Разработка пространственной структурно-динамической модели взаимодействия приповерхностных геологических форм и геофизических процессов с глубинными неоднородностями земной коры и верхней мантии центральной и арктической частей Кольского полуострова

 

 

   В течение первого года реализации проекта развернута сеть из девяти широкополосных сейсмических станций, установленных в трех основных мегаблоках, слагающих Кольский полуостров. Пять станций установлены в непосредственной близости от крупных апатит-нефелиновых (станции APA и LVZ), бадделеитовых (станции VRF и KOVD) и мультиметальных (станция NIK) месторождений. Кроме того, конфигурация вновь созданной сейсмической сети позволяет провести оценки глубинного скоростного строения и параметра затухания сейсмических волн центральной и Арктической частей Кольского полуострова, а также уточнить положение сейсмогенерирующих структур. По данным постоянных станций “Апатиты” (APA) и “Ловозеро” (LVZ), на основе анализа записей сейсмических волн с 2000 года впервые были получены глубинные скоростные модели поперечных волн до глубин порядка 300 км методом функций приемника. Для анализа были использованы сейсмические записи обеих станций начиная с 2000 года. Для сравнения скоростных структур Хибинского и Ловозерского массивов, данные были разделены на четыре группы – по одной, характеризующей структуры массивов и две, характеризующие структуры Балтийского щита по данным станций APAи LVZ. Структура земной коры характеризуется градиентным увеличением скоростей поперечных волн с 3.2 до 3.9 км/с для всех полученных моделей, кроме модели области Хибинского массива, скоростная структура которого демонстрирует почти стабильную Vs, близкую к 3.8–3.9 км/с. Отличительной особенностью этой модели также является зона пониженных скоростей на глубине от 5 до 11 км, где Vs уменьшается с 3.7 до 3.4 км/с. Граница Мохо для моделей, характеризующих Балтийский щит и Хибинский массив, представляет собой единый раздел на глубине порядка 40 км. В модели, относящейся к Ловозерскому массиву, граница Мохо залегает на глубине порядка 48 км. Полученные результаты, в целом, не противоречат оценкам, приведенным в предыдущем исследовании изучаемого региона методом функций приемника. Единственное существенное различие – резкость границы Мохо в районе Ловозерского массива. В полученной ранее модели указывалось, что переход кора-мантия представляет собой зону, которая начинается на глубине 40 км и имеет мощность порядка 10 км. Это несоответствие можно объяснить отсутствием в цитируемой работе SRF, стабилизирующего процедуру инверсии, и гораздо большим количеством сейсмических данных, использованных в рамках проекта. Резкая граница Мохо выявлена также для близлежащих регионов южной и северной Финляндии, а также при интерпретации профилей ГСЗ “Кварц” и МОВЗ “Толстик-Хибины” (северная оконечность профиля 1-ЕВ). По данным интерпретации этих профилей, коро-мантийный переход определен на глубинах 43 и 41 км, соответственно. При интерпретации профиля “Кварц” на разрезе указано увеличение мощности коры в районе Хибинской и Ловозерской интрузий на величину порядка 2 км, возможно, сглаживающую резкую и локализованную аномалию глубины залегания границы Мохо под Ловозерским массивом. Возможным объяснением этой аномалии может являться наличие древнего коро-мантийного канала, питавшего интрузию в процессе формирования. Еще одним подтверждением высказанной гипотезы является выявленная скоростная аномалия в верхней мантии. На модели, характеризующей Ловозерский массив, в верхней мантии выявлена аномалия скоростей на глубинах 70 – 170 км. В отличии от, согласованного по остальным моделям, единого слоя пониженных скоростей в диапазоне глубин 90 – 140 км, в модели присутствуют два характерных слоя пониженных скоростей на глубинах 70 – 110 и 140 – 170 км. Возможно, эта особенность также является артефактом восходящей разогретой плюмовой струи, прорвавшей единый слой пониженных скоростей в верхней мантии. Все приведенные новые результаты свидетельствуют в пользу отнесения происхождения Ловозерского массива к древним плюмовым процессам. Такое объяснение происхождения изучаемых структур высказывается и по геохимическим данным.       

