СВЯЗЬ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ С РАЗМЕЩЕНИЕМ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СЕЙСМИЧНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ)

Уханев Павел Петрович

студент 5 курса, факультет естественных наук и математики СВГУ,

г. Магадан

E-mail: ukh88@mail.ru

Гайдай Наталия Константиновна

научный руководитель, канд. геол.-мин. наук, зав. кафедрой физики СВГУ,

 г. Магадан

E-mail: nataly_mag@rambler.ru

В настоящее время для исследования глубинного строения Земли наиболее часто используются данные сейсморазведки, однако, сейсмических профилей на территории Северо-Востока России только два. Можно привлекать к исследованиям методы электроразведки и магниторазведки, но в силу физических процессов, лежащих в их основе, эти методы имеют глубинные ограничения. Все перечисленные геофизические методы исследования глубинного строения трудозатратны, требуют много времени и средств.

Нашей целью является демонстрация возможностей использования для проведения глубинных исследований метода интерпретации гравитационных полей — метода новой интерпретационной гравиметрии [2, 4].

Актуальность данной работы заключается в использовании нового и эффективного подхода к изучению глубинного строения Земли, при котором затрачиваются небольшие ресурсы и время, что в настоящее время очень важно для организации геологических работ, поскольку использование геофизической информации в ходе геологических региональных исследований любого вида и масштаба является на сегодняшний день обязательным. Результаты, которые получены без геофизического обеспечения, не могут считаться кондиционными.

Объектом исследования является земная кора одного из районов Магаданской области, расположенная в пределах 61⁰—62⁰ с. ш. и 147⁰—150⁰ в. д., На данной территории наблюдается повышенная концентрация рудных узлов и месторождений благородных металлов, в результате чего полученные в ходе исследования результаты представляют интерес для геологов, ведущих разведку на данной территории.

Перед нами стояла задача моделирования глубинного строения Земли с помощью метода  новой интерпретационной гравиметрии (НИГ). Детальное моделирование для данной территории проводится впервые. Кроме этого, полученные в результате построения модели результаты были использованы нами для оценки связи глубинного строения с размещением полезных ископаемых на территории, а также с распределением сейсмичности.

Использование новейших компьютерных технологий и программных разработок позволяют увеличить детальность исследований, а также представить полученные в ходе работы результаты в формате 3D.

Новизна: в данной работе впервые проведено исследование рельефов границ расслоения в земной коре одного из районов Магаданской области. Полученная информация является основой для ее дальнейшей геолого-геофизической интерпретации. 

Изучение глубинного строения Земли является очень важным фактором обогащения как материального, так и научного характера. Использование методов НИГ значительно сокращает материальные затраты для получения информации о глубинном строении.

Методы НИГ в настоящее время применяются для проведения региональных геофизических исследований, которые осуществляются совместно Северо-Восточным комплексным научно-исследовательским институтом ДВО РАН и Северо-Восточным государственным университетом.

Выбранная для моделирования глубинного строения площадь представляет на сегодняшний день интерес в связи с повышенной концентрацией на ее территории месторождений благородных металлов. Наиболее крупные месторождения: Наталкинское, Омчакское, Павлик, Ветренское, Игуменское, Школьное.. Площадь исследуемого участка составляет 22,5 тыс. км².

На данной территории имеется 2 профиля электроразведки, но информация, полученная в ходе интерпретации данных по этим профилям, ограничена как по площади, так и по глубине. Сейсмических профилей на указанной площади нет. Таким образом, интерпретация аномалий поля силы тяжести в данном случае является единственным источником информации о строении земной коры.

Для проведения процедуры интерпретации по полосам повышенных горизонтальных градиентов поля силы тяжести были выделены отдельные блоки, к которым проведены интерпретационные профили. Всего таких профилей проведено 63.

Проведена интерпретация аномалий поля силы тяжести в первом приближении с помощью альбома палеток (палеточный прием интерпретации). Вдоль каждого профиля строились графики аномалий силы тяжести ∆g в простом и логарифмическом масштабах. Графики интерпретировались в классе источников типа параллелепипедов с помощью альбома палеток. Методика построения графиков в билогарифмическом масштабе и использования палеток подробно описана в работе Ю.Я. Ващилова «Глубинные гравиметрические исследования» [3]. Для построения графиков привлекались возможности электронных таблиц. В ходе интерпретации были определены верхние (z₁) и нижние (z₂) ограничения выделенных блоков, а также горизонтальный скачок плотности (разность между средней плотностью блока и плотностью вмещающей его среды).

