Чтение онлайн

Аэрогеофизические исследования

Ведущим методом аэрогеофизических исследований 2007 г. масштаба 1:1 000 000 являлась аэромагнитная съемка. Измерения проводились на самолете ИЛ-18Д, дооборудованном шестиметровым хвостовым коком, в котором были размещены датчики магнитометрической системы. Гравиметрические наблюдения проводились попутно и в методическом отношении были подчиненным аэромагнитной съемке.

Плановая привязка аэрогеофизических работы обеспечивались системой спутникового глобального позиционирования (GPS) Navstar и Glonass и соответствующим программным обеспечением. СКП привязки по высоте по всем вылетам не превысила ±2 м.

Аэрогеофизические наблюдения проводились по прямолинейным профилям субмеридионального простирания, удаленным друг от друга на 10 км (рис. 5). Секущие маршруты располагались ортогонально рядовым.

Рис. 5. Схема маршрутов аэрогеофизической съемки «Арктика-2007»

Аэромагнитная съемка выполнялась комплектом аппаратуры, включающим магнитометр МЧБ-1 и измеритель ИМ-4 и преобразователь частота-код (ПЧК). Использовались две регистрационные системы на случай возможного сбоя в работе. Датчики МЧБ-1 располагались в хвостовом коке самолета ИЛ-18Д.

Измерения в воздухе сопровождались синхронными магнитовариационными наблюдениями на трех МВС, расположенных на окраине г. Тикси.

Аэрогравиметрическая съемка выполнялась с гравиметром «Чекан – АМ» на инерциальной платформе маятникового типа. Этот гравиметр разработан и изготовлен ФГУП ЦНИИ «Электроприбор». Необходимые поправки: Этвеша, за вертикальные ускорения и высоту полёта – вычислялись по данным спутниковой навигации.

Сейсмические данные МОВ, ГСЗ и МПВ

Обработка данных МОВ, ГСЗ и МПВ, включая визуализацию и корреляцию волн, выполнена системой ProMAX 2D, версия 1998.1.

По результатам обработки данных МОВ, представляющих собой точечные зондирования (6-каналов на короткой базе) через 5–6 км по профилю ГСЗ, был получен временной разрез осадочного чехла по профилю длиной ~450 км. Вследствие значительных интервалов между точечными зондированиями, коэффициент фазовой корреляции отраженных волн на разрезе МОВ является относительно низким. В связи с этим, при интерпретации отражающих горизонтов использовался принцип групповой корреляции, который основан на выделении волновых пакетов с повышенной интенсивностью. В результате, в разрезе осадочного чехла было выделено региональное несогласие, подстилающее нелитифицированные отложения. Акустический фундамент выделить не удалось из-за высокого уровня кратных волн.

В итоге данные МОВ позволили описать рельеф дна вдоль линии профиля и включить выделенную границу в модель коры по профилю ГСЗ для последующей кинематической интерпретации.

Скоростной анализ полученных данных ГСЗ проводился путем редуцирования записей: тестировались скорости рефрагированных волн редукции от поверхности акустического фундамента (4.2 км/с) до 8.0 км/с от поверхности мантии.

Кроме первых волн, анализировалось волновое поле последующих вступлений. Осадочная толща наиболее детально изучена на профиле МПВ.

На сейсмической записи в осадочной толще выделяются три комплекса с кажущимися скоростями (сверху – вниз): 2.0–2.5 км/с (верхний осадочный комплекс), 3.2–3.5 км/с (средний осадочный комплекс) и 4.0–4.4 км/с – нижний.

Методом лучевой сейсмической томографии XTomo 1.0 по данным ГСЗ и МПВ были получены модели (разрезы) распределения скоростей в среде в виде скоростной матрицы. Геометрия скоростной модели корректировалась путем решения прямой задачи при условии получения минимальных расхождений между вычисленными и экспериментальными годографами.

