Современные представления о геодинамике Земли, новые

 Современные представления о геодинамике
Земли, новые направления и
возможности тектонофизики
Астафьев Д.А.
ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Московская обл. пос. Развилка, D_Astafiev@vniigaz.
gazprom.ru
ТЕКТОНИЧЕСКАЯ КАРТА МИРА
Ответственные редакторы Ю.Г.Леонов, В.Е.Хаин. 1982 г.
2
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Предпосылки дальнейшего совершенствования представлений о
геодинамике Земли
Концепция тектоники литосферных плит не объясняет в полной мере причинноследственные связи даже главных литосферных процессов и образований с
геодинамическими процессами, происходящими в мантии и ядре Земли, например, таких как
континенто- и океаногенез, закономерности в направлениях движения литосферных плит,
формирование и распад суперконтинентов, причины формирования осадочных бассейнов и
орогенов в различных геодинамических условиях, сейсмичности и конкретных механизмов
подготовки очагов землетрясений и множество других.
На практике это выливается в отсутствие действенных способов прогноза места и
времени разрушительных землетрясений, в ошибки при районировании территорий по
степени сейсмической и цунами опасности, низкую достоверность региональных
геологических построений, низкие прогностические возможности качества и величины
ресурсов полезных ископаемых, не оптимальное проектирование техногенных объектов, и
технических средств прогноза геодинамических явлений , в том числе и тектонофизических
экспериментов.
В этой связи проблемы геодинамики продолжают обсуждаться на многих конференциях
и в научно-технической литературе. В частности в монографии «За пределами тектоники
литосферных плит». Авторы:L.F.Yuen, Sh. Maruyama, Sh-i. Karato, B.F. Windley/ 2007 г.,
3
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
«Корни» нисходящих и восходящих потоков под суперконтинентами
(по О.Г. Сорохтину, Ушакову С. А.) 4
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Двухслойная конвекция в мантии
(по Л. П. Зоненшайну и М. И. Кузьмину)
5
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Ю. Америка
Модель основной материальной и тепловой конвекции в современной Земле (по Маруяме С., 1994)
Африканский сюперплюм
6
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Сейсмотомографический
профиль через Карибский
бассейн
7
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Арктика. Столбчатые структуры в коромантийной оболочке Земли
(По данным гравиметрической томографии, авторы: П.Х. Греку, Т.Р. Греку, А.А. Куликов)
(а) Положение вертикального сечения вдоль 180 0 – 00
(сплошная линия).
8
(b) Разрез по вертикали до глубины 2800км. Пунктирными линиями
показаны субдуцирущие плиты от п-ва Chuk и хребта
Ломоносова. Разрешение по вертикали отличается для разных
уровней.
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Антарктика. Столбчатые структуры в коромантийной оболочке Земли
(По данным гравиметрической томографии, авторы: П.Х. Греку, Т.Р. Греку, А.А. Куликов)
(а) Распределение неоднородностей плотности на
глубине 82 км (гармоники 21 порядка). Синим
цветом показаны области меньшей плотности,
желтым – более высокой. Красная линия –
граница Антарктической плиты.
(b) Фрагмент ложа океана с границей
Антарктикеской плиты.
9
(с) Разрез вдоль границы Антарктической плиты до глубины 5300 км.
На оси слева отложены значения глубины, разрешение по
вертикали разное для разных уровней.
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Геодинамическая модель бассейна Альборанского моря
Seber, D., Barazangi, M., Ibenbrahim, A., and Demnati, A.,1996г
Столбчатая структура верхней части океанической земной коры рассмотрена в монографии «Широкоугольное сейсмическое профилирование дна акваторий». В 2 ч. Ч. II. Внутренняя структура океанской земной коры по данным многоканального глубинного сейсмического профилирования. Ю.А.Бяков, И.Ф.Глумов, Л.И.Коган, и др. – М.: Наука, 2001. –293 с. 10
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Планетарные конвективные ячейки Бенара g-типа
в коромантийной оболочке Земли
Планетарные конвективные
ячейки Бенара g-типа в
коромантийной оболочке
Земли: АфриканоЕвразиатско-Австралийская,
Американско-Гренландская и
Антарктическая (Д.А.Астафьев,
2005). Обоснованы на основе
генерализованной карты
напряжений в литосфере,
составленной по
международной программе
“Литосфера” (М.Л.Зобак, 1992).
