| 19. |
Аннотация |
Целью исследования, базирующегося на комплексном подходе, включающем методы геологии, геохимии, петрологии, геофизики и численного моделирования, является междисциплинарное изучение и характеристика явлений взаимодействия и взаимовлияния тектонических, метаморфических, магматических, термоэнергетических и различных экзогенных процессов, действующих в земной коре, литосфере и мантии Земли, и определяющих формирование их состава и внутренней структуры. Объектами исследований при таком целеполагании являются зоны взаимодействия литосферных плит, внутриплитные и окраинные подвижные пояса, кратонизированные блоки континентальной коры, а также сами процессы, действующие в их пределах:
- процессы деструкции коры, тектогенез, орогенез и посторогенные события, связанные с восстановлением гравитационного равновесия, нарушенного при тектогенезе;
- процессы метаморфизма и магматизма, формирующие новые объемы коры;
- синтектонические процессы эрозии коллизионных поднятий и перераспределения обломочного материала в поверхностных условиях, сопряженные с синхронными явлениями эксгумации глубинного вещества и увязанные в сбалансированные модели тектонической активности коры и литосферы;
- активные вертикальные движения земной коры в пределах континентальных и океанических областей, обуславливающие формирование обширных, трансструктурных поднятий и бассейновых провинций; связь этих процессов с реологией литосферы и мантии;
- мантийная конвекция, поднятие плюмов, периодичность проявления вулканических и флюидо-магматических процессов и иных тектонотермальных событий;
- явления эксгумации глубинного вещества, сопровождаемые эрозионной денудацией материала на поверхности и его переотложением во впадинах и троговых структурах;
Изучение этих процессов на основе комплекса натурных геолого-геофизических данных и результатов построения количественных эволюционных моделей, позволит с большим пониманием объяснять наблюдаемые явления и прогнозировать их последующее поведение, а также определить среди них те аспекты, что имеют перспективу практического использования.
Изучение взаимосвязей и взаимодействия основных эндогенных процессов, ответственных за формирование глубинной структуры литосферы и мантии, актуально в связи с тем, что создает основу не только для общего понимания развития и строения оболочек Земли, но и закладывает предпосылки для осмысленного и целенаправленного исследования пространственно-временных закономерностей в проявлениях сейсмической активности, вулканической деятельности, рудогенеза, нефтегазоносности.
С докембрийскими кратонами и с широко проявленными в них тектоническими, магматическими и метаморфическими процессами связаны гигантские и крупные месторождения рудных элементов. Известно, что рудоносные комплексы кратонных областей выведены на поверхность вследствие длительных, полиэтапных тектонических движений и эрозии, или же сформировались в результате гидротермальной активности в новейшее время. Выяснение закономерностей их локализации напрямую связано с адекватным пониманием глубинной структуры земной коры и литосферы, механизмов реализации тектонических движений в их генетической взаимосвязи с перераспределением вещества в этих объемах, особенностей действия эндогенных процессов в разных геодинамических обстановках прошлого и новейшего времени.
В последние годы заметное развитие получили методы обломочной цирконометриии в терригенных комплексах, дающие абсолютно новые фактические данные по возрастным рубежам их формирования, временным интервалам размыва и переотложения эродированных масс, об источниках сноса обломочного материала, общих особенностях перемещения кластики, палеогеографического положении и палеотектонической природе питающих провинций и др. Кроме того, благодаря этому появляется возможность проследить эволюцию палеогеографических обстановок на рассматриваемой территории и тестировать/уточнять имеющиеся палеотектонические и палеогеографические реконструкции. Все вместе делает этот подход весьма востребованным и актуальным благодаря новизне получаемых данных и расширению фактологической основы для тектонических и геодинамических реконструкций в пределах ранее активных, а ныне кратонизированных областей.
Все еще недооценена роль контрастных вертикальных движений как в пределах океанских акваторий, с чем тесно связана проблема границ континентального шельфа, так и на кратонизированных континентальных пространствах, составленных платформенными областями и бывшими внутриплитными подвижными поясами. Это касается как областей быстрого и устойчивого воздымания, так и глубокого прогибания и формирования обширных осадочных бассейнов. До сих пор однозначного понимания причин, источников и механизмов реализации этих процессов нет, поэтому исследования в данных направлениях являются в высшей степени актуальными, особенно в связи с тем, что бассейновые структуры, как правило, обладают высоким потенциалом углеводородных проявлений. Использование при их изучении данных сейсмического профилирования и бурения открывает новые возможности для анализа и выявления механизмов их образования.
Другой особенностью областей с высокими градиентами новейших поднятий на докембрийских кратонах или в платформенных областях является потенциальная возможность проявления землетрясений в районах, традиционно считающихся сейсмически малоактивными. Изучение следов и продуктов палеоземлетрясений в древних разломах с их высоким потенциалом современной активизации также представляет собой отдельную, пока мало разработанную, но актуальную с точки зрения задач сейсмического районирования и уточнения сейсмоопасного потенциала древних геологических структур.
Важнейшей, до конца не решенной, и вследствие этого весьма актуальной задачей геофизики является получение самосогласованной геодинамической модели современной Земли, объясняющей происхождение глобальных тектонических структур, таких как срединно-океанические хребты, континентальные рифты, вулканические провинции, коллизионные пояса, зоны субдукции, литосферные плиты. Теоретической базой для интерпретации всей массы имеющихся наблюдаемых данных является численное моделирование. При этом модели мантийной конвекции, не учитывающие наличие континентов, не могут дать практически никакой информации о возможном характере движения континентов, их объединении и разделении. Это определяет актуальность и необходимость включения континентов в модель. Кроме того, идет постоянное улучшение и дополнение самых разнообразных данных по строению и свойствам недр Земли. Новые фактические данные требуют актуализации имеющихся моделей, что, в свою очередь, дает возможность получить новые количественные и качественные результаты относительно распределения температуры и вязкости в недрах Земли, а также возникающих вследствие конвекции напряжениях и об ориентации их осей.
