На правах рукописи Лыгин Иван Владимирович СТРУКТУРА ЗЕМНОЙ К О Р Ы ЧЕРНОГО МОРЯ по КОМПЛЕКСУ Г Е О Ф И З И Ч Е С К И Х ДАННЫХ Специальность 25.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва-2005 Работа выполнена на кафедре геофизических методов исследования земной коры гео­ логического факулыета Московского Государственного Университета им. М В. Ломоносова Научный руководитель Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор Мелихов В.Р доктор геолого-минералогических наук, Углов Б.Д доктор физико-математических наук, Буданов ВТ. Ведущая организация Институт океана чогии им П П Ширшова РАН (г Москва) Защита диссертации состоится 19 октября 2005 года в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001 64 при Московском государственном университете им М В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, ГЗ МГУ, зона «А», геологический факультет, аудитория 308. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ (ГЗ МГУ, зона «А», 6-й этаж). Автореферат разослан «7 7» сентября 2005. Ученый секретарь диссертационного совета Никулин Б.А. isW ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Диссертационная работа, несмотря на свой ограниченный объем, носит обоб­ щающий характер по широкому спектру геолого-геофизической информации, накоп­ ленной по Азово-Черноморскому региону. Содержанием работы является комплекс­ ная интерпретация этих материалов, центральным звеном которых явились потенци­ альные поля. Исследования направлены на выяснение современной тектонической структуры и геодинамики региона в пределах акватории и её берегового обрамления В качестве дополнительного результата в работе сформировался ряд гипотез палеотектонического развития региона в альпийское время. Актуальность проблемы. Черное море, как часть альпийского пояса, в течение почти двух веков является объектом научных исследований. Однако до сих пор в вы­ двинутых гипотезах идет размежевание выводов и дискутируются резко противопо­ ложные мнения, касающиеся различных аспектов тектоники, геологической эволю­ ции и даже строения осадочного чехла региона. Актуальность изучения геологиче­ ского строения Черноморского региона определяется не только связью с фундамен­ тальной проблемой формирования и динамики Альпийского тектонического пояса, но имеет прямую связь с актуальными практическими задачами нефтегазопоисковых работ. Цель работы - Построение современной комплексной геолого-геофизической модели земной коры и верхней мантии Азово-Черноморского региона, отражающей не только структурные взаимоотношения в литосфере, но и особенности ее геодина­ мики. Для достижения этой цели решались следующие прикладные методические за­ дачи: 1. сбор, электронное представление и обобщение геологической и геофизиче­ ской информации в рамках единого электронного банка данных. Отработка методики совместного использования набортных, сухопутных, спутниковых данных съемок для построения электронных вариантов карт геофизических полей Отзавитационное, маг­ нитное, рельеф); 2. исследование возможностей методов спутниковой альтиметрии в восстанов­ лении рельефа дна и гравитационного поля для геологического изучения внутренних акваторий на примере Черного моря; 3. составление (по комплексным данным всех видов съемок) электронных ва­ риантов карт гравитационного поля, магнитного поля, рельефа дна и берегового об­ рамления; 4. анализ исходных и трансформированных потенциальных полей, решение об­ ратных задач, моделирование комплексных разрезов noucLiiaaiQciBjbJM, скоростным, магнитоактивным характеристикам. Q *" МАЦивНАДЬНАж . БИБЛИОТЕКА I В число решаемых геологических задач входили: Г ЯгипПщ.'"?/ 1 ' ^а т^^-Я .; 5. изучение строения поднятия Шатского и характера его сочленения с берего­ выми структурами Западного Кавказа в пределах Туапсинского прогиба; 6. районирование консолидированной коры Черного моря по ее вещественному составу, установление и уточнение границ блоков коры в пределах акватории; 7. установление элементов современной и палео-динамики в земной коре Азово-Черноморского региона, выраженных в геофизических полях; 8. построение комплексных геолого-геофизических разрезов литосферы вдоль профилей тез в Западной, Центральной и Восточной частях Черного моря для коли­ чественного обоснования тектонической схемы региона. Защищаемые положения 1. Новые редакции геофизических полей Азово-Черноморского региона, пред­ ставленных в электронном Ьиде, масштаб 1: 1000000: а) рельеф дна Черного моря и его сухопутного обрамления, б) гравитационные эффекты водного слоя, рельефа бе­ регового обрамления, осадочной толщи, в) аномальное гравитационное поле в раз­ личных редукциях, г) аномальное магнитное поле ДТ. 2. Сейсмо-фавитационные модели литосферы вдоль профилей ГСЗ в Западной, Центральной и Восточной частях Черного моря. 3. Схема разломно-блоковой тектоники и вещественного состава кристалличе­ ского основания акватории Черного моря; 4. Результаты геологической интерпретации аномальных геофизических полей (фавитационных, магнитных, тепловых, сейсмических и сейсмологических). Среди них: - доказано существование глубинного восходящего мантийного диапира в Вос­ точной глубоководной котловине Черного моря; - выявлено существование поддвига субокеанической коры со стороны Восточ­ но-Черноморской впадины под континентальный блок Скифской плиты в районах Керченского, Таманского полуостровов и Западного Кавказа; -определены фаницы пофуженных структур обрамления Восточно- Черноморской котловины (поднятие Шатского, вал Архангельского, блок Андрусова, Понтийские блоки), имеющих субконтинентальный тип коры; - показано, что фанито-гнейсовое основание поднятия Шатского и складчатого сооружения Западного Кавказа по генезису близки и относились к единому тектони­ ческому блоку Скифской плиты; - выявлено различие скоростей поддвига земной коры вдоль Туапсинского про­ гиба; - доказано существование в континентальной коре северного и западного обрам­ ления Черного моря системы внутрикоровых излияний основного и ультраосновного состава, что подтверждает и дополняет ранее сделанные выводы украинских геофи­ зиков (В.Б. Бурьянов, В.И. Старостенко). Научная новизна 1. Получены новые результаты о погрешностях использования альтиметрических баз данных (Topex-gravity, Topex-relief, Sandwell-1, Predict-relief) для всех уров­ ней геолого-геофизических изысканий (мелко-, средне-, крупномасштабные) и указа­ ны границы применимости спутниковых гравиметрических аномалий и данных о рельефе дна в сложных морфологических условиях акватории Черного моря, обрам­ ленной горными сооружениями. 2. Создана электронная основа геофизических полей для построения новых карт по Азово-Черноморскому региону: а) рельеф дна и берегового обрамления, масштаб 1: 1000000; б) аномальное магнитное поле ДТ на акваторию и береговое обрамление, мас­ штаб 1:1 000 000; в) серии гравиметрических карт, масштабы 1: 1000000,1:200000. 3. Предложена новая модель тектонического строения и геодинамнческого со­ стояния коры Азово-Черноморского региона, представленная в геолого- геофизических разрезах и площадных схемах, согласованных по комплексу геофизи­ ческих данных. Практическая ценность. Рассчитанные оценки качества альтиметрических дан­ ных для разномасштабных построений могут быть применены при геолого- геофизических исследованиях на других акваториях внутренних и окраинных морей. Полученные электронные варианты карт геофизических полей представляют са­ мостоятельную ценность для будущих исследований в регионе. Методика обработки и интерпретации потенциальных полей в условиях сложно­ го рельефа континентальных склонов представляет значительный интерес в деталь­ ных работах на поиски углеводородов в Российском секторе Черного моря. Фактический материал. В анализ были включены открытые материалы, опуб­ ликованные по Азово-Черноморскому региону. Кроме того, благодаря теснейшему научному сотрудничеству ГНЦ «Южморгеология» и кафедры геофизики геологиче­ ского факультета М Г У автор диссертационной работы имел возможность использо­ вать ранее необработанные и неопубликованные материалы съемок потенциальных полей, включив их в анализ обобщенных карт. В ряде случаев имеющиеся материалы дополнялись съемками других организаций (МГУ, ВНИИГеофизика и др.). Альтиметрические данные о фавитационном поле и рельефе дна были взяты из открытых источников Интернета. Особую ценность представляют данные профильных съемок ГСЗ в современной интерпретации, выполненной на кафедре сейсмометрии и геоаку­ стики геологического факультета М Г У (Пийп В.