1-растяжение, образование
сбросов; 2-сжатие с
образованием взбросов и
надвигов; 3-сжатие с
образованием диагональных
сдвигов; 4-траектории
абсолютного движения
литосферных плит согласно
модели Минстера-Джордана; 5пояса интенсивного дайвинга;
6-пояса интенсивного
апвеллинга (направления
указаны стрелками); 7направления движения
вещества в слое D// и в
верхних слоях жидкого ядра.
11
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Геодинамическая модель основных коромантийных
секторов Земли в проекции на Арктическую полярную
область
12
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Области планетарного дайвинга и апвеллинга в коромантийной оболочке (Д.А. Астафьев, 2005 г.) и их соотношение с рельефом поверхности ядра Земли по данным сейсмической томографии (А.Морелли, А.Дзевонски, 1987).
1-пояса интенсивного
дайвинга
коромантийного
вещества, 2-пояса
интенсивного
апвеллинга
коромантийного
вещества, 3-области
латеральной и
вертикальной аккреции
коромантийного
вещества, 4-области
латерального транзита
и слабой аккреции
коромантийного
вещества, 5континенты и острова,
6-изолинии
поверхности ядра, 7направления движения
вещества в слое D// и в
верхних слоях жидкого
ядра.
13
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Структуры в эксперименте Г. Бенара в слое силиконового масла
14
ССовременные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Глубинное строение и геодинамика Земли
1-земная кора океанического типа; 2-земная кора континентального
типа с осадочными бассейнами; 3-островные вулканические дуги
над зонами субдукции океанической коры; 4-субвертикальные
возрастные границы в коре и мантии; 5-8-направления движения
мантийного вещества: 5-в зонах активного апвеллинга и спрединга, 6в зонах активного даунвеллинга, 7-в слоеD, 8-под осадочными
бассейнами на континентах; 9- зоны активного поступления
вещества во внешнее ядро в процессе химико-плотстной
дифференциации; 10-двежение вещества в верхних слоях жидного
ядра;11-зоны активной отдачи вещества в мантию из внешнего ядра;
12-16-элементы глобальной дегазационной системы Земли: 12внешнее (жидкое) ядро; 13-квазижидкий слой D// и потоки
восходящей магмы в зонах апвеллинга; 14-астеносферный
дискретный слой; 15-дискретный, восходящий к поверхности
магматизм под осадочными бассейнами; 16-магматические очаги и
каналы под зонами вулканизма.
Осадочные бассейны
нефтегазоносные (НГБ) и
возможно нефтегазоносные
(ВНГБ): 1-Охотоморский НГБ, 2Лено-Тунгусский НГБ, 3Зайсанский НГБ, 4-ЧуСарысуйский НГБ, 5Амударьинский НГБ, 6Тирпульский ВНГБ, 7-Персидского
залива НГБ, 8-Красноморский НГБ,
9-Верхненильский НГБ, 10Танганьикский ВНГБ, 11-Окаванго
ВНГБ, 12-Намибийский НГБ, 13Пелотас ВНГБ, 14-Рио-Саладо
ВНГБ, 15-Мендоса НГБ, 16-ЛебуАрауко НГБ.
15
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Модель конвективной ячейки в коромантийной оболочке Земли и формирование осадочных бассейнов в геосинклинальных зонах начального этапа развития 16
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Вариант развития флюидного потока по Н.С.Жатнуеву, 2012 г.
