Готланд-Рижский структурный пояс на юге Балтийского щита (по сейсмическим данным)
Павленкова Г. А.
Институт физики Земли РАН, Москва,Россия
(*****@***ru)
На южной окраине Балтийского щита в разные годы и разными странами выполнено пять почти параллельных профилей глубинных сейсмических исследований (рис.1): Fennolora [7], Coast [8], BABEL [5], «Балтийское море» [1] и Прибалтийский [4]. Из-за разной методики отработки и интерпретации данных по этим профилям и разной, часто несопоставимой формы их представления, совместный их
 |
Рис.1 Схема глубин до подошвы земной коры, границы М, и расположение сейсмических
профилей в южной части Балтийского щита.
анализ и обобщение были затруднены. Переинтерпретация данных по этим профилям по единой методике и на современном методическом уровне [2], а также применение метода миграции преломленных и закритических отраженных волн [3], позволила согласовать между собой данные по этим профилям и по-новому представить детальное строение земной коры и верхов мантии этого участка Балтийского щита.
Прибалтийский профиль. Для этого профиля потребовалась полная переобработка первичных данных. Он был отработан в 70-ые годы многоканальными станциями по методике непрерывного профилирования. Полученные на профиле волновые поля не позволили тогда однозначно определить структуру земной коры. Методика интерпретации данных ГСЗ в те годы основывалась на методе преломленных (головных) волн, но четких
записей этих волн даже от подошвы коры (границы М) не было получено. В результате были построены отдельные отражающие площадки в широком диапазоне глубин (от 30 до 50 км), среди которых трудно было выделить подошву коры.
Экспериментальные материалы по этому профилю в виде детальных годографов всех волн были переинтерпретированы на основе современных методов интерпретации
 |
Рис.2 Сейсмические разрезы по Прибалтийскому профилю (а) и по объединенному профилю Coast –Fennolora (б). Тонкими линиями показаны границы между слоями с разными сейсмическими скоростями (км/с), толстые линии соответствуют отражающим площадкам. Точками отмечен слой с пониженной скоростью.
данных ГСЗ (лучевого моделирования) и с применением новых приемов анализа волновых полей и определения природы регистрируемых волн. Это позволило проследить границу М вдоль всего профиля и построить скоростной разрез земной коры (рис.2а).
По полученному разрезу земная кора южной части Балтийского щита характеризуется рядом структурных особенностей. В верхней части коры не наблюдается каких-либо существенных горизонтальных неоднородностей, лишь на глубине около 10 км выделен слой с пониженной скоростью. Главной особенностью полученного разреза является глубокий прогиб по границе М, глубина до которой изменяется от 40 км на краях профиля до 50 км в его центре. Характерной особенностью структуры нижней части земной коры является также увеличение в области прогиба границы М мощности слоя с высокими скоростями (6.8-7.0 км/с). Это увеличение подчеркивается подъемом преломляющий границы со скоростью 6.8 км/с над этим прогибом. В самых верхах мантии выделены отражающие площадки М1 и М2, наклоненные на север, которые можно связывать с нарушениями в верхней мантии.
Профили Fennolora и Coast отработаны в разное время [7,8], но они образуют единую систему наблюдений, позволяющую построить детальный скоростной разрез, как земной коры, так и верхов мантии восточной окраины Балтийского моря (рис.1). Отличительной особенностью разреза по этому профилю является аномально высокая (8.4 км/с) скорость по границе М. Построенный методом математического моделирования разрез (рис.2 б) показал, что как и в Прибалтике, граница М погружается в центре профиля до глубины более 50 км и в этой погруженной зоне в верхах мантии наблюдается круто наклоненная на север отражающая площадка М1. Прогиб по границе М также заполнен высокоскоростными (до 7.0 км/с) образованиями.
Профиль BABEL-B был отработан методом отраженных волн (в модификации ОГТ), а выставленные на побережье сейсмические станции дали возможность дополнить разрезы ОГТ данными о скоростях в земной коре и о положении границы М [5]. Как и на предыдущих профилях, граница М погружается к центру профиля. Высокая детальность работ ОГТ по этому профилю позволила выявить ряд дополнительных особенностей земной коры в области прогиба по границе М, например, наличие глубокой грабенообразной структуры в верхах коры в северной части этого прогибы. Эта структура соответствует впадине Jotnian-Vendian, выделенной по геологическим данным в прибрежной зоне Швеции. По отраженным волнам в этой впадине, глубиной около 10-15 км, прослеживается несколько суб-горизонтальных границ. Глубже земная кора характеризуется сложным строением с чередованием «мутных» и «прозрачных» зон.
Профиль «Балтийское море» был отработан с донными станциями и с виброисточниками [1]. По полученному разрезу, как и на других профилях, границы в земной коре залегают практически горизонтально, но четко очерчивается прогиб границы М до глубины 50 км в центре профиля. Этот прогиб заполнен высокоскоростными образованиями (до 7 км/с). Детальные непрерывные записи всего волнового поля, полученные от виброисточников, позволили применить для их обработки новую методику – миграцию преломленных и закритических отраженных волн [3], которая позволяет построить по данным ГСЗ волновые разрезы, подобные разрезам ОГТ. На полученном разрезе в погруженной по границе М части выделяется несколько наклоненных на север границ. В земной коре, как и на профиле BABEL-B также выделена прозрачная зона, которая может быть связана с грабеном Jotnian-Vendian.