Определенные в ходе интерпретации глубины нижних ограничений блоков позволили выделить несколько квазигоризонтальных границ расслоения в земной коре. Строение земной коры с геофизической точки зрения нами стандартно представляется в виде трех основных слоев: осадочного, гранитного и базитового. Правда, результаты интерпретации показывают необходимость выделения в гранитном слое внутренней границы, т.к. полученные нами данные глубин нижних ограничений блоков показывают, что внутри гранитного слоя на данной территории наблюдается некая граница, на которой фиксируется резкое изменение плотности.

По результатам интерпретации первая граница расслоения в земной коре выделяется в диапазоне глубин от 3,5 до 9,7 км. Такие глубины соответствуют положению поверхности кристаллического фундамента. Вторая граница, интерпретируемая как внутренняя граница расслоения в гранитном слое, определяется в диапазоне глубин от 10,2 до 18 км. Третья поверхность определяется в диапазоне 19,5—27 км и интерпретируется как кровля базитового слоя. Граница Мохо устанавливается на глубинах от 37 до 45,5 км.

Параметры блоков, определенные на первом этапе интерпретации, позволяют построить рельеф квазигоризонтальных границ расслоения в земной коре и проанализировать особенности рельефа отдельных границ и их связь с положением рудных узлов и отдельных месторождений благородных металлов, в достаточном количестве имеющихся на исследуемой площади. Полученные результаты позволяют также проанализировать распределение землетрясений в земной коре.

Рельеф гранитного слоя, определенный методами НИГ, показан на рис. 1. Он носит довольно дифференцированный характер, отражаясь локальными подъемами и погружениями. Как видно, все поля рудных узлов располагаются в зонах изменения рельефа данного слоя, часто — очень резкого. Кроме этого следует заметить, что глубина поверхности кристаллического фундамента в зонах расположения всех рудных узлов составляет 6—8 км.

Рельеф внутренней границы расслоения в гранитном слое показан на рис. 2. Здесь также хорошо видно, что под всеми рудными узлами наблюдается изменение поведения рельефа поверхности.

Рельеф поверхности базитового слоя показан на рис. 3. И в данном случае наблюдается прежняя тенденция — под рудными узлами, как правило, наблюдается резкое изменение поведения границы расслоения в земной коре.

Граница Мохо показана на рис. 4. Практически все рудные узлы располагаются в области повышения рельефа границы Мохо, а следовательно, мощность земной коры в данных областях ниже. Этот факт, по всей вероятности, обеспечил поступление к данным территориям повышенного теплового потока.

Факт приуроченности рудных узлов к областям изменения рельефа квазигоризонтальных границ расслоения вполне объясним: подъем кровли любой поверхности приводил к появлению в вышележащих слоях зон разрывных нарушений, по которым к поверхности шел как повышенный тепловой поток, так и потоки различных флюидов, несущих материалы для образования будущих рудных тел.

Анализ связи распределения сейсмичности с глубинным строением территории, проводимый на количественной основе, является дополнительной возможностью для понимания механизма землетрясения, а также выяснения условий его возникновения. Количественные исследования в данной области в основном базируются на анализе результатов, полученных в ходе сейсмических наблюдений. Как известно, именно данные сейсмических исследований вызывают в настоящее время наибольшее доверие у специалистов-геологов. Но количество сейсмических профилей крайне ограничено. Например, на территории Северо-Востока таких профилей всего 2. Соответственно, проведение количественного анализа связи сейсмичности с глубинным строением возможно только для небольшой по площади территории, расположенной вдоль сейсмического профиля. Моделирование глубинного строения методами НИГ позволяет расширить возможность проведения исследований на количественной основе для территорий, где сейсмические профили отсутствуют.

Сейсмическая активность территории рассматривалась за период с 1968 г. по февраль 2011 г. Пространственные параметры землетрясений получены на основании каталогов Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской области» [7], разработанной В. М. Шарафутдиновым [8], первичными материалами являлись сейсмологические данные Магаданского филиала геофизической службы РАН. Всего за рассматриваемый период на данной территории зарегистрировано 249 землетрясений энергетического класса 5,2£К£14 (часть землетрясений малых энергетических классов являются промышленными взрывами, для другой части координаты эпицентров определены с большими погрешностями [1], и поэтому такие землетрясения в данной работе не рассматривались). Для 120 землетрясений имеется информация о глубине гипоцентров.

