Новые модели скоростного строения литосферы Кольского региона по сейсмическим данным

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты исследования скоростного строения земной коры и верхней мантии центральной и Арктической частей Кольского региона методами функций приемника и поверхностно-волновой томографии. Выявлена существенная гетерогенность верхней мантии изучаемого региона. Показано увеличение мощности земной коры с севера на юг от значений около 33 км в Мурманском блоке до величины 40 км в Беломорском блоке. В пределах Кольского и Беломорского блока выявлен слой пониженных скоростей поперечных волн на глубинах около 90–140 км, вероятно, маркирующий средне-литосферную неоднородность (mid-lithospheric discontinuity, MLD). Этот слой не выявлен под Мурманским блоком. На полученных двумерных картах распределения скоростей поперечных волн на глубинах вплоть до 500 км не выявляется субширотная зональность, прослеживаемая в тектоническом строении Кольского региона.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Гоев

Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

Email: goev@idg.ras.ru
Россия, Москва, 119334

А. И. Филиппова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: goev@idg.ras.ru
Россия, Москва, Троицк, 108840

Список литературы

  1. Адушкин В.В., Гоев А.Г. Следы плюмовых процессов в современном скоростном строении литосферы Хибино-Ловозерского тектонического узла // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 513. № 1. С. 106–111. doi: 10.31857/S2686739723601527
  2. Алешин И.М. Построение решения обратной задачи по ансамблю моделей на примере инверсии приемных функций // Докл. РАН. Науки о Земле. Т. 496. № 1. 2021. С. 63–66. doi: 10.31857/S2686739721010047
  3. Артюшков Е.В., Беляев Е.В., Казанин Г.С., Павлов С.П., Чехович П.А., Шкарубо С.И. Механизмы образования сверхглубоких прогибов: Северо-Баренцевская впадина. Перспективы нефтегазоносности // Геология и Геофизика. 2014. Т. 55. № 5–6. С. 821–846. doi: 10.15372/GiG20140508
  4. Винник Л.П. Сейсмология приемных функций // Физика Земли. 2019. № 1. С. 16–27. doi: 10.31857/S0002333720191162-27
  5. Глазнев Н.В. Комплексные геофизические модели литосферы Фенноскандии. Апатиты: КаэМ. 2003. 244 с.
  6. Золотов Е.Е., Костюченко С.Л., Ракитов В.А. Неоднородности верхней мантии Балтийского щита по данным сейсмической томографии // Разведка и охрана недр. 2000. № 2. С. 27–29.
  7. Кольская сверхглубокая: научные результаты и опыт исследования / В.П. Орлов, Н.П. Лаверов (отв. ред.). М. 1998. 260 c.
  8. Минц М.В., Сулейманов А.К., Бабаянц П.С., Белоусова Е.А., Блох Ю.И., Богина М.М., Буш В.А., Докукина К.А., Заможняя Н.Г., Злобин В.Л., Каулина Т.В., Конилов А.Н., Михайлов В.О., Натапов Л.М., Пийп В.Б., Ступак В.М., Тихоцкий С.А., Трусов А.А., Филиппова И.Б., Шур Д.Ю. Глубинное строение, эволюция и полезные ископаемые раннедокембрийского фундамента Восточно-Европейской платформы: интерпретация материалов по опорному профилю 1-ЕВ, профилям 4В и ТАТСЕЙС, 2 т. + 1 папка-комплект цветных приложений. М.: Геокарт. ГЕОС. 2010. T. 1. 408 с. T. 2. 400 с.
  9. Мудрук С.В., Балаганский В.В., Горбунов И.А., Раевский А.Б. Альпинотипная тектоника в палеопротерозойском Лапландско-Кольском орогене // Геотектоника. 2013. № 4. С. 13–30. doi: 10.7868/80016853Х1304005Х
  10. Павленкова Г.А., Павленкова Н.И. Результаты совместной обработки данных ядерных и химических взрывов по сверхдлинному профилю “Кварц” (Мурманск–Кызыл) // Физика Земли. 2008. № 4. С. 62–73.
  11. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы. Ч. 1 / Ф.П. Митрофанов, Н.В. Шаров (ред.). Апатиты: КНЦ РАН. 1998. 237 с.
  12. Середкина А.И. Поверхностно-волновая томография Арктики // Физика Земли. 2019. № 3. C. 439–450.doi: 10.31857/S0002-33372019358-70