Система сейсмической томографии XTomo 1.0, разработанная в 2003 г. (www.xgeo.ru), позволяет кинематически моделировать распространение рефрагированных, головных и отраженных волн в слоистой среде, а также находить геометрию модели и оптимальное распределение скорости посредством томографической инверсии.

Подбор слоисто-слабоградиентного разреза в качестве начальной модели земной коры осуществлялся с помощью модуля решения прямых задач системы XTomo. Далее, скорректированная скоростная модель использовалась при решении обратной задачи (собственно томографическое решение).

В результате была подобрана слоисто-градиентная модель со следующими скоростными параметрами: 2.0–2.4 км/c и 3.0–3.5 км/c в верхнем и среднем слоях осадочных отложений соответственно; 4.2–4.4 км/c в комплексе консолидированных осадков (акустического фундамента или нижнего/промежуточного комплекса осадочной толщи); 6.0–6.2 км/c в верхнем слое кристаллической коры; 6.8–7.1 км/c в нижнем слое кристаллической коры; 7.9–8.1 км/c в верхней мантии.

Скоростные модели земной коры, вычисленные из томографической модели по профилям МПВ и ГСЗ, показаны на рис. 6 и представлены полем скоростных изолиний со значениями вычисленных скоростей в узлах решетки.

Рис. 6. Скоростные модели земной коры по профилям ГСЗ (А) и МПВ (В)

Анализ сейсмической 2D модели вдоль профиля ГСЗ (рис. 6А) позволяет сделать следующие выводы:

Граничная скорость по поверхности верхней мантии в пересеченной лучами мантийных рефракторов области изменяется в пределах 7.9–8.2 км/с.

Южная часть профиля пересекла периферию шельфовой области. Мощность осадков (скорости 1.8–4.7 км/с) в пересеченной профилем части шельфа изменяется в северном направлении от 12 км до 10 км, а общая мощность коры составляет 26–28 км, при этом мощность верхнего кристаллического слоя коры (скорости 6.0–6.2 км/с) редуцирована до 2–3 км, в то время как нижний слой кристаллической коры имеет мощность 10–12 км.

Остальная (средняя и северная) часть профиля, выйдя за пределы зоны сочленения хребта Ломоносова с шельфом, прошла вдоль глубоководного гребня хребта. Мощность осадочных отложений (скорости 1.7–4.7 км/с) здесь практически постоянна и составляет от 3 до 5 км; общая мощность коры ундулирует в пределах 20–25 км при вариациях мощности верхней коры от 6 до 12 км (скорости 6.0–6.2 км/с) и нижней – от 2 до 9 км (скорости 6.8–6.9 км/с).

Таким образом, по результатам кинематической интерпретации данных ГСЗ зона сочленения хребта Ломоносова с шельфом характеризуется типично континентальным строением земной коры. При этом верхний слой кристаллической коры (скорости 6.0–6.2 км/с) прослеживается через зону сочленения без разрывов, а его мощность разрастается местами до 12 км за пределами зоны сочленения – в глубоководной части хребта Ломоносова.

Анализ сейсмической 2D модели по секущему профилю МПВ позволил выявить структуру осадочного слоя и верхнего кристаллического слоя коры на прилегающем шельфе (рис. 6В):

Слой осадков с общей максимальной мощностью до 6.5 км подразделяется на три комплекса со следующими интервальными скоростями (сверху – вниз): 2.1–2.5 км/с (рыхлые осадки); 2.7–3.5 км/с (литифицированные осадки); 4.1–4.5 км/с (консолидированные осадки или акустический/промежуточный фундамент); при этом на нижний комплекс приходится более половины мощности осадочного слоя. Граничная скорость по поверхности нижней коры в пересеченной лучами области изменяется в пределах 6.5–6.8 км/с. Верхний слой кристаллической коры, разрастаясь до максимальной мощности в 10 км, характеризуется скоростями в диапазоне 6.0–6.2 км/с.