Б., Ермаков А.П.). Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на меж­ дународных научно-технических конференциях ("Морская Геофизика", Геленджик, 1999, 2001; IUGG2003, Саппоро, Япония, 2003; Семинар им. Д.Г. Успенского, Моск­ ва, 2004, Пермь, 2005; "Геомодель", Геленджик, 2004), российских геолого- геофизических конференциях (4-е, 5-е, 7-е Геофизические Чтения имени В.В Федынского, Москва, 2002, 2003, 2005; X X X V I I Тектоническое совещание, Новосибирск, 2004), молодежных научных конференциях ("Ломоносов", Москва, 2003, 2005; "Гео­ физика", Санкт-Петербург, 2005). Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 6 статей и 14 тезисов докладов. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 185 страниц основного текста, 4 таблиц, 65 рисун­ ков. Список литературы составляет 162 наименований. Благодарности. Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю и Учителю доктору физико- математических наук, профессору В.Р. Мелихову за постоянное внимание и помощь в постановке задачи и выполнении работы. Автор искренне признателен доктору физико-математических наук А.А. Булы­ чеву, докторам геолого-минералогических наук В.К. Хмелевскому, А.Г. Гайнанову, научному сотруднику Д.А. Гилод, кандидату физико-математических наук К В. Кри­ вошее, М.П. Куликовой, Н.Н. Сапрыкиной, аспирантам А.Н. Зайцеву, С И . Селеменеву, А.В. Антипову, создающих особую атмосферу доброжелательности, внимания и взаимовыручки в лаборатории фавиметрии кафедры геофизики М Г У . Автор выражает особую благодарность своим родителям, без поддержки кото­ рых выход этой работы был бы невозможен. Настоящую работу автор посвящает памяти своей бабушки Лыгиной Клавдии Арсентьевны. Г Л А В А 1. С У Щ Е С Т В У Ю Щ И Е П Р Е Д С Т А В Л Е Н И Я О Т Е К Т О Н И Ч Е С К О М СТРОЕНИИ И ДИНАМИКЕ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО РЕГИОНА В АЛЬПИЙСКОЕ ВРЕМЯ Изучение геологического строения акватории Черного моря, тектонических взаимосвязей геоструктур Азово-Черноморского региона, роли Черноморского бас­ сейна в развитии Альпийско-Гималайского складчатого подвижного пояса ведется беспрерывно два столетия. В силу естественных причин прямые геологические ис­ следования на Черном море отличаются своей скупостью - на акватории проведено глубоководное бурение с судна "Гломар Челленджер" (1975 г.) и выполнено система­ тическое геологическое донное опробование - что заставляет ученых в своих иссле­ дованиях опираться на богатый фактический материал по геологии берегового об­ рамления и использовать данные морской геофизики. Неоднозначность трактовок тех или иных явлений, наблюдаемых как в геологических структурах на суше, так и воз­ никающих при интерпретации геофизических аномалий на акватории, приводит к различию взглядов не только в деталях, но и в основах о строении региона. Среди гипотез образования Черного моря, высказанных ранее, можно выделить следующие потез образования Черного моря, высказанных ранее, можно выделить следующие (к сожалению, из-за ограниченности объема работы автор не может перечислить всех исследователей, внесших тот или иной вклад в изучение региона): ■ Н.И. Андрусов (1893), Б.Ф. Добрынин (1922) полагали, что Черное море внутриконтинентальная грабенообразная структура неоген-четвертичного возраста. • В.А. Обручев (1926), В.П. Наливкин (1928), Б.Л. Личков (1933), А.Д. Архан­ гельский (1932), Н.М. Страхов (1933), М.В. Муратов (1949) рассматривали Черное море как современную динамически активную геосинклинальную область, последо­ вательно погружающуюся. • Позже М.В. Муратов (1955) пересмотрел свои взгляды, интерпретируя ба­ зальтовое основание под дном Черного моря в качестве реликта океанической коры. Е.Е. Милановский (1963, 1965), А.А. Сорский (1965), В.П. Гончаров (1972) и др. раз­ вили идеи М.В. Муратова о реликте океанической коры, взяв во внимание мощность осадочного чехла, и пришли к выводу о палеозойском и даже докембрийском возрас­ те формирования бассейна. ■ А.А. Гедельянц и др. (1958), Ю.П. Непрочное (1966) первыми показали от­ сутствие гранитного слоя в центральной части Черного моря, подцерживая взгляды об океаническом типе коры. ■ J . Dewey (1973), А.Н. Вардепетьян (1981) подобно М.В. Муратову (1955) рассматривали безгранитную кору как остаток океанической коры океана Тетис раннемелового возраста. ■ О.П. Апольский (1974) рассматривал Черное и Каспийское моря как резуль­ тат эшелонированных левосторонних сбросо-сдвигов распространяющихся от юговосточных Карпат в Каспийский регион. Наиболее признанным является механизм горизонтального растяжения коры, который находит прямое подтверждение в структурах и мощности осадочного ком­ плекса. По этим данным Черноморская котловина является наложенной на обрам­ ляющие её структуры, которые она активно поглощала в течение всего кайнозоя. О причинах растяжения мнения варьируют: ■ П.Н. Кропоткин (1967), И.П. Гамкрелидзе (1976), Ш.А. Адамия (1974) пер­ выми предположили наличие рифтовой структуры, расположенной на продолжении Аджаро-Триалетской депресессии и приведшей к разрыву континентальной коры с последующим её раздвигом. Позднее Н.А. Белявский и А.Е, Михайлов (1980) отнесли начало рифтогенеза к юре. ■ Идея площадного рифтогенеза, так назьгааемого, «ареального спрединга», выразившаяся в «базификации» коры котловины Черного моря бьша предложена С И . Субботиным (1975), а проявленная в «эклогитизации» - Е.В. Артюшковым (1980), Л.И. Лебедевым (1980). ■ Ш.А. Адамия (1974), М. Bocaletti (1974) развили гипотезу происхождения Черного моря как остатка задугового бассейна, расширявшегося с позднего мела до палеогена. Идея была развита J . Letouzey (1977), который использовал концепцию тектоники литосферных плит для объяснения формирования Черного моря. По его мнению. Черное море возникло как задуговый бассейн в тылу Понтийских гор при субдукции ложа мезозойского океана Тетис в северном направлении с позднего мела по эоцен-рлигоцен. Эта идея неоднократно развивалась в более поздних работах (Зоненшайн Л.П., ,1986; Finetti I., et al., 1988; Gorur N., et al., 1988; Никишин A.M. и др., 1997, Паталаха Е.И., 2003). " В работах В.Б. Бурьянова (1998) находит объяснение "наличие интенсивных гравитационных аномалий по периметру Черноморской плиты", которые автор свя­ зывает с базит-гипербазитовыми интрузиями главной фазы рифтогенеза Черномор­ ского бассейна в начале позднего мела, являющимися дифференциатом задугового апвеллинга, и развивается идея рассеянного рифтинга - спрединга Черноморской плиты, инициируемого снизу мантийным апвеллингом. В последнее десятилетие в исследованиях Средиземноморского пояса намети­ лось явное оживление в связи с успешным развитием идей внутриконтинентальной субдукции. Для складчатых регионов, обрамляющих котловину Черного моря, опре­ деляющее значение оказали результаты геологических и геофизических исследова­ ний, выполненных в пределах Анатолийской плиты (Platzman E.S., et al., 1994; Reilinger R.E., et al.,1997; Tatar 0., et al., 1995). Эти исследования дополнила серия работ российских ученых и ученых ближнего зарубежья (Дифур М . С , 1998; Короновский Н.В., 2000, Никишин A.M., 1997; Ломизе М.Г., 1999,), которые раскрыли специфиче­ ские черты строения значительной части Альпийской зоны Палеотетиса до Памира включительно. Условия и этапность аккреционных тектонических процессов в на­ чальной и завершающей фазах коллизии, использование офиолитовых комплексов, как индикатора геодинамических процессов на границах литосферных плит, позволи­ ли сконструировать модели складчатых поясов (Копп М.Л., 1997), то есть осущест­ вить палеодинамические реконструкции, и дали современное объяснение образова­ нию не только Анатолийской плиты, но и Иранской и последующих плит южной зо­ ны Альпийского пояса и установить их взаимоотношения с линейными структурами северной зоны (Большой Кавказ, Копетдаг и т. д.). В настоящее время в связи с развитием концепции плюм-теконического меха­ низма формирования впадин внутретших морей развивается мнение (Коболев В П , 2002; Вигинский В. А., 2004; Мелихов В.