Изучение процессов, действующих в зонах взаимодействия литосферных плит, включая деформации и напряжения при упругом изгибе субдуцирующей плиты, актуально с точки зрения понимания процессов, вызывающих землетрясения в зонах субдукции, и важно в практическом плане для оценки сейсмической опасности.
Описание задач, предлагаемых к решению:
Проект направлен на решение ряда ключевых задач глубинной геодинамики и геофизики:
1. Изучение особенностей, отличительных и общих черт формирования геологических структур, формирующихся в контрастных режимах региональной транспрессии и транстенсии, дополненное оценками специфики проявления в обоих режимах синтектонического магматизма и метаморфизма на основе фактических данных, полученных в пределах сопряженных объемов Ладожско-Ботнического подвижного пояса и перикратонной окраины Карельского массива. Изучение процессов эксгумации глубинных комплексов, сопряженных с эрозией, их механизмов, скоростей и геодинамических обстановок с использованием методов структурной геологии, геохронологического датирования вещественных элементов из структурных парагенезов разных уровней глубинности и термохронологии минералов тяжелых фракций из разновозрастных тектонитов, а также с учетом результатов численного термомеханического моделирования. Оценка роли деформационно-метаморфических процессов в выносе, переносе, переотложении и концентрации химических и рудообразующих элементов и в контроле их локализации в тектонической структуре в виде рудосодержащих систем. Изучение структурно-вещественных преобразований пород разных составов в палеосейсмогенных разломах древних кристаллических комплексов Балтийского щита, приводящих к их ослаблению и повышению вероятности повторной активизации на современном этапе, в целях учета при районировании территорий по сейсмической опасности.
2. Решение задач оценки временных интервалов формирования и истории осадочного заполнения некоторых троговых, рифтогенных и бассейновых структур, формировавшихся на кристаллическом основании на длительных интервалах времени в режиме региональной транстенсии с помощью методов U‒Pb датирования (LA-ICP-MS) обломочных цирконов из метатерригенных комплексов докембрийского стратиграфического диапазона северо-восточной части Восточно-Европейской платформы (Балтийский щит) и ее непосредственного обрамления. Создание на новом уровне фактического обоснования палеогеодинамических и палеогеографических реконструкций для отдельных этапов докембрийской эволюции этого регионас учетом новых результатов датирования зерен детритового циркона из обломочных пород разных стратиграфических уровней и датирования по акцессорному циркону магматических и метаморфический комплексов. Разработка методики количественной оценки окатанности, как отдельных зерен детритового циркона, так и любых выборок, позволяющая их сопоставлять и ранжировать.
3. Реконструкция тектоно-магматической и метаморфической эволюции подвижных поясов и влияние структуры складчатого основания на особенности эксгумации и горообразования на новейшем этапе для осевых зон складчатых поясов. Для решения данной задачи оптимальным объектом исследований может считаться северный домен домезозойской структуры Большого Кавказа, а именно, зона Передового хребта и Бечасынская зона. В пределах избранных объектов для решения поставленной задачи будут изучены популяции детритовых цирконов из палеозойских моласс, трековые возрасты по апатиту для объектов, расположенных в пределах зоны Передового хребта и Бечасынской зоны Большого Кавказа, высокобарические комплексы зоны Передового хребта.
4. Исследования осадочных бассейнов и областей новейшего воздымания для определения закономерностей формирования крупных поднятий и погружений земной коры на континентах и их окраинах, а также на выявление связи этих движений земной коры с процессами, протекающими в литосферном слое и в нижележащей части мантии Земли. Результаты исследований будут способствовать повышению эффективности поиска крупных месторождений нефти и газа на арктическом шельфе Российской Федерации. Сопоставление строения и истории развития глубоких бассейнов на суше, таких как Западно-Сибирский бассейн с глубоководными бассейнами в Арктике значительно укрепит Российскую заявку на крупное расширение российского континентального шельфа в этой области.
Комплексный анализ и интерпретация полученного ранее в морских экспедициях геологического и геофизического материалов, включая сейсмическое профилирование, по структуре дна Индийского океана с целью выявления особенностей протекания в его акватории контрастных вертикальных движений. Индийский океан, также, как и Северный Ледовитый океан, в геологическом отношении достаточно молод, оба развивались примерно по одному сценарию, где ведущим геотектоническим фактором являлись крупноамплитудные дифференцированные опускания земной коры. Поэтому изучение Индийского океана дает серьезные научные предпосылки для обоснования аналогичных процессов, происходящих в Северном Ледовитом океане, где геополитические интересы нашей страны очевидны.
5. Учет в сферических трехмерных моделях мантии Земли (эволюционной и современной) новых геолого-геофизических факторов: данных о существенно более высоком вкладе внутренней теплогенерации в мантии по сравнению с ядром Земли; учет и введение в модель на стадии суперконтинента окружающей его кольцевой зоны субдукции; использование детализованного кусочного профиля скейлинг-фактора по глубине, применяемого при пересчете вариаций сейсмических скоростей в вариации температуры. Исследование методами математического моделирования полей температуры, вязкости и напряжений в этой постановке. Анализ и определение относительной роли различных факторов, действующих в модели, в том числе величины скачка вязкости вещества на границе верхней и нижней мантии, а также величины наклона фазовой кривой на этой границе.
6. Построение аналитических и численных моделей зон плитного взаимодействия, дающих более понятное описание процесса и геодинамических последствий субдукционных землетрясений, их механизмов реализации и вызываемых ими деформаций поверхности Земли. |