17
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Модель конвекции коромантийной оболочки Земли в периоды
существования суперконтинентов –экстримальные состояния
геодинамики Земли
18
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Лучевая в комбинации с поясовидной система океанских рифтов
при двухячейковой конвекции в коромантийной оболочке Земли
19
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Лучевая система океанских рифтов при одноячейковой
конвекции в коромантийной оболочке Земли
20
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Причина распада Пангей - усиление дайвинга
на активных окраинах
21
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Причины формирования и распада Пангей
Ослабление стягивающей
зоны дайвинга закрывшегося
палеоокеана и зарождение
и усиление до доминирующего
значения
окраинно-континентальных
поясов дайвинга
22
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Карта осадочных бассейнов Земли
23
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
24
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Структурно-геодинамическая карта Прикаспийского
региона с известными и прогнозируемыми зонами
нефтегазонакопления
25
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Геодинамическая модель Западно-Сибирского НГБ по линии профиля
Надымское – Уренгойское – Русское месторождения
(с использованием материалов по геотраверсу Березово – УстьМая)
26
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Схема тектонического строения, размещения
месторождений углеводородов и
перспективных структур мезозойского
комплекса осадочного чехла севера ЗападноСибирского нефтегазоносного бассейна
(по материалам ЗапСибНИИГНИ, СНИИГГиМС,
ВНИГНИ, ВНИИГАЗ)
Условные обозначения:
1 - граница Западно-Сибирского НГБ;
2- граница подножья моноклиналей, краевых выступов и
краевых прогибов;
3 - граница грабен-рифтовых прогибов, разделяющих меж- и
внутририфтовые приподнятые блоки;
4-6 - месторождения углеводородов, содержащие: 4 - нефть, 5 газ,
6 - газоконденсат;
7-8 -локальные нефтегазоперспективные структуры: 7 выявленные,
8 - подготовленные к бурению;
9 - прогнозируемые зоны вероятного открытия новых
месторождений
углеводородов;
Современные представления о геодинамике
10 – перспективные объекты поиска.
27
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Земли, новые направления и
Геодинамическая модель возврата корового
вещества в мантию в узких зонах дайвинга
при формировании осадочных бассейнов
28
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Этапы геодинамической эволюции осадочных бассейнов
Земли
(независимо от возраста и тектонической
приуроченности).
Принципы генетического единства и индивидуальности
ОБ
1- земная кора,2 – континентальные рифты, 3 – надрифтовые
депрессии, 4 – аккреционные структуры, орогены, 5 –
разрушенные и счастично разрешенные орогены, 6 – линзы
разуплотненные магматического вещества, 7 – зоны
дайвинг-рифтовой деструкции, 8 – астеносферный слой, 9 –
раздел верхней и средней мантии, 10 – раздел средней и
нижней мантии, 11- термо-магмаплюм, 12 – зоны плавления
в слое «D», 13 – восходящие к поверхности магматические
каналы, 14 – направления смещения коромантийных
секторов, 15 – направление гравитационного погружение
(дайвинга) вещества коромантийной оболочки ,16 –
направление движения мантийного вещества.
Этапы бассейногенеза : А – заложение континентальных рифтов,
Б – заложение надрифтовых депрессий , В –
сформировавшегося осадочного бассейна, Г – Начальный
этап трансформации окраин осадочного бассейна, Д –
зрелого орогена, Е – частичной или полной денудации и
восстановления.
29
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Концептуальная схема строения кембрийского коллизионного орогена Протоуралид-Тиманид (Кузнецов, 2008 и др.)
30
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Строение орогена по Л.Коберу, 1921 г.
Строение орогена (по Л.Коберу,1921г.)
V - форланд ; E - экстерниды ; I - интерниды ; M - метаморфиды ; Z - централиды ;
G - гранитная зона ; B -базальтовая зона.
31
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
К
Фактически эта схема
отражает процесс
латерального и
вертикального
выжимания части
объема осадочного
бассейна
К
О
К
К
К
К
К
К
К
О
К
О
К
Типы двусторонних орогенов (по Э. Краусу,1960г.)
О - ороген ; К - кратоген (платформа).
32
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Формирование орогена по Э.Краусу. 1960 г.
П оверхность
Земли
Н еосаль
С альсим а
Н еосим а
П алеосим а
С х е м а о ч а га д и ф ф е р е н ц и а ц и и и п о д к о р о в ы х т е ч е н и й п о д о р о г е н о м ,и м е ю щ и м д в у с т о р о н н е е с т р о е н и е ( п о Э . К р а у с у ).
33
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Пример столбчатой структуры
литосферы и верхней мантии
Восточной Камчатки.