Р., 2004) о наличие "диапира" под Черномор­ ской впадиной, контролирующего механизм новейшего структурообразования в Азово-Черноморском регионе. Если ранее Черноморской впадине придавался статус ис­ ключительности, либо она скромно назывались задуговым бассейном, а при этом складчатые сооружения Анатолии оставались «белым пятном», то с новых тектониче­ ских позиций её генезис, принадлежащий единому геодинамическому процессу в ре­ гионе, может быть определен более корректно. Первоочередной задачей является расшифровка современной глубинной структуры акватории, а так же её элементов. сформировавшихся на стадии предшествующей обрушению и образованию кайнозой­ ского осадочного чехла. Определяющим фактором дальнейших исследований геологической эволюции Азово-Черноморского региона, безусловно, должно быть привлечение широкого круга геолого-геофизического материала, как поступающего в настоящее время, так и ранее необработанного или незаслуженно забытого по причинам невозможности согласова­ ния со стандартными схемами. Среди этих тем находятся работы В.Б. Бурьянова, Е.В. Вержбицкого, В.А. Вигинского, Е.П. Дубинина, Е.Е. Золотова, П.Н. Куприна, В.Р. Ме­ лихова, Е.Г. Мирлина, В.Б. Пийп, А.А. Терехова, Б.Д. Углова и др. ГЛАВА 2. ОБОБЩЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ПО АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОМУ РЕГИОНУ И СОСТАВЛЕНИЕ КАРТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ 2.1. Спутниковая альтиметрия В последнее десятилетие региональные гравиметрические исследования на аква­ ториях Мирового океана получили мощный источник новой информации в виде спут­ никовых альтиметрических наблюдений, которые в результате пересчетов позволяют получить высоты геоида, значения аномалий потенциала тяготения, силы тяжести в свободном воздухе и, наконец, рельеф дна акваторий. Почти все опубликованные оценки альтиметрических данных указывают о применимости альтиметрии только для региональных работ на открытых, слабо аномальных акваториях Мирового океана. В парафафе проводится обзор успешньпс альтиметрических миссий, указываются основ­ ные типы погрешностей спутниковых данных и излагаются результаты сравнения аль­ тиметрических баз данных (Topex-gravity, Topex-relief, Sandwell-1, Predict-relief) с ма­ териалами разномасштабных набортных гравиметрических съемок и набортных эхолотных промеров рельефа дна, выполненных в акватории Черного моря. Как следует из оценок, в центре Черноморской котловины систематическое рас­ хождение глубин по данным альтиметрии и эхолотным промерам составляет около 20 м, при приближении к берегу погрешность возрастает и у подножия континентального склона равна ±50-60 м. На самых крутых участках склона систематическая погреш­ ность достигает максимальных величин 400 м. Далее к берегу, систематическая по­ грешность убывает и на глубине 100 м погрешность равна «200 м. Эта зависимость устойчиво прослеживается по всему Кавказско-Черноморскому континентальному склону. На фоне изменяющейся систематической погрешности случайная компонента так же достигает максимума на континентальном склоне, варьируя в диапазоне ±100200 м. В глубоководных впадинах эта вариация составляет ±20-50 м. Локальные ано­ малии рельефа вьщеляются в изолиниях (Topex-relief), если их размеры (хотя бы по одной из осей) превосходят 50 км. Анализ материалов по фавитационному полю позволил установить, что новей- шие версии спутниковых альтиметрических баз данных (Topex-gravity) удовлетворя­ ют требованиям региональных гравиметрических съемок масштаба 1: 1000000 на от­ крытых частях акватории Черного моря (вне континентального склона). При этом спутниковые данные необходимо приводить к уровню морских съемок, то есть к го­ сударственной гравиметрической съемке. После учета систематического расхожде­ ния современные альтиметрические базы восстанавливают аномальное гравитацион­ ное поле Черного моря относительно надводных среднемасштабных съемок 70-х го­ дов с точностью не лучше ±3 мГал. В береговой зоне и на континентальном склоне спутниковые наблюдения неприменимы. Расхождение по локальной компоненте гра­ витационного поля, оцененное на материалах съемок масштаба 1: 50000 составляет ±20 мГал и снижается по мере увеличения периода выделяемых локальных гравита­ ционных аномалий. Приведенные оценки говорят о полной неприменимости альтиметрических баз данных в представлении склоновых участков Черноморского региона. В глубоковод­ ных котловинах Черного моря альтиметрические данные дают ошибку глубин поряд­ ка одного процента, что для внутреннего моря, окруженного горными системами рельефа, весьма прилично. Эти оценки вполне представительны и могут быгь ис­ пользованы на других менее изученных окраинных морях России. 2.1. Топография Электронная карта рельефа Азово-Черноморского региона создавалась с учетом научных интересов и при повышенном внимании к внутренней структуре шельфовой зоны акватории и к её континентальному склону. В северо-запагшой части акватории и вдоль берегового (сухопутного) обрамле­ ния основной информацией были изданные карты рельефа, использовались изоли­ нии, сканированные и оцифрованные с бумажного носителя. Частично, в местах из­ менения дифференциальных свойств рельефа, использовались глубины, снятые с на­ вигационных карт масштаба 1:500000. Для центральной и северо-восточной частей основным материалом послужили эхолотные промеры профильных и площадных съемок, выполненные на судах ПО "Южморгеология". Фактический материал банка данных (более 100 тыс. пунктов) позволил создавать местами детальные матрицы глубин (по сети ДХ=ДУ=2 км), а в целом обеспечил устойчивое построение элек­ тронной карты рельефа по акватории масштаба 1:1000000. Электронное представление берегового обрамления соответствует Междуна­ родной батиметрической карте Средиземного и Черного морей масштаба 1: 2000000, 1981 и ограничено по широте 40° - 47,5°, долготе 26,5° - 42,78°. 2.2. Сейсмические исследования В исследуемом регионе под руководством В.П. Гончарова, Ю.П. Непрочнова выполнены сейсмические исследования Г С З и К М П В (Институт Океанологии им. П.П. Ширшова). Группой геофизиков под руководством В.Б. Пийп ( М Г У ) эти мате­ риалы переобработаны по современной методике, которая позволяет получать де8 тальные непрерывные двумерные сейсмические разрезы в изолиниях скорости сейс­ мических волн. В частности, бьшо показано (Piip V.B. et al, 1999; Ермаков А.П., 2002; Джаниашвили A.M. и др., 2004) наличие зон подавига коры Черного моря под север­ ные структуры обрамления глубоководных котловин (район Дунайского конуса вы­ носа, восточный берег Крымского полуострова). Часть профилей ГСЗ была использо­ вана для совместного сейсмо-гравитанионного моделирования с целью уточнения глубинного строения литосферы. В Работах Бурьянова В.Б. и Павленковой Н.И. (1974), а также Пийп В.Б. и Ме­ лихова В.Р. (1995, 2001) в сейсмических разрезах ГСЗ через Сивашскую впадину. Азовское море отмечены зоны вертикальной инверсии скоростей, которые некоторые исследователи (В.И. Старостенко, В.Р. Мелихов, В.Б. Бурьянов) связывают с базаль­ товыми пластовыми интрузиями. Природа их происхождения обсуждается в главе 3. Анализ, выполненный Е.Е. Золотовым, новейших съемок М О В З (центр Г Е О Н ) на территории Краснодарского края выявил особенности строения глубинной струк­ туры земной коры северо-западного Кавказа, что помогло обосновать модель строе­ ния литосферы переходной зоны Черное море - Западный Кавказ (глава 3). На акваторию Черного моря имеется две серии сейсмических построений оса­ дочного чехла по данным М О Г Т . Основным сейсмическим материалом является банк данных геленджикскои группы геофизиков, возглавляемой Д.А. Туголесовым. Вторая выборка сейсмических материалов М О Г Т по Черному морю создана итальянским геофизиком Финетти И. Проведенный совместный анализ динамики осадконакопления по данным сейсмических комплексов, выделенных Финетти И. для Западной кот­ ловины и Туголесовым Д.А. для Восточной котловины дал основу для восстановле­ ния истории развития Черноморских котловин в кайнозое (глава 3). 2.4. Гравитационное поле На основе данных морских российских ( М Г У , Южморгеология) и зарубежных (Bowin С , 1986) съемок, использования альтиметрических баз данных (Topex-gravity) построен электронный вариант карты аномального гравитационного поля Черного и Азовского морен масштаба 1: 1000000. Общая длина обработанных профилей соста­ вила более 55 тыс. пог. км. Среднеквадратическая погрешность для всего объема дан­ ных не превысила ±3 мГал, а для детальных съемок вдоль Крымского и Кавказского побережья ±1 мГала. Привлечение материалов сухопутных съемок (Западный Кавказ, Таманский п-ов) позволило восстановить гравитационное поле по единой регулярной сети 2x2 км в зоне сочленения Черного и Азовского морей. Таманского полуострова и Западного Кавказа. По программным комплексам, разработанным в лаборатории гравиметрии гео­ логического факультета М Г У , рассчитаны топографические поправки за влияния водной толщи и береговых структур, гравитационный эффект осадочной толщи (в редакции Д.