Данные о глубинном строении, полученные в ходе интерпретации аномалий поля силы тяжести, позволили провести анализ распределения землетрясений в земной коре.

Прежде всего необходимо заметить, что подавляющая часть землетрясений располагается в зонах разрывных нарушений, отмечаемых как на геологической и тектонической картах данной территории [6], так и выделяемых по полосам повышенных горизонтальных градиентов поля силы тяжести. 

Из 24 землетрясений энергетического класса К > 10, 23 расположены на глубине, не превышающей 12 км (только одно — на глубине 20 км), при этом только 4 землетрясения находятся в осадочном слое. Остальные — в гранитном слое, близко к его кровле (рис. 5).

Наибольшая амплитуда колебаний глубин наблюдается для землетрясений энергетического класса 7£К<9 (гипоцентры зафиксированы на глубинах от 2 до 33 км).

Подавляющее количество землетрясений фиксируются в зонах резкого изменения рельефов установленных квазигоризонтальных границ расслоения в земной коре. Из 41 землетрясения с глубиной гипоцентра, не превышающей 8 км 85 % расположены в зонах повышенного градиента глубины кровли кристаллического фундамента. Все 20 землетрясений с глубиной 10—15 км расположены в зонах повышенного градиента глубины внутренней границы расслоения в гранитном слое. Все землетрясения, глубина гипоцентров которых от 19 до 21 км, приурочены к резкому изменению кровли базитового слоя. При этом необходимо заметить, что каждое из них приурочено к кровле данного слоя, но расположено выше нее, т. е. находятся в пределах гранитного слоя, а не базитового. Из 17 землетрясений с установленной глубиной гипоцентра в 30—33 км 65 % находятся в зонах резкого изменения рельефа границы Мохо.

Подавляющая часть землетрясений с глубиной гипоцентра менее 21 км расположены в зонах повышенных градиентов глубины базитового слоя. Вероятно, механические подвижки данной границы выступали причиной возникновения напряжений в вышележащих слоях земной коры, которые неизбежно заканчивались разрядкой в виде землетрясения. Таким образом, полученные нами результаты полностью согласуются с известным фактом о высвобождения упругих напряжений в земной коре вдоль зон разрывных нарушений, т. е. в областях, где наблюдается скачкообразное изменение физических свойств вещества [5].

Подводя итоги, отметим, что моделирование структуры земной коры методами новой интерпретационной гравиметрии и использование возможностей современных компьютерных технологий позволяет проводить детальные исследования различных процессов и территорий на количественной основе, что ведет к получению новых знаний о физических процессах, а также дает возможность количественного подтверждения сформулированных ранее на теоретической основе выводов и закономерностей.

Список литературы

1. Важенин Б. П., Мишин С. В., Шарафутдинова Л. В. Землетрясения  Магаданской области. — Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1997. — 43 с.
2. Ващилов Ю. Я. Новая интерпретационная гравиметрия — вместо и вместе с глубинными сейсмическими исследованиями. Статья 1. Методические основы  новой интерпретационной гравиметрии// Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2005. №3. С. 2—16.
3. Ващилов Ю. Я. Глубинные гравиметрические исследования. М.: Наука, 1973. 156 с.
4. Гайдай Н. К. Новая интерпретационная гравиметрия. Понятия. Возможности. Перспективы использования // Вестник Северо-Восточного государственного университета. Спецвыпуск. — Магадан: Изд-во СВГУ, 2010. — №13. — С. 10—14.
5. Гайдай Н. К., Калинина Л. Ю. Плотность разломов, землетрясения и рельеф границ расслоения в земной коре (на примере центральной части Магаданской области)// Вулканология и сейсмология. — 2011. — № 6. — С. 71—78.
6. Геологическая карта и карта полезных ископаемых Охотско-Колымского региона. Масштаб 1:500 000. Объяснительная записка в 4-х книгах. Кн. 1. Геологическое описание. Полезные ископаемые, минерагеническое районирование и прогнозная оценка территории// Под ред. Г. М. Сосунова. Магадан: ГП «Магадангеология», 1999. 181 с.
   1. Шарафутдинов В. М. Разработка и формирование Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской Области», возможности ее применения// Геоинформатика. — 2009. — №3. — С. 52—56.
   2. Шарафутдинов В. М., Малиновский С. Б. Свидетельство о государственной регистрации Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской области» № 2011615022// Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. М., 24 июня 2011.