубинные скоростные карты-срезы.

6.2. Характеристика слоев земной коры, выделенных при геологической интерпретации сейсмических разрезов и глубинных карт-срезов.

6.3. Выводы.

Глава 7. Достоверность построения сейсмических разрезов.

7.1. Решение прямой задачи.

7.2. Сопоставление кривых изменения скорости с глубиной в точках пересечения профилей.

7.3. Использование сейсмо-плотностных моделей для подтверждения скоростных разрезов, полученных методом однородных функций.

7.4. Сопоставление результатов прежней и новой интерпретации сейсмических данных.

7.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Глубинное строение Черноморской впадины по результатам новой интерпретации сейсмических данных»

В последнее время в связи с появлением новых компьютерных технологий и методик обработки и интерпретации сейсмических данных появилась возможность извлекать значительную дополнительную информацию из данных сейсморазведки прошлых лет.

Содержанием работы является интерпретация разрезов по профилям Глубинного Сейсмического Зондирования (ГСЗ), полученных Институтом океанологии им. П.П. Ширшова при исследованиях за период с 1956 по 1965 годах в Черном море. Итогом этих исследований стала сеть профилей ГСЗ, пересекающих Черноморскую впадину в ее западной, центральной и восточной частях. Автор получил сейсмические разрезы по 17 профилям ГСЗ общей длиной более 3700 км. В качестве исходных материалов для получения сейсмических разрезов были использованы наблюденные годографы преломленных волн, опубликованные в открытых литературных источниках (Гончаров В.П. и др., 1972; Строение западной., 1972; Земная., 1975).

Исследования направлены на выяснение глубинного строения впадины Черного моря и характера сочленения коры Черного моря с его континентальным обрамлением на севере.

Актуальность проблемы

1. Черное море является одним из самых изученных внутренних морей Земли. На протяжении более ста лет на акватории Черного моря и обрамляющей ее суше проводились обширные геологические и геофизические исследования. Тем не менее, до сих пор у геологов нет единой точки зрения на происхождение, время заложения и эволюцию Черноморской котловины, ее глубинное строение и характер сочленения с корой ее континентального обрамления;

2. Актуальность исследования Черноморского региона, как самостоятельной области Альпийского тектонического пояса, кроме основной фундаментальной проблемы его формирования и динамики, определяется и практическими задачами, связанные с перспективами обнаружения месторождений нефти и газа;

3. Актуальным является возможность получения дополнительной информации о строении Азово-Черноморского региона на основе переинтерпретации на современном уровне материалов сейсморазведки без значительных материальных затрат (в том числе без проведения дополнительных полевых исследований).

Цель работы - построение трехмерной цифровой модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона на основе современной интерпретации данных сейсморазведки. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Сбор, анализ и цифровое представление сейсмических данных;

2. Изучение геологического строения региона по литературным данным;

3. Построение новых сейсмических разрезов по профилям в Азово-Черноморском регионе и их геологическая интерпретация;

4. Построение скоростных карт-срезов, их интерпретация и геологическое обобщение;

5. Сопоставление с данными других геофизических методов;

6. Исследование достоверности построенных сейсмических разрезов и карт-срезов;

7. Геологические выводы и обобщения.

Защищаемые положения

1. Построенные сейсмические и сейсмогеологические разрезы по профилям в Черном море и скоростные глубинные карты-срезы в совокупности представляют трехмерную глубинную цифровую сейсмогеологическую модель (т.е. модель, имеющую количественные характеристики) строения Земной коры и подкоровой мантии Черного моря;

2. В районе вала Андрусова существует рифтовая (палеорифтовая, палеоспрединговая) структура. Кровля мантии поднимается по оси вала Андрусова до глубин 15 -20 км. В верхах мантии Черного моря существуют аномалии пониженной скорости, которые подтверждают существование мантийных диапиров;

3. Сочленение субокеанической коры Западно-Черноморской впадины с континентальной корой Скифской плиты имеет черты характерные для зоны субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);