А. Туголесова). Полученные карты гравитационных эффектов удовлетво- ряют масштабу 1: 1000000, а в ряде случаев могут быть использованы для вычисле­ ний аномалий Буге в морских работах вплоть до масштаба 1: 200000. Для обоснованного расчета гравитационного эффекта осадочной толщи прове­ ден обзор известных данных о характере изменения плотности с глубиной. В обзор включены данные определения плотностей по образцам в Краснодарском крае и Крыму (Озерская Н.Л., 1955; Савина Е.У., 1978), известные зависимости скоростьплотность (Nakanishi А., 1998; Деменицкая P.M., 1957; Корякин Е.Д., 1955), обобщен­ ные данные по параметрическим скважинам на Апшеронском п-ове и в районе г. Потти, а также собственные результаты оценки плотности осадков континентального склона у Кавказского побережья. Для анализа предлагается вариант карты остаточных аномалий поля силы тяже­ сти в редукции Буге с учтенным гравитационным эффектом осадочной толщи. В ано­ малиях содержатся эффекты консолидированного основания акватории, отражающие вещественный состав блоков консолидированной коры для акватории Черного и Азовского морей. В пределах зоны сочленения акватория - Западный Кавказ по де­ тальному гравитационному полю выделены локальные аномалии поля силы тяжести, характеризующие разломно-блоковое сопряжение морских и береговых структур земной коры. 2.S. Магнитное поле По результатам обобщения данных морских магнитных съемок (МГУ, Южморгеология, А Н Болгарии) и изданных листов по сухопутному обрамлению Черного и Азовского морей построен электронный вариант карты магнитного поля AT АзовоЧерноморского региона масштаба 1: 1000000, сечение изолиний 50 нТл. Общий объ­ ем банка данных морских магнитометрических наблюдений превысил 340 тыс. пунк­ тов наблюдения, которые равномерно закрыли не только Черное и Азовское моря, но и позволили проследить структурные взаимоотношения локальных особенностей аномального поля акватории и суши вдоль всего берегового обрамления за исключе­ нием Турецкого побережья. Ширина полосы берегового обрамления, вдоль которой построена карта, изменяется от 50 до 100 км. Интерпретацией аномалий магнитного поля на Черном море в разное время за­ нимались Е.Г. Мирлин, Г.В. Осипов, А.А. Терехов, Б.Д. Углов, А.А. Шрейдер, L. Веsutiu, и другие. В настоящей работе задача интерпретации магнитных аномалий ста­ вится как задача разделения сложного явления намагниченности на составляющие, выделения информации, обусловленной не только возрастом контролирующих текто­ нических элементов, но и геодинамическими условиями образования, глубиной зале­ гания и влиянием петрографического состава магнитоактивных тел. В силу не менее 70 обращений знака полярности поля с позднего олигоцена-раннего миоцена до нача­ ла плейстоцена в период формирования сложной тектонической структуры акватории Черного моря (с развитой субокеанической корой, перемежаемой субконтиненталь­ ными и континентальными участками) геохронологическая привязка районов поло10 жительной и отрицательной намагниченности, подобно тому, как это делается в рай­ онах срединно-океанических хребтов, автору представляется сильно затрудненной. 2.6. Изостатические аномалии Для территории Азово-Черноморского региона первые расчеты изостатических аномалий выполнил М.Е. Артемьев (1975). Основьгааясь на более детальных построениях, М.К. Кабан (2003) построил изостатическую модель АльпийскоСредиземно-морского складчатого пояса (в пределах бывшего СССР). Согласно их исследованиям над Восточной котловиной Черного моря располагается слабо положительная изостатическая аномалия, которая при региональных рассмотрениях часто не выделяется и район считается изостатически скомпенсированным, однако является прямым признаком новейших поднятий коры. В пределах Западного Кавказа изостатические аномалии имеют локальный характер и связаны с наличием квази­ пластических деформаций вследствие разогрева литосферы (Кабан М.К., 2003). 2.7. Сейсмогенвые напряжения и деформации Важнейшей информацией о динамике коры является сейсмическая активность региона. Во многих работах освещались вопрюсы о причинах землетрясений и место­ положений их эпицентров относительно геологических объектов (Ф.С. Ахмедбейли, Е.В. Вержбицкий, В.А. Вигинский, Г.П. Горшков, М.А. Кашкай, Н.В. Кондорская, А.А. Никонов, Е.А. Розова, В.И. Уломов), распределении векторов напряжений в оча­ гах (А.А. Никонов, Е.И. Широкова, Ю.В. Ризниченко, A.R. Ritsema). Современные исследования связаны со спутниковыми наблюдениями за реперами (М.Т. Прилепин, В.И. Шевченко, S. McClusky, E.S. Platzman, R.E. Reilinger). Главными особенностями региона являются: северный дрейф Аравийской пли­ ты, под действием которой Анатолийская плита выжимается не в глубоководную котловину, а вдоль Северо-Анатолийского разлома на юго-запад, и при этом практи­ чески полное отсутствие сейсмичности в глубоководной впадине Черного моря Вдоль северо-восточ1юго обрамления Черного моря от Горного Крыма до Западного Кавказа наблюдаются непрерывные тектонические процессы с одной модой распре­ деления эпицентров мелких и средних землетрясений (8 - 50 км), по крайней мере, на Кавказе группирующиеся в поперечные (северо-восточное направления, азимут SC^ и продольные (кавказские) сейсмоактивные зоны. 2.8. Тепловое поле Изучением теплового потока на Черном море занимались Г.И. Буачидзе, Е.В. Вержбицкий, А.Я, Гольмшток, А.Д. Дучков, В.М. Кобзарь, А.Б. Кондюрин, Р.И. Ку­ тас, Е.А. Любимова, Л.А. Савостин, Г.А. Томара, М.Д. Хуторской, А. Ericson, G. Simmons и другие исследователи. Большинством авторов отмечаются низкие значе­ ния теплового потока (20-40 мВт/м^) в глубоководных котловинах, при этом все де­ лают ссылку на значительную мощность осадочного чехла и необходимость введения поправок за осадконакопление, радиоактивность, контрастность теплофизических свойств осадков и пород основания. В силу неустойчивого решения подобного рода 11 задач для ограничения класса эквивалентных решений геотермическое моделирова­ ние проводится в рамках выбранной одной из геологических гипотез образования Черного моря. Расчеты, выполненные А.Я. Гольмштоком и В.Г. Золотаревым, основанные на опьгге интерпретации теплового поля, аналогиях с другими регионами, без оказания предпочтения той или иной геологической модели, показали в центральных частях глубоководных впадин наличие глубинного теплового потока изменяющегося в пре­ делах +60-80 мВт/м^, т.е. на уровне (и даже немного выше) значений Северного Кры­ ма и западной части Предкавказского прогиба. В ряде точек, относящихся к линии максимального прогибания Восточно-Черноморской котловины, отмечен аномально высокий поток свыше 100 мВт/м^, который свидетельствует об относительной прогретости литосферы только под глубоководной Восточной котловиной. ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Электронное представление геофизических полей позволило провести их все­ стороннее обобщение с комплексным анализом структурного взаимоотношения вы­ деляемых аномальных зон. В основу этой части исследований были положены мето­ ды корректных и некорректных трансформаций и выделения линеаментов по частот­ ному признаку. Количественные расчеты заключались, в основном, в моделировании выделенных аномальных зон как на отдельных объектах, так и по системе профилей. Геолого-геофизическне факты, свидетельствуюшие о сушествовании мантяйного диапира под Восточной котловиной Черного моря: 1. Аномалии поля силы тяжести в редукции Буге (а=2.30 г/см') для Восточ­ ной части Черного моря достигают +160 мГал. Такие значения характерны для з^частков земной коры субокеанического типа. При фиксированной глубине фаницы Мохо (25 км) для глубоководной части Восточно-Черноморской впадины теоретически подходят два крайних плотностных разреза (табл. 1, модели 1 и 2). Первая модель фиксирует существование восходящего потока, понижающего плотность верхней мантии на -0.06 г/см' относительно более плотной невозмущенной мантии. Вторая высказывается за существование слоя (мощностью «6 км) с плотностью аналогичной плотности гранито-гнейсового комплекса (l,?