Таким образом, данные по всем профилям одинаково отражают особенности выделенной синформной по границе М структуры: меняется не только глубина до границы М, но и внутреннее строение земной коры. Мощность коры в центральной части этой структуры увеличивается до 50-55 км по сравнению с 40-45 км на ее ботах. Прогнутая часть структуры заполнена веществом с повышенными сейсмическими скоростями. Меняются и свойства самой границы М: на южном борту синформы она представлена четкой отражающей границей, а в прогнутой и северной частях синформы она разрушена.
Такого рода структура с еще более глубоким погружением границы М была выявлена ранее на Балтийском щите в районе южной Финляндии [9]. Изучению природы этой необычной для платформенных регионов структуры посвящено много геофизических и геологических работ, но до сих пор она остается дискуссионной. Необычность заключается в том, что прогибы Мохо чаще всего наблюдаются под горными системами, это - так называемые «корни гор», которые обеспечивают изостатическую уравновешенность земной коры. В пределах шита с практически плоским рельефом глубокие прогибы по границе М можно объяснить сохранностью «корней гор» древних орогенных систем. Изостатическая уравновешенность земной коры обеспечивается в этом случае утолщенной нижней корой, характеризующейся высокими скоростями (рис.2). Большая часть исследователей разделяет объяснение прогиба Мохо в Южной Финляндии, предложенное в работе [6], где эта структура рассматривается как коллизионная зона между Карельским древним кратоном и Свекафенским протерозойским орогеном.
Такой же природой можно объяснить и описанную выше синформную структуру, вытянутую вдоль окраины щита от острова Готланд до Рижского залива. Геодинамические процессы образования подобных структур можно описать по-разному. Но общим для них является процессы растяжения и сжатия на разных этапах геологического развития и интенсивное преобразование корового вещества. Все это отражается в структуре земной коры. Прогиб Мохо отражает существование в этой области орогена. Наличие глубокого грабена в северной части прогиба свидетельствует о рифтогенных процессах. Наклонные на север разломные зоны в верхах мантии говорят о возможных подвижках литосферы в южном направлении. Все это позволяет назвать этот пояс зоной коллизии, ограничивающей с юга Балтийский щит. Конечно, в протерозойское время все эти структурные особенности земной коры были более выраженными, и они существенно сгладились в платформенный период ее развития.
Таким образом, совместный анализ и переинтерпретация сейсмических материалов на новой методической основе позволили выявить на юге Балтийского щита протяженный структурный пояс, Готланд - Рижский, характеризующийся увеличенной мощностью земной коры и глубинными нарушениями в верхней мантии. Нарушения наклонены на север, а прогнутая по границе М часть этой структуры заполнена веществом с повышенными сейсмическими скоростями. Вдоль северной окраины прогиба в верхней части земной коры выявлен узкий грабен. Все эти особенности земной коры дают основание предположить наличие в Прибалтике вдоль южной окраины Балтийского щита древнего коллизионного пояса с направлением основных движений с севера на юг.
Литература
1. А. Донные сейсмоэксперименты. М: Наука, 19с.
2. , Земная кора южного коллизионного пояса Балтийского щита. Региональная геология и металлогения, 42, 2010. С. 34-39.
3. , , Особенности сейсмических изображений структуры земной коры по данным ОГТ и ГСЗ (на примере района Балтийского моря) Физика Земли, № 6, 2003. С.102-112.
4. Сейсмические модели литосфеpы основных геостpуктуp терpитоpии СССP (Отв. pед. Звеpев С. М., ). М: Наука, 1980, 184 стp.
5. BABEL Working Group, 1993. Deep Seismic Reflection/Refraction Interpretation of Crystal Structure along BABEL Profiles A and B in the Southern Baltic Sea // Geophys. J. Int. 1—343.
6. Korja, T., Luosto, U., and Heikkinen, P., 1993. Seismic and geoelectrical evidence for collission and extensional events in the Fennoscandian Shield – implication for Precambrian crustal evolution. Tectonophysics, 219, 129-152.
7. Guggisberg B., Kaminski W., Рrodehl C., 1991. Crustal structure of the Fennoscandian Shield, a traveltime interрretation of the long-range FENNOLORA seismic refraction рrofile. Tectonoрhysics 195, № 2/4, 105-138.
8. Lund C-E., Gorbachev R., Smirnov A., 2001. A seismic model of the Precambrian crust along the coast of the southern Sweden: the Coast Profile wide-angle airgun experiment and the southern part of FENNOLORA revisited. Tectonophysics, 339, 93-111.
9. Luosto, U., 1991. Crustal structures of Eastern Fennoscandia. Tectonophysics, 189, 19-27.