(Л.И.Гонтовая и др. Вестник
КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007,
№1. Вып №9
34
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Пример столбчатой структуры литосферы и верхней мантии Восточной Камчатки на горизонтальных срезах. Согласно глубинной модели верхней мантии Камчатки (Л.И.Гонтовая и др. Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2007, №1. Вып №9
35
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Выводы
При тектонофизическом моделировании необходимо учитывать: радиально-столбчатую структуру коромантийной оболочки до глубины 2900 км;
наличие и функционирование в коромантийной оболочке Земли планетарной постоянно действующей магмофлюидодинамической системы;
перемещение коромантийных плит в объёме конвективных ячей, в виде группировок коромантийных плит;
Начальным и доминирующим геодинамическим процессом на Земле является дайвинг коромантийных столбчатых тел на раздел ядро-мантия в результате действия термоплюмов и обменных процессов между мантийной оболочкой и жидким ядром.
Причиной формирования осадочных бассейнов является дайвинг-рифтогенная деструкция областей коромантийных плит с проявлением восходящего магматизма за счет декомпрессии. В процессе развития бассейногенез сменяется орогенезом.
Основными причинами сейсмичности являются:
неравномерное радиальное или субрадиальное растяжение столбчатых тел коромантийного вещества и быстрая релаксация очага разряженного состояния коромантийного вещества в поясах и областях дайвинга;
латеральное и вертикальное выжимание горных пород в поясах и областях орогенеза (преимущественно мелкофокусные землетрясения);
Апвеллинг и производные от него процессы дизъюнктивной деструкции вновь образованных вертикальных наслоений коромантийного вещества в поясах и областях апвеллинга.
36
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Центральный офис ООО «Газпром ВНИИГАЗ»
п. Развилка, Московская область
internet: www.vniigaz.gazprom.ru
e-mail: vniigaz@vniigaz.gazprom.ru
телефон: (+7 495) 355-92-06
факс: (+7 495) 399-32-63
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ
Филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ" в г. Ухта
ул. Севастопольская, 1"а", г. Ухта, Респ. Коми, РФ
Тел/факс (+7 2147) 3-01-42
Газсвязь: 787-748-70, 787-723-11
e-mail: sng@sng.vniigaz.gazprom.ru
Отдел по научному
и техническому сопровождению
комплексного освоения месторождений
полуострова Ямал и прилегающих акваторий
ЯНАО г. Салехард, ул. Ленина, 27
тел/факс (8 34922) 46-210; 46-264; 46-256
37
Схема тектонического районирования ЮжноКаспийского НГБ и прилегающих территорий
38
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Региональный геологический профиль Южно-Каспийской впадины по линии II - II
39
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики. Д.А.Астафьев
Геотраверс Березово Усть-Мая
Составлен по материалам СРГЭ НПО
«Нефтегеофизика»:
а – осадочный слой земной коры; б –
консолидированная часть земной
коры; в – верхняя мантия;
I - Восточно-Уральское поднятие
(восточный склон); II – ОбьТазовская синеклиза; III – Тунгусская
cинеклиза; IV – Мирнинско-Айхальская
седловина; V – Вилюйская
седловина; VI – Алданский щит
(северное погружение); VII – Верхоянская
складчатая область.
1 – сейсмические границы (а – уверенные,
б – менее уверенные); 2 – кровля (Ф)
и подошва (М) консолидированной части земной коры; 3 –
разрывные нарушения; 4 –
изотермы, С0; 5 – гипоцентры землятрясений разной магнитуды; 6 – изолинии
скоростей продольных
сейсмических волн в верхней
мантии,
км/ч; 7 – изолинии скоростей поперечных
сейсмических волн, км/ч;
8 – слои с пониженными значениями
скоростей продольных (а) и поперечных
(б) волн.
40
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев
Модель развития наземной кальдеры/грабена
Kubota, 2005.
Опубликована с разрешения Итальянского
Геологического Общества.
Эта модель, несомненно, применима к
исследуемой области в северной части СрединноАтлантического Рифта.
1 и 2 соотносятся с периодом поднятия и
формирования грабена по оси антиклинали
Срединно-Атлантического Рифта (Unit I), 3 с
отложением (Unit II), 4 со временем отложения (Unit
III) и более древними вулканическими
осадками (Unit IV), 5 с более молодой
вулканической активностью (Unit V), и 6 с
погружением на настоящую глубину и остаточной
вулканической деятельностью, представленной
выводными каналами гидротерм.
41
Современные представления о геодинамике Земли, новые направления и
возможности тектонофизики Д.А.Астафьев