*! г/см'), неподтвержденного данными ГСЗ. Действительный плотностной разрез находится между двумя этими моделями (1 и 2). Согласно этому выводу под Восточно-Черноморской котловиной существует малоглубинный мантийный дапир (рис. 1), восходящий поток которого базифицирует осадочные отложения нижних горизонтов, преобразуя их в породы с плотностью по­ рядка 2,80-2,90 г/см' и вертикальной мощностью 8-10 км. Если допустить минималь­ ное разуплотнение диапира 0,2 г/см' (по аналогии с другими регионами), то предель­ ная глубина подошвы диапира будет менее 100 км. О достаточно низкой энергетике диапира говорит и относительно небольшая площадь безгранитного пятна в коре. 12 Таблица 1. Ппотностные колонки возможного соотношения грани- mo.гн«icoвoгo и гранулит^тового комплексов кристаютческой котловины Черного моря и на поднятии Шатского коры Восточной 1 Модели плотностных колонок коры Расчетные 'асчетные Восточной части Черного моря глубины глубины Поднятие Шатского подошвы Котловина моря полошвы слоев, км слоев, км 1 .1,03 вола. 1,03 вода. 1,03 осаоки осадки 6,4 1,55 г/см' 2,55 г/см' 8,5 гранито-гнейсовый 12 12 комплекс 2,75 г/см' I 77 18.4 30,1 33,1 2,75 г/см" 18,4 ранулит- базитовый комплекс вано, что на вале Шатского гранито-гнейсовый 2,95 г/см' 25 значительную мощность (12-19 км) и предельную для него глу­ бину залегания границы Мохо (>33 км) при плотности верх­ Консолидированный блок земной коры ниже называется няя кромка, закартированная по данньшг М О П , в соответствии с терминологией Д.А. Туголе- гранулит- базитовый комплекс 2,95 г/см' 1,19 г/см' 3,25 г/ем^ 37 30,1 сова - вал Шатского. 33,1 нзостатическая 37 верхняя мантия 3,30 г/см' :верхпяя комплекс поднятие Шатского, а его верх­ 2,95 г/см' 42,5 КОЛОНОК земной коры бьшо зафиксиро­ 17,7 верхняя мантия ПЛОТНОСТ- ней мантии 3,30г/см'. !.95 г/см* 25 моделированием '^ (табл. 1, модель 3 и 4) имеет 2,42 г/см^ 2,42 г/ом^ 6,4 85 вода. 1,03 Одновременно „^^ 42,5 2. Небольшая по амплитуде ная положитель­ аномалия указывает на преобладание сил воздымания диапира над одновременным погружением осадочной толщи. мантия 3. Ввиду низкой пластичности диапира относительно перерабатываемых осад­ ков, а так же большой глубины и высокого гидростатического давления, прорыв ман­ тийного вещества вверх по разрезу весьма офаничен, и наблюденный тепловой по­ ток пониженный (40 мВт/м^). Аномально высокий тепловой поток редуцированный за осадочный чехол (свыше 100 мВт/м^) свидетельствует о глубоком прогреве веще­ ства литосферы. 4. Почти нулевые значения аномального магнитного поля в центральной, наиболее погруженной, части Черноморского бассейна объясняются глубоким про­ гревом вещества выше точки Кюри, препятствующим фо|)мированию значительного по намагниченности магнитоактивного слоя. Разгрузка флюидов происходит на всем протяжении нисходящих ветвей диапира, проскальзывающих вдоль подошвы твердой коры на границе Мохо. В условиях контакта с относительно холодной кристалличе­ ской корой, обладающей развитой системой трещин, становятся возможными вулка­ нические внедрения, излияния и гидротермальный метаморфизм, приводящие к обра­ зованию в коре намагниченных пород. Это подтверждается морфологией положи­ тельных магнитных аномалий, отмечаемых над валами Шатского, Архангельского. 13 5. Современная переинтерпретация данных Г С З (Пийп В.Б.) выявила в коре этого участка котловины подъем скоростей 7,0-7,8 км/с до глубин 15-17 км, но нор­ мальные для фаницы Мохо скорости 8,0 км/с отмечены только на глубине 23 км, что соответствует глубинам под валом Андрусова (23 км). Мантийный диапир проявляет­ ся существованием под осадками аномальной области измененных более высокоско­ ростных пород. Сводовая часть диапира в пределах котловины проявляется 2-х км подъемом границы Мохо со скоростями 8,0 км/с. 1S»-\ l-iai £±32 РгЗз Е^Ы4 С Я 6 {« Рис. 1 Геолого-геофизическая модель земной коры и верхней мантии Восточной котловины Черного мо­ ря по комплексу геофизических данных Плотности гравитирующюс комплексов- I - осадочный (2,30-2,55 г/см'), 2 - гранито-гаейсовый (2,68-2,83 г/см'); 3 - гранулит-базитовый (2,87-2,96 г/см'), 4 - зона переработки нижних осалкоа (2,80-3,20 I/CM'), 5 зона разуплотнения чангяйный чиапир (-0,03 г/ом') - в верхней мантии (3,30-3,35 г/см'). 6 ~ проницаемые зоны в пределах вала Архангельского и поднятия Шатского. Положение профиля ука­ зано на рис. 2. 6. В соответствии с геологическими данными глубина моря в пределах глубо­ ководной части остается с позднего миоцена практически постоянной (~2 км) не смотря на увеличение скорости осадконакопления. 7. Анализ детальных гравиметрических и эхолотных съемок на поднятии Шатского и в Туапсинском прогибе и их совместная интерпретация с данными по За­ падному Кавказу уверенно высказались за единую природу генезиса грапитогнейсовой коры Западного Кавказа и поднятия Шатского. На это указывает единство разломных линеаментов (кавказского - северо-западного и трансквавказского - севе­ ро-восточного простираний), выявленных по характеру зональности рельефа и ло­ кальных гравитационных аномалий. Отрыв и обрушение коры блока Шатского (на стадии образования Черноморской впадины) произошли по ослабленным сегментам разломно-блоковой тектоники Кавказа, но объединенным по фрагментам в новое дискордантное простирание, соответствующее крупным подвижкам коры вдоль линии Тейссера-Торнквиста. Северо-восточные разломы являются проводниками поступа­ тельных субдукционных движений. Кинетическая энергия движений перераспределя­ ется на листрических разломах в разломных зонах кавказского простирания, что при14 водит к формированию узких и крутых диапироподобных складок в осадочном чехле Туапсинского прогиба. Геометрия границ Туапсинского прогиба, смещения положе­ ния оси впадины по глубинным и поверхностным проявлениям указывают на разли­ чие скоростей подавига земной коры вдоль Туапсинского прогиба. Амплитуда сме­ щений сегментов коры друг относительно друга составляет -10 км. 8. По данным М О Г Т поднятие Шахского имеет наклон около 5° в сторону континента, неоген-четвертичные отложения, перекрывающие его северо-восточное крыло, смяты в систему асимметричных взбросо-надвиговых складок (Терехов А.А., 1988). Восходящий мантийный поток в центре Восточно-Черноморской впадины поднимает юго-западный борт поднятия Шасткого, а нисходящий более холодный и плотный поток пододвигает его под Западный Кавказ. 9. Сейсмоактивные зоны кавказского и антикавказского направлений согла­ сованы с выделенными разломными линеаментами на поднятии Шатского и Кавказе. Повышенная сейсмичность в переходной зоне континент - море (до 20 сейсмических событий в сутки) указывает на современную активность региона. 10. Нехарактерные для горных сооружений резко положительные значения аномального гравитационного поля в редукции Буге (+150 мГал) в Горком Крыму и Западном Кавказе, наблюдаемые положительные нзостатические аномалии, ука­ зывают на отсутствие корней гор под орогенами. 11. Установленная по плотностному моделированию и данным М О Б З близкая мощность гранито-гнейсовых комплексов на поднятии Шатского и на Западном Кав­ казе (глубина границы Мохо составляет ~43 км), а также существование увеличенной мощности переходного комплекса средней коры (гранулит-базитовый - гранитогнейсовый), протягивающейся под Индоло-Кубанский прогиб, указывают па область переработки низов коры действием нисходящей ветви диапира. 12. Данные G P S наблюдений свидетельствуют о наличии слабого растяжения (1-2 мм/год) Черного моря вдоль южного побережья, не смотря на высокие скорости (до 20 мм/год) северного перемещения Аравийской плиты, под воздействием которой Анатолийская плита смещается вдоль Северо-Анатолийского разлома. При этом узкая полоса Понтийских гор между указанным разломом и береговой линией в движениях практически не участвует. Восходящий поток мантийного вещества под Восточной котловиной обладает достаточными энергетическими возможностями для сдержива­ ния северного дрейфа Аравийского клипа. Действуя совместно, они выжимают Ана­ толийскую плиту по левостороннему Северо-Анатолийскому разлому на юго-запад. Разломно-блоковая характеристика и вещественный состав консолидированной коры Черного моря Приведенные выше факты существования мантийного диапира в ВосточноЧерноморской котловине, дали основу для построения разломно-блоковой схемы строения консолидированной коры Черного моря (рис. 2) 15 Площадное районирование петро-плотностных неоднородностей нижних горизонтов консолидированной коры проведено по карте остаточных аномалий поля силы тяжести в редукции Буге с учтенным гравитационным эффектом осадочной толщи. Блоки коры, содержащие гранито-гаейсовый комплекс, устойчиво картируются по отрицательным аномалиям (поднятия Андрусова, Шатского, блок вала Архангельского, узколокализованные блоки вдоль Анатолийского побережья). Верхние кромки некоторьк этих блоков планово совпадают с известными из сейсморазведки (по Туголесову Д.