  13. Слабунов А.И., Лобач-Жученко С.Б., Бибикова Е.В., Балаганский В.В., Сорьонен-Вард П., Володичев О.И., Щипанский А.А., Светов С.А., Чекулаев В.П., Арестова Н.А., Степанов В.С. Архей Балтийского щита: геология, геохронология, геодинамические обстановки // Геотектоника. 2006. № 6. С. 1–33.
  14. Филиппова А.И., Соловей О.А. Поверхностно-волновая томография Кольского полуострова и сопредельных территорий по данным групповых скоростей волн Рэлея и Лява // Доклады РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 504. № 2. С. 177–182. doi: 10.31857/S2686739722060068
  15. Филиппова А.И., Филиппов С.В. Глубины залегания литосферных магнитных источников под Балтийским щитом // Геомагнетизм и Аэрономия. 2023. Т. 63. № 5. С. 667–679. doi: 10.31857/S0016794023600059
  16. Шаров Н.В., Лебедев А.А. Неоднородное строение литосферы Фенноскандинавского щита по сейсмическим данным // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 1. doi: 10.5800/GT-2022-13-1-0569.
  17. Яковлев А.В., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л. Структура верхней мантии Арктического региона по данным региональной сейсмотомографии // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 10. С. 1261–1272.
  18. Яновская Т.Б. Поверхностно-волновая томография в сейсмологических исследованиях. СПб.: Наука. 2015. 167 с.
  19. Artemieva I.M. Lithosphere structure in Europe from thermal isostasy // Earth-Sci. Rev. 2019. V. 188. P. 454–468. doi: 10.1016/j.earscirev.2018.11.004
  20. Artemieva I.M., Thybo H. EUNAseis: a sesmic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and the North Atlantic region // Tectonophysics. 2013. V. 609. P. 97–153. doi: 10.1016/j.tecto.2013.08.004
  21. Artemieva I.M. The continental lithosphere: Reconciling thermal, seismic, and petrologic data // Lithos. 2009. V. 109. № 1–2. P. 23–46. doi: 10.1016/j.lithos.2008.09.015
  22. Backus G., Gilbert F. The resolving power of gross Earth data // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1968. V. 16. P. 169–205. doi: 10.1111/j.1365-246X.1968.tb00216.x
  23. Birch F. The velocity of compressional waves in rocks in 10 kilobars, part 2 // J. Geophys. Res. 1961. V. 66. P. 2199–2224. doi: 10.1029/JZ066i007p02199
  24. Daly J.S., Balagansky V.V., Timmerman M.J., Whitehouse M.J. The Lapland-Kola Orogen: Paleoproterozoic collision and accretion of the northern Fennoscandian lithosphere / Gee D.G., Stephenson R. A. (eds.). European Lithosphere Dynamics: Geological Society Memoirs. 2006. V. 32. P. 579–598. doi: 10.1144/GSL.MEM.2006.032.01.35
  25. Dricker I.G., Roecker S.W., Kosarev G.L., Vinnik L.P. Shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath the Kola peninsula // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. № 23. P. 3389–3392. doi: 10.1029/96GL03262
  26. Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary Reference Earth Model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25. P. 297–356.doi: 10.1016/0031-9201(81)90046-7
  27. Dziewonski A.M., Chou T. A., Woodhouse J.H. Determination of earthquake source parameters from waveform data for studies of global and regional seismicity // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. Р. 2825–2852. doi: 10.1029/JB086iB04p02825
  28. Ekström G., Nettles M., Dziewonski A.M. The global CMT project 2004–2010: Centroid-moment tensors for 13,017 earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 2012. V. 200–201. Р. 1–9. doi: 10.1016/j.pepi.2012.04.002
  29. Farra V., Vinnik L. Upper mantle stratification by P- and S-receiver functions // Geophys. J. Int. 2000. V. 141. P. 699–712. doi: 10.1046/j.1365-246x.2000.00118.x