4. Кора и верхняя мантия Восточно-Черноморской впадины погружена под континентальную кору Кавказа в районе северного и восточного берегов Черного моря;

5. На юго-востоке Крыма и в северной части Азовского моря выделяются структуры, характерные для пассивных окраин континентов;

6. Метод однородных функций может быть использован для переинтерпретации таких относительно малодетальных материалов ГСЗ прошлых лет, какие были получены в Черном море в 50 - 60 - х годах. Научная новизна

1. Впервые в цифровом виде (в виде сеточной модели) в рамках двумерно-неоднородного представления среды получена трехмерная сейсмогеологическая модель глубинного строения Черного моря;

2. Впервые получены сейсмические разрезы, на которых отображены структуры, подтверждающие существование поддвига (возможно субдукции, палеосубдукции или псевдосубдукции) субокеанической коры и верхней мантии Западно-Черноморской впадины под континентальную кору Скифской плиты;

3. Впервые на полученных сейсмических разрезах выявлено погружение коры и верхней мантии Восточно-Черноморской впадины под кору Кавказа;

4. Впервые на полученных сейсмических разрезах на юго-восточном окончании Крыма и в северной части Азовского моря идентифицированы структуры, характерные для пассивных окраин континентов;

5. Впервые на сейсмических разрезах в Черном море получены структуры характеризующие строение подкоровой мантии до глубин 40 - 50 км, и выделены области аномально низких мантийных скоростей.

Личный вклад и практическая ценность работы

Все исследования и построения, а также геологическая интерпретация и геологические обобщения выполнены автором лично.

Практическая ценность работы заключается в получении новой информации о глубинном строении Азово-Черноморского региона без привлечения дополнительных полевых региональных исследований. Кроме того, возможно использование полученных разрезов и карт при обосновании нефтегазоносности регионов Черного моря. Также материалы данного исследования могут иметь ценность при создании моделей геологической и тектонической эволюции Крымско-Кавказского региона.

Фактический материал

В работе были использованы опубликованные в открытых источниках годографы первых вступлений по профилям ГСЗ. В качестве дополнительных материалов использовались карты рельефа дна Черного моря, магнитного и гравитационного полей, любезно предоставленные лабораторией гравиразведки геологического факультета МГУ в лице В.Р. Мелихова и И.В. Лыгина.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, ведущему научному сотруднику В.Б. Пийп за постоянное внимание и помощь при выполнении работы.

Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики МГУ: профессору М.Л. Владову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Старовойтову и Е.А. Ефимовой, кандидату физико-математических наук П.Ю. Степанову; сотрудникам лаборатории гравиразведки кафедры геофизических методов исследования земной коры МГУ профессору В.Р. Мелихову и кандидату геолого-минералогических наук И.В. Лыгину; сотруднику кафедры динамической геологии МГУ профессору А.Ф. Лимонову за консультации, ценные замечания и поддержку при выполнении работы.

Особую благодарность автор выражает своему брату Ермакову Павлу Петровичу, без постоянной поддержки которого выход этой работы был бы невозможен.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Ермаков, Александр Петрович

выводы

В зоне сочленения субокеанической коры Черного моря и коры континентального обрамления в районах Крымского п-ова, Таманского п-ова, Западного Кавказа и на северо-западе Черного моря существует зона субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции);

Глубинное строение вала Андрусова представляет собой рифтовую структуру; Зона сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры к юго-востоку от Крымского п-ова по своему строению сходна с пассивными континентальными окраинами;

В Западно-Черноморской впадине, в области сочленения субокеанической коры Черного моря и континентальной коры Горного Крыма, на юго-востоке вала Андрусова в верхней мантии существуют аномальные зоны пониженной скорости сейсмических волн (мантийные диапиры);

Сочленение континентальной коры Скифской плиты и континентальной коры Восточно-Европейской платформы имеет черты, характерные для пассивных континентальных окраин;

Метод однородных функций может применяться для переинтерпретации таких относительно малодетальных систем наблюдения прошлых лет, какие были получены при исследованиях методом ГСЗ на Черном море и дает возможность получать новые данные о строении региона.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По данным Глубинного Сейсмического Зондирования, проводившегося в Черном море в 50 - 70-х годах, были построены новые сейсмические разрезы с использованием метода однородных функций. Достоверность построенных разрезов доказана расчетом прямой задачи по ряду профилей, подбором адекватной плотностной модели, а также хорошей увязкой разрезов в точках пересечения профилей.