А.) выступами акустического фувдамента (валы Шатского, Андрусова, Архангельского). F«?)1 fw»l2 ® 3 >S)4 1.^15 + в иШ7 IEJ8 т>9 [s;iomii С^гиз г?г14 р=115ГзС11б Рис. 2 Схема разломно-блоковой тектоники и вещественного состава основания акватории Черного моря Глубинный поток (Вт/м^) (Гольмпггок А . Я , 1980). 1 - изопахита 80 Вт/(м^); 2 - пункты измерений в Вос­ точно-Черноморской котловине (первое число - наблюденный поток, второе число - глубинный поток); 3 - эпи­ центры землетрясений по макросейсмичесим данным (Цхакая А Д . ) ; 4 - горизонтальные движения по G P S (Reilinger R.E, 1987; Шевченко В.И., 1999); 5 - активные разломы (Короновский Н.В., 2000; Косгенко Н.П., 2001; Мелихов В Р, 2002); 6 - поле сейсмических напряжений и движений (Широкова Е И., 1962, Ritsema A . R , 1969; Копп М.Л., 1999); 7 - погруженные блоки коры герцинской и более ранних фаз консолидации (а - В Е П , б - Скифской, в - Мизийской плит); 8 - погруженные блоки континентальной коры в пределах Черноморской котловины (1 - поднятие Шатского, 2 - вал Андрусова, За - вал Архангельского, 36 - продолжение вала Архан­ гельского с сокращенной мощностью гранипюго слоя, 4-8 - Анатолийский блоки); 9 - сводовые части мантий­ ного диапира по геофизическим данным (34 - Западно-, Ц Ч - Центрально-, В Ч - Восточно-Черноморские), 10 области внутрикоровых пластовых излияний основной магмы ( Ю Д - Южно-Добруджинское, Л К - АзовоКрымское, А Н - Анапа-Новороссийское, Ю К - Южно-Крымское); 11 ~ генерализованный элемент региональ­ ной разломной зоны Тейссера-Торнквиста; 12 - область всестороннего сжатия; 13 - результирующие плоскости смешения на поднятии Шатского (детальные геофизические работы, ГОжморгеология), 14 - Туалсинская впа­ дина; 15 - граница области флюидной разгрузки Восточно-Черноморского диапира; 16 - положение иитерпретациоиных профилей. 16 Положительные аномалии требуют более тщательного анализа, так как характе­ ризуют как области безфанитной коры, так и области распространения пластовых интрузий в гранито-гнейсовом комплексе. В центральной части Черноморской акватории оконтурены зоны развития субо­ кеанической коры с преимущественным содержанием гранулит-базитовых пород (За­ падная, Центральная, Восточная). Восточной зоне, как было показано выше, соответ­ ствует сводовая часть мантийного диапира. В Западной котловине Черного моря ана­ логичный режим наблюдается только в узкой юго-западной части впадины. Этой час­ ти акватории соответствует относительно высокие значения аномалий поля силы тя­ жести в редукции Буге (+120 мГал) и так же наблюдается низкое магнитное поле. Пе­ реработка низов коры и вынос материала из рифтогенной трещины аналогичны выше описанному. В восточной части Западно-Черноморской котловины, находящейся в области разломной зоны Тейссера-Торнквиста, сводовая часть мантийного диапира минимальна, транспорт переработанного материала в краевые зоны затруднен и, вследствие этого, здесь сложились другие условия для мифации подвижных флюи­ дов в верхние горизонты коры. При относительно пониженном поле аномалий Буге здесь присутствует положительные магнитные аномалии амплитудой +10(М-200 нТл. В северной и северо-западной частях Азово-Черноморской акватории в консоли­ дированной коре Скифской и Мизийской плит контурами положительных аномалий фиксируются внутрикоровые пластовые излияния основной магмы (Южно- Добруджинское, Анапа-Новорссийское, Азово-Крымское, Южно-Крымское). Для подтверждения петро-плотностных свойств выделенных блоков и уточнения глубинного строения литосферы прюведено сейсмо-гравитационное моделирование литосферы вдоль профилей ГСЗ. На профиле ГСЗ №25 (рис. 3) в западной части Черного моря подтверждена зона развития субокеанической коры. Здесь на глубине 18 км вьщелены породы со скоро­ стями 7,0-7,5 км/с и плотностями 3,0 г/см' . Скорости 8,0 км/с (граница Мохо) отме­ чены на глубине 22 км. В сводовой части этого мантийного внедрения в интервале глубин 18-22 км происходит базификация нижних горизонтов осадочной толщи. На северном склоне мантийного диапира в пределах континентального блока коры (как и на вале Шатского) фиксируются положительные магнитные аномалии, что указывает на область флюидной разгрузки поднимающегося мантийного вещества. Природа За­ падно-Черноморского диапира вторична и обусловлена откатом Северо- Анатолийской плиты на юго-запад. Вследствие этого влияние диапира на окраину Скифской плиты ограничено и проявляется попыткой поддвига субокеанической ко­ ры под континентальную и мозаичном коллизионно-блоковом строении переходной зоны. Разрез осложняется наличием зон инверсии сейсмических скоростей (в интер­ вале глубин 15 - 20 км) с вынужденным увеличением плотности (+0,05 г/см' относи­ тельно вмещающих пород) в характеризующих их телах (мощность 2 км). Последние относятся к, так называемым, телам "Ивреа", которые выделял С И . Субботин, и яв- 17 ляются частью комплекса внутрикоровых пластовых излияний основной магмы. В области Южно-Добруджинского фавитационного максимума в консолидированной коре происходит резкое сокращение мощности осадочного чехла (5 км), увеличение мощности фанито-гнейсового комплекса (до 25 км) и пофужение фаницы Мохо до 36 км. В такой обстановке фавитирующими телами оказываются значительные бло­ ки (мощность > 5 км) на глубинах от 13 до 25 км, в которых наблюдается вертикаль­ ная инверсия скоростей и характерна повышенная плотность (+0,05 г/см'). Они также относятся к комплексу внутрикоровых пластовых излияний основной магмы. Осно­ вание Каркинитского фабена подстилается телами "Ивреа" (на глубинах 8 и 12 км). Рис 3 СеИсмо-гравитационная модель земной коры и верхней мантии вдоль профиля ГСЗ № 25 в Западной котловине Черного моря. Цифрами на рисунке обозначены плотности гравнгирующих комплексов' осадочный (2,30-2,55 г/см^, гранито-гиейсовый (2,72-2,83 г/см*), гранулит-базитовый (2,87-2,96 г/см'), зоны переработки нижних осадков и внутрикоровых внедрений (2,80-3,20 г/см'), верхняя мантия (3,30-3,35г/см') Изолиниями показано распределе­ ние скоростей (по А П Ермакову) Т - Подошва осадочного чехла (по Д А Туголесову) Положение профиля указано на рис. 2. Область сочленения Черноморской котловины и Крымского п-ова изучена вдоль профиля ГСЗ №17. Гранито-гнейсовый комплекс в пределах поднятия Андрусова раздроблен, и по системе листрических разломов отдельные блоки, сокращаясь по мощности, пофужаются в сторону глубоководной котловины. Вдоль разломов фик­ сируется серия высокоскоростных и высокоплотных внедрений, которые, по- видимому, являлись источниками и проводниками магнитного вещества, создающего над поднятием Андрусова обширный региональный магнитный максимум (до +250 нТл). В Восточно-Черноморской котловине моделирование выполнено вдоль двух профи­ лей. Первый соответствует объединенному профилю ГСЗ №28-29 Синопский залив Керченский п-ов - г. Бердянск и пересекает зону развития Восточно-Черноморской субокеанической коры в её северо-западном замыкании. Второй про- 18 филь пересекает Восточную котловину и Кавказское побережье в районе пос. Джубга (без поддержки данными ГСЗ). Основные выводы сводятся к следующему. Плотностная модель на обоих профилях имеет черты классической коллизионой зоны, с пододвигающейся субконтинентальной корой под континентальный блок За­ падного Кавказа и Скифскую штату. Передовым фронтом горизонтальных напряжений, создаваемых надвигающейся корой Восточной котловины Черного моря, являются юго-западная граница вала Шатского и юго-восточная поднятия Андрусова. Кровля сводовой части Восточно-Черноморского мантийного диапира фиксиру­ ется наличием маломощных (~2 км) высокоскоростных и плотных (3,2 г/см'') тел в основании гранулит-базитового слоя на глубинах 23 - 27 км. Подошва сводовой части прослеживается по изолинии скорости 8,0 км/с, под центральной зоной которой верх­ няя мантия разуплотнена на 0,02 г/см' относительно верхней мантии под Восточными Понтидами и Скифской плитой. Прюгибы Сорокина и Туапсинский являются коллизионными желобами в оса­ дочном чехле. Резкие горизонтальные градиенты поля силы тяжести в зоне сочлене­ ния поднятия Шатского и Западного