   Данные станций “Териберка” (TER), расположенной в Мурманском блоке, и станции “Ковда” (KVDA), расположенной в Беломорском блоке, были использованы для получения первых предварительных скоростных моделей на основе метода PRF. Мурманский блок характеризуется градиентным повышением скорости поперечных волн в коре с 3.2 до 4.1 км/с. На глубине порядка 11 км выявлен скачек скоростей связанный, вероятно, с границей перехода от верхней к нижней коре. Граница Мохо определена единым разделом на глубине 35 км со скачком скоростей с 4 до 4.3 км/с. Наиболее яркой особенностью верхней мантии является слой относительно пониженных скоростей на глубинах порядка 70 – 140 км. Скоростной разрез Беломорского блока несколько отличается от модели Мурманского блока. Скорости в коре находятся в диапазоне 3.3 – 3.9 км/с. Граница перехода верхняя-нижняя кора выявляется более явно на глубине порядка 14 км. Общая мощность коры составляет 33 км. Коро-мантийный переход характеризуется скачкообразным увеличением скоростей Vs с 3.9 до 4.2 км/с. В верхней мантии, также как для Мурманского блока, выявляется слой пониженных скоростей на глубинах 70 – 130 км с наибольшим падением скоростей на глубинах 100 – 130 км до скоростей 4.35 км/с.

   Cкоростное строение коры различных блоков Кольского региона, несмотря на кажущее сходство, заметно различается. Так, наибольшую мощность, в среднем, имеет кора Кольского блока (40 км). Мощность коры Мурманского блока несколько больше, чем определено для Беломорского блока (35 и 33 км соответственно). Особое внимание следует уделить, впервые выявленному для всего Кольского региона, слою пониженных скоростей в верхней мантии. Его подошва на всех моделях находится на глубине 130-140 км, а кровля изменяется от 70 км для Мурманского и Беломорского блоков, до 90 км для Центрально Кольского блока. Выявленный слой является “средне литосферной неоднородностью” или MLD. Для западной части Балтийского щита он обнаружен на глубинах 90 – 130 км. Совокупность имеющихся сведений позволяет сделать вывод о том, что слой пониженных скоростей поперечных волн с кровлей на глубине порядка 80 км и подошвой на 140 – 150 км присутствует, по крайней мере, во всей центральной части Кольского полуострова.

   Был выполнен подбор и обработка методом спектрально-временного анализа записей поверхностных волн от 45 землетрясений (Mw>5.6, 2000–2021 гг.) на широкополосных сейсмических станциях сетей I, IU, G, GE, DK, MN, NL, PL, CH, CZ, BE. Составлена представительная выборка дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея и Лява в диапазоне периодов 10–250 с, как можно более плотно и равномерно пересекающих Кольский полуостров. Всего рассчитано 1194 дисперсионных кривых для волн Рэлея и 743 – для волн Лява. Для дальнейших расчетов полученная выборка дополнена 1555 трассами для волн Рэлея и 1265 трассами для волн Лява, полученными авторами проекта ранее в ходе исследований глубинного строения Арктики. Методом поверхностно-волновой томографии для случая сферической поверхности построены карты распределений групповых поверхностных волн (по 18 карт для каждого типа волн) и выполнены оценки их горизонтального разрешения. Полученные результаты характеризуются более высоким горизонтальным разрешением по сравнению с существующими в настоящее время глобальными и региональными моделями для исследуемой области и позволяют проследить основные особенности строения коры и верхней мантии рассматриваемой территории.

   Были выполнены комплексные U-Pb, SHRIMP геохронологические и изотопно-геохимические Nd-Sr-REE исследования для минералов (циркон, бадделеит) в породах крупнейших железорудных месторождений (BIF) Оленегорского рудного узла.

Публикации:

1. Adushkin, V.V., Goev, A.G., Sanina, I.A. et al. The Deep Velocity Structure of the Central Kola Peninsula Obtained using the Receiver Function Technique. Dokl. Earth Sc. 501, 1049–1051 (2021). https://doi.org/10.1134/S1028334X21120011

2. Goev, A.G., Sanina, I.A., Oreshin, S.I. et al. Receiver-Function Velocity Structure of the Lithosphere beneath the Khibiny and Lovozero Massifs, Northeastern Baltic ShieldIzv., Phys. Solid Earth 57, 605–613 (2021). https://doi.org/10.1134/S1069351321050062

 
 
при поддержке