Сейсмические разрезы проанализированы и геологически проинтерпретированы. Установлено, что сочленение субокеанической коры Западно-Черноморской впадины с континентальной корой Скифской плиты представляет собой зону субдукции (возможно, палеосубдукции или псевдосубдукции); кора Восточно-Черноморской впадины на севере и востоке уступами пододвинута под континентальную кору Кавказа. На юго-востоке Крымского полуострова и на севере Азовского моря выделяются структуры, которые имеют черты, сходные с пассивными континентальными окраинами континентов. В пределах верхней мантии в районе вала Андрусова были обнаружены аномальные зоны пониженной скорости сейсмических волн, связанные с разогревом и разуплотнением вещества мантии и подтверждающие существование мантийных диапиров в Черном море. Строение вала Андрусова имеет черты рифтовой структуры. На основе сейсмических разрезов и их интерпретации были получены карты распределения скорости на разных глубинах, карты мощностей осадочного чехла и земной коры Черного моря, а также глубины поверхности Мохоровичича.

Сейсмические разрезы и глубинные карты-срезы в совокупности представляют собой новую трехмерную сейсмогеологическую модель глубинного строения Черноморского региона.

Проведенные исследования показали, что метод однородных функций может успешно применяться для изучения регионов, покрытые сетью ркгиональных профилей с такой относительно малодетальной системой наблюдения, как на профилях ГСЗ в Черном море.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Ермаков, Александр Петрович, 2005 год

1. Адамия Ш.А., Гамкрелидзе И.П., Закариадзе Г.С., Лордкипанидзе М.Б. Аджаро-Триалетский прогиб и проблема образования глубоководной впадины Черного моря. // Геотектоника. 1974. - №1. С. 26-33, 78-94.

2. Адамия Ш.А., Закариадзе Г.С., Лордкипанидзе М.Б. Эволюция древней активной континентальной окраины на примере Кавказа // Геотектоника. 1974. №4. С. 88-103.

3. Альбом структурных карт и карт мощностей кайнозойских отложений Черноморской впадины. Д.А. Туголесов ред. М. ГУГК. 1989. 86 с.

4. Андрусов Н.И. О состоянии бассейна Черного моря в плиоценовую эпоху // Melang. geol. et. paleontol. 1893. Vol. I. P. 165-178.

5. Андрусов Н.И. Палеогеографические карты Черноморской области в верхнеплиоценовую, плиоценовую и послетретичную эпоху. Бюлл. МОИП, отд. геол., 1926, т. 4, №3 - 4.

6. Артеменко В.И., Корсаков О.Д., Смирнова Л.Н. Детальные геотермические исследования на континентальном склоне западно-кавказского района Черного моря // Изв. АН СССР. Физика Земли. №3. 1988. С. 92-97.

7. Артюшков Е.В., Егоркин А.В. Механизм образования глубоких осадочных бассейнов. Баренцевская и Прикаспийская впадины. Шестые геофизические чтения им. В.В. Федынского 27 29 мая 2004 г. Тезисы докладов. М. 2004. С. 6.

8. Артюшков Е.В., Шлезингер А.Е., Яншин А.Л. Механизм образования глубоководных бассейнов Средиземноморского пояса. М.: Наука, 1980. - С. 10-21.

9. Артюшков Е.В., Шлезингер А.Е., Яншин А.Л. Основные типы и механизм образования структур на литосферных плитах // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1979. т. 54, вып. 2. с. 8-30; вып. 3. с. 3-13.

10. Архангельский А.Д., Страхов Н.М. Геологическое строение и история развития Черного моря. М-Л., Изв. АН СССР, 1938, с. 45, 200.