Кавказа обусловили построение модели Туапсинского прогиба с осадочным чехлом, затягивающимся под гранитоидный блок За­ падного Кавказа до глубин порядка 16 км. Эта оценка сделана при плотности осадоч­ ного чехла 2,40 - 2,55 г/см'. Если действительная плотность будет выше, то нижняя граница прогиба под береговой частью Западного Кавказа может быть еще глубже. В гранито-гнейсовом основании Индоло-Кубанского прогиба отмечается нали­ чие блоков с относительным уплотнением (+0,07 г/см'), которые объясняют положи­ тельную магнитную аномалию амплитудой +400 нТл. Под Азовским морем в гранито-гнейсовом и гранулит-базитовом комплексах присутствует чередование низкоскоростных и высокоскоростных блоков с падением на север. Они отвечают сутурной зоне сочленения Украинского щита и блоков земной коры Скифской плиты, выдвинутых в северном направлении в результате герцинской и последующих фаз складчатости. Геолого-геофизические факты, свидетельствующие о срыве и перемен^еиии Крымского сегмента коры на запад с разворотом его против часовой стрелки В случае признания озаглавленного утверждения оказываются связанными в единую систему доказательств следующие факты: 1. Во всей полосе северного Черноморья в консолидированном основании по­ всеместно распространены внутрикоровые пластовые излияния, образовавшиеся в результате аккреционного сжатия, срыва участков коры и горизонтального переме­ щения. 2. На Крымском полуострове и в Азовском море присутствуют пластичные комплексы песчано-глинистых флишевых толщ верхнепалеозойской геосинклинали, 19 протягивавшейся от Северной Добруджи, через западную часть Черного моря, Степ­ ной Крым, Азовское море и далее до Каспия, Памира и Куэньлуня (по Муратову М.В., 1955; Хаину В.Е., 1970), по которым возможен срыв и перемещение покры­ вающего объема пород без его значительной деформации. 3. Работами сейсмологов ОИФЗ Р А Н (Винник Л.П., 1998) в Крыму в мантии выявлена анизотропия скоростей. Длинная ось анизотропии согласуется с общим усредненным направлением Альпийской складчатости Европа-Крым-Кавказ. Но это направление под углом 25-28° несогласно с простиранием Крымских гор. Отсюда можно сделать вывод о вероятном развороте палеокрымского сегмента коры как не­ коего приповерхностного слоя с вертикальной мощностью порядка 15-17 км. 4. На относительное западное движение палеокрымского блока указывают морфология северного берега Азовского моря (от Геническа до Таганрога). 5. Ось разворота находится в пределах Анапа-Новороссийского внедрения. 6. Связка поперечных структур "поднятие Андрусова-Крымский ороген" вьщвинулась на запад и развернулась против часовой стрелки. Траекториями движений являются выявленные Азово-Крымское и Южно-Крымское пластовые излияния основной магмы. 7. Керченско-Таманская область поперечного погружения представляет уча­ сток разрыва и смену простираний между складчатыми сооружениями Крыма и За­ падного Кавказа, ранее представлявших единую краевую зону линейных надвигов, сформировавшихся на герцинском платформенном основании. 8. В результате перемещения была перекрыта разломная зона Тессейра-Торнквиста, выделение которой в пределах акватории различными авторами неоднозначно. 9. Осевая зона Восточно-Черноморского диапира и его континентальное про­ должение (Ялтинский разлом) являются северным элементом зоны ТессейраТорнквиста. Они разделяет поднятие Андрусова и Горный Крым на западный и вос­ точный сегменты. Центральным элементом разломной зоны Тессейра-Торнквиста в пределах акватории является ось Центрально-Черноморского мантийного диапира. 10. Западный сегмент связки "поднятие Андрусова-Крымский ороген" в на­ стоящее время находится в обстановке растяжения и слабого перемещения на югозапад, что подтверждается исследованиями напряженно-деформированного состояния пород Горного Крыма (Паталаха Е.И., 2004) и объясняет отсутствие поддвига в за­ падной части поднятия Андрусова вдоль профиля ГСЗ №17. Для всего восточного сегмента характерна обстановка сжатия и наличие современного поддвига со стороны Восточно-Черноморского диапира вдоль Керченского полуострова. 11. На пересечении двух ортогональных разломов (Ялтинский разлом и разлом на границе Горный Крым-поднятие Андрусова) происходят наиболее интенсивные ялтинские землетрясения неотекгонического периода. Заключая рассмотрение Крымского сектора Черноморской котловины, можно еще раз сделать вывод, что признание факта западного смещения и разворота Крым20 cKoro сегмента коры в начале альпийского времени, снимает почти все противоречи­ вые проблемы генезиса структур региона (остается проблема палеоэнергетики этого явления). Все имеющиеся крупные геофизические факты строения региона и неотек­ тоники свидетельствуют о его развитии в форваторе динамики Черноморского ман­ тийного диапира. Гипотеза развития Азово-Черноморского региона в Альпийское время Совокупность новых и частично ранее известных, но не объясняемых фактов инициировали разработку новой гипотезы образования Крымско-Азовского сегмента как элемента альпийского Средиземноморского тектонического пояса. Динамика тек­ тонических событий с учетом известных геологических сведений представлена в по­ следовательности схем (рис. 4). 1. Формирование области молодой Скифско-Мезийской плиты на южной окраи­ не Восточно-Европейской платформы (ВЕП) в результате герцинского орогенеза (рис. 4а). В период постгерцинской тектонической активности вдоль южной окраины В Е П продолжались субдукционные явления, существовали островные дуги, микробассей­ ны прогибания с накоплением флишевых отложений. Фундамент герцинской консо­ лидации так же был неоднороден и включал в себя блоки более древней и более плотной коры. 2. Первая фаза (рис. 46) альпийских тектонических движений с преимуществен­ ным направлением на восток (образование линейных структур палео- Кавказа и Кры­ ма и структур линейно-глыбового характера - палео-Понтиды). 3. Вторая фаза (рис. 4в) характеризуется сменой генеральных направлений дви­ жений на западные, и вызвала крупные относительные смещения масс коры и пово­ роты блоков фундамента. В частности, произошел отрыв пластины фундамента, на­ груженной северо-западной частью Кавказского складчатого линеамента, её переме­ щение к западу на 300 км с разворотом против часовой стрелки на 58°, Общая верти­ кальная мощность перемещенной пластины палео-Крыма составила около 3-х км. Подток к поверхности мантийного вещества вызвал растяжение, обрушение и после­ дующее погружение континентальной коры вдоль Крыма (блок Андрусова) и вдоль Кавказа (блок Шатского). На этом этапе происходит заложение Азовского и Черно­ морского седиментационных бассейнов (рис. 4г). 4. Далее на протяжении с эоцена по средний миоцен, как следует из материалов M O B , Азовское, Черное моря и Индоло-Кубанский прогиб сохраняли приблизительно однотипный режим осадконакопления в обстановке слабого горизонтального растя­ жения и увеличения скорости осадконакопления в Черноморском бассейне. Происхо­ дит рост энергетического воздействия поднимающегося мантийного диапира, кото­ рый перерабатывал, поглощал нижние горизонты коры, обуславливая опускание дна, но энергии нисходящих мантийных потоков при этом было недостаточно для заметньпс горизонтальных движений вышележащей коры. 21 А + + + ЬЙ1+ "^ + + + "^ i *' ^ 'H- + + + +-'-F'4- + + + + + Piiti 4 Палеотехтоныческие схемы -г^- + + + РЧ'+ + + + fc*S>? образования Азовского моря • А - границы Скифско-Мезийской +V+w^-i>\ V * v * - * * ^ ♦ f»< i;^^^^^^ ^|r!^^ ;*>>;*^-- ^^^'^fL-: * *tf + + 4 + +.^*'*^ 3 ^ J k * * ♦ + ■* **^ ТЕТИС NL* * _()- + + +_±„+ + + + _Ё_Н- + + Ь^Р'+ + + + »- + + + -|- + + + -Ь плиты в конце герцинского време­ ни, Б - первая фаза альпийских тектонических движений на вос­ ток (образование зон коллизион­ ной складчатости); В - инверсия направления движения Альпий­ ского пояса на запад (начало рас­ крытия Азовского и Черного мо­ рей); Г - фундамент региона в SSTvIvTTSWs эоцене Цифровые обозначения: 1 - Скифская палеоплита, 2 - фундамент балтийскою времени консолидации' 2а - палео- Добруджа, 26 - палео-Мезийская плита; 3 - геосинклинальная зона Тетиса, 4,5 - области фронтальной линейной складчатости: 4 - палсо-Карпаты, 5 - палео-Кавказ, 5' - палеоКрым; 6 - область зафрон-тальной (глыбовой) коллизионной складчатости; 7,8 - прогибы 7 - палео- Карпатский, 8 - палео-Кавказский, 8' - палео-Крымскяй. Тектонические элементы, сохранившиеся до настоя­ щего времени: В Е П - Восточно-Европейская платформа, ПС - террейн Горного Крыма, К - надвиговая склад­ чатая система Западного Кавказа; погруженные блоки континентальной коры: Анд - Андрусова, Ах - Архан­ гельского, Ша - Шатского; внутрикоровые пластовые излияния основной магмы- А К - Лзово-Крымское, А Н Анапа-Новороссийское, Ю Д - Южнодобрулжинское; участки безгранитиой коры: ВЧв - Восточно- Черноморская впадина, ЗЧв - Западно-Черноморская впадина 5. В период кратковременного сжатия в позднем миоцене Черное море превра­ щается в систему опресненных озер под влиянием активизации Красиоморского риф­ та и выдвижения Аравийской плиты на север. Орогенные подвижки рельефа прояви­ лись даже на суше, что нашло отражение в оценках возраста складчатости по геомор­ фологическим данным, иллюстрирующих сарматский возраст доорогенной поверхно­ сти Горного Крыма (Лысенко Н.И. и Гришанковым Г.Е,, 1972). 6. Период фронтального силового противостояния Черноморского диапира и Аравийского индентора заканчивается определенным паритетом сил - заложением вдоль Анатолийского побережья Черного моря протяженного Северо-Анатолийского разлома, по которому начался западный разворот всего Анатолийского блока. На этом же этапе происходит обособление глубоководных котловин Черного моря. 7. Начиная с плиоцена и весь новейший период, скорость накопления осадков в Западной котловине превосходит в 1,5 раза аналогичные показатели Восточной кот­ ловины. 11ричина подобного различия объясняется отсутствием сжимающего воздей­ ствия Анатолийского блока в Западной котловине (к западу от 34° в.д.). Восточная котловина по-прежнему йаходится в условиях сжатия, когда жесткий блок литосферы Восточно-Европейской платформы с севера и континентальный блок Анатолии (под воздействием Аравийского клина) с юга не позволяют развиться ВосточноЧерноморскому диапиру. Его силовое тектоническое значение ограничивается верти22 калькой переработкой нижнего осадочного комплекса и горизонтальным выносом переработанного материала вместе с мантийным нисходящим потоком под поднятие Шатского, Кавказ, Скифскую плиту на севере. ЗАКЛЮЧЕНИЕ По выполненным исследованиям получены следующие результаты; 1. Создан вариант карт потенциальных полей Азово-Черноморского региона, в который вошли топографическая основа, аномальное магнитное поле, серии грави­ метрических карт, 2. Показаны возможности восстановления рельефа дна и гравитационного поля методами спутниковой альтиметрии на акватории Черного моря. 3. Проведены обобщение, анализ и комплексная интерпретация геофизических данных (в том числе сейсмо-гравитационное моделирование). В результате построена схема современной тектонической обстановки коры Азово-Черноморского региона и предложена гипотеза образования Азово-Крымского сектора. 4. Полученные результаты могут быть положены в основу среднемасштабных изысканий при поиске углеводородов в российском секторе акватории Черного и Азовского морей. Список основных публикаций по теме диссертации (в скобках указаны соавторы) 1. О применимости спутниковых альтиметрических наблюдений в воссгановлении рельефа и гравитационного поля на акватории Черного моря // Теория и прак­ тика морских геол.-геоф. исследований. Тез. док. Юбилейной конф. "Российской мор­ ской геофизике 50 лет". Геленджик, 2001. С. 226-229 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А, Бу­ лычев А.А,). 2. Предварительные геологические результаты анализа детальных геофизиче­ ских съемок Анапа-Туапсинской зоны // Теория и практика морских геол.-геоф. ис­ следований. Тез. док. Юбилейной конф. "Российской морской геофизике 50 лет". Ге­ ленджик, 2001. С. 229-232 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А., Селеменев СИ.). 3. Об использовании спутниковых альтиметрических наблюдений на акватори­ ях с резко пересеченным рельефом дна // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных магнитных и электрических полей. Тез. док. 29 Международн. Научного Семинара им. Успенского Д.Г. Екатеринбург, 2002. С. 45-47 (Мелихов В.Р., Льптш В. А., Булычев А.А.). 4. Структура земной коры на границе плит вдоль континентального склона Анапа-Туапсинской зоны // Четвертые геофизич. чтения им. В.В. Федынского. Тез. док. Москва, 2002. С. 22 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А.). 5. Структура земной коры на границе плит вдоль континентального склона Анапа-Туапсинской зоны // В сб. Геофизика X X I столетия: 2002 год. М.: Научный Мир, 2003. С. 102-118 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А.). 23 6. о применимости спутниковых данных в гравиметрических исследованиях на акваториях / Пятые геофизич. чтения им. Н.Э. Федынского. Тез. док. Москва, 2003. С. 89 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А., Булычев А.А.). 7. Бескорневая структура орогена Западного Кавказа по геофизическим данным // Пятые геофизич. чтения им. В.В. Федынского. Тез. док. Москва, 2003. С. 89 (Мели­ хов В.Р.). 8. О применимости спутниковых данных в гравиметрических исследованиях на акваториях // В сб. Геофизика X X I столетия: 2003 - 2004 годы. Тверь: ООО "Изда­ тельство Г Е Р С " , 2005. С. 356-369 (Мелихов В.Р., Булычев А.А., Лыгин В.А.). 9. Сравнение спутниковых альтиметрических съемок с детальными надводны­ ми работами на Черном море // Ломоносов-2003. Часть 1. Тез. док. X Международной научной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. М.: Московский Университет, 2003.- С. 117. 10. Application of altimetry data for gravity research in the Black // X X I I l General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics rUGG2003. Sapporo, Ja­ pan. June 30 - July 11, 2003 Abstract week B. P. В166 (Melikhov V.R., Bulychev A.A., Lygin V.A.). 11. Динамика коры и верхней мантии Черноморско-Кавказского региона // Эволюция тектонических процессов в истории Земли. Тез. док. X X X V I I Тектониче­ ского совещания. Новосибирск: СО Р А Н Филиал «Гео», 2004. С. 16-18 (Мелихов В.Р., Лыгин В.А.). 12. Применение спутниковых данных для изучения фавитационного поля в океанах и внутренних морях // Ломоносовская школа М Г У по геофизически.м мето­ дам исследования земных недр: прошлое, настоящее, будущее. В Сборнике научных трудов под редакцией В.К. Хмелевского. Москва: М Г У , 2004. С. 125-129 (Мелихов В.Р., Булычев А.А., Лыгин В.А.). 13. Геодинамическое состояние литосферы Восточного Черноморья в кайно­ зойское время // Разведка и охрана недр. 2004. № 4. С. 53-62 (Мелихов В.Р.). 14. Сравнительный анализ даштых набортной гравиметрии и спутниковой альтиметрии / Разведка и охрана недр. 2004. № 4. С. 72-76 (Мелихов В.Р., Булычев А.А., Лыгин В.А.). 15. Новая редакция гравитационной и магнитной карт Черного моря по обоб­ щению результатов многолетних съемок ГНЦ «Южморгеология» и других организа­ ций / Геомодель-2004. Часть 3. Тез. док. V I международной научно-практической конференции. Геленджик, 2004. С. 77 (Мелихов В.Р., Булычев А.А., Лыгин В.А.). 16. Новые гравиметрические данные свидетельствуют о горизонтальных дви­ жениях коры на стыке Крыма-Кавказа, Азовского и Черного морей // Гсомодель-2004. Часть 3. Тез. док. V I международной научно-практической конференции. Геленджик, 2004. С. 78 (Мелихов В.Р., Ефремов А.В., Гилод Д.А., Лыгин В.А.). 24 17. Потенциальные поля и динамика раскрытия Азовского бассейна / Вопросы теории и практики геологической интерпретации фавитационных магнитных и элек­ трических полей. Тез. док. 32 Международного Научного Семинара им. Д.Г. Успен­ ского. Пермь, 2005. С. 171-174 (Мелихов В.Р.). 18. Мантийный диапиризм в Черном море (по данным потенциальных полей) // Седьмые геофизич. чтения им. В.В. Федынского.Тез. док. Москва, 2005.С. 62-63. (Ме­ лихов В.Р.). 19. Отражение структуры и петрофизического состава фундамента Черного моря в геофизических аномалиях // Ломоносов-2005. Том 1. Тез. док. X I I Междуна­ родной научной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. М.: Москов­ ский Университет. С. 46. 20. Альбом электронных карт геофизических аномалий Азово-Черноморского региона и их геологическое истолкование // Вести. Моск. Ун-та. Сер. 4 Геология (в печати) (Мелихов В.Р., Лыган В.А. и др.). 21. Совместное сейсмическое и гравитационное моделирование вдоль профи­ лей ГСЗ, пересекающих Черное море и Крымский полуостров // Геофизика-2005. Тез. док. Международной конференции молодых ученых и специалистов. Санкт- Петербург, 2005. С. 94-95 (Ермаков А.П., Ефремов А.В.). Отпечатано в отделе оперативной печати Геологического ф-та М Г У Тираж/|7(йкз. Заказ Ш ^0 25 »15275 РНБ Русский фонд . 2006-4 15789 ^