  30. Fu H.-Y., Li Z.-H., Chen L. Continental mid-lithosphere discontinuity: A water collector during craton evolution //Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. e2022GL101569. doi: 10.1029/2022GL101569
  31. Haskell N.A. Crustal reflection of plane P and SV waves // J. Geophys. Res. 1962. V. 67. № 12. P. 4751–4767. doi: 10.1029/JZ067i012p04751
  32. Hjelt S.-E., Daly J.S., SVEKALAPKO colleagues. SVEKALAPKO: evolution of Palaeoproterozoic and Archaean Lithosphere. EUROPROBE 1996 – Lithosphere Dynamics: Origin and Evolution of Continents / Gee D.G., Zeyen H.J. (eds.). EUROPROBE Secretariat. Uppsala University. 1996. P. 56–67.
  33. Kaban M.K., Stolk W., Tesauro M., El Khrepy S., Al-Arifi N., Beekman F., Cloeting, S.A.P.L. 3D density model of the upper mantle of Asia based on inversion of gravity and seismic tomography data // Geochem. Geophys. Geosyst. 2016. V. 17. P. 4457–4477. doi: 10.1002/2016GC006458
  34. Kennett B.L.N., Engdahl E.R. Traveltimes for global earthquake location and phase identification // Geophys. J. Int. 1991. V. 105. P. 429–465. doi: 10.1111/j.1365-246X.1991.tb06724.x
  35. Lebedev S., Schaeffer A.J., Fullea J., Pease V. Seismic tomography of the Arctic region: inferences for the thermal structure and evolution of the lithosphere. Circum-Arctic lithosphere evolution. London, UK, Geological Society, Special Publications. 2017. V. 460. P. 419–440. doi: 10.1144/SP460.10
  36. Levshin A.L., Ritzwoller M.H., Barmin M.P., Villasenor A., Padgett C.A. New constraints on the arctic crust and uppermost mantle: surface wave group velocities, Pn, and Sn // Phys. Earth Planet. Inter. 2001. V. 123. P. 185–204. doi: 10.1016/S0031-9201(00)00209-0
  37. Levshin A.L., Schweitzer J., Weidle C., Shapiro N.M., Ritzwoller M.H. Surface wave tomography of the Barents Sea and surrounding regions // Geophys. J. Int. 2007. V. 170. P. 441–459. doi: 10.1111/j.1365-246X.2006.03285.x
  38. Lu Y., Li C.-F., Wang J., Wan X. Arctic geothermal structures inferred from Curie-point depths and their geodynamic implications // Tectonophysics. 2022. V. 822. 229158. doi: 10.1016/j.tecto.2021.229158
  39. Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P. Numerical Recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing. New York: Cambridge University Press. 2007
  40. Priestley K., Debayle E., McKenzie D., Pilidou S. Upper mantle structure of eastern Asia from multimode surface waveform tomography// J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B10304. doi: 10.1029/2005JB004082
  41. Ritzwoller M.H., Levshin A.L. Eurasian surface wave tomography: group velocities // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 4839–4878. doi: 10.1029/97JB02622
  42. Schaeffer A.J., Lebedev S. Global shear speed structure of the upper mantle and transition zone // Geophys. J. Int. 2013. V. 194. P. 417–449. doi: 10.1093/gji/ggt095
  43. Seredkina A. S-wave velocity structure of the upper mantle beneath the Arctic region from Rayleigh wave dispersion data // Phys. Earth Planet. Inter. 2019. V. 290. P. 76–86. doi: 10.1016/j.pepi.2019.03.007
  44. Thybo H., Perchuc E. The Seismic 8° Discontinuity and Partial Melting in Continental Mantle // Science. 1997. V. 275. Р. 1626–1629. doi: 10.1126/science.275.5306.1626
  45. Woodhouse J.H. Surface waves in a laterally varying layered structure // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1974. V. 37. P. 461–490. doi: 10.1111/j.1365-246X.1974.tb04098.x
  46. Yanovskaya T.B., Kozhevnikov V.M. 3D S-wave velocity pattern in the upper mantle beneath the continent of Asia from Rayleigh wave data // Phys. Earth Planet. Inter. 2003. V. 138. P. 263–278. doi: 10.1016/S0031-9201(03)00154-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Основные тектонические элементы Кольского полуострова по работе [Daly et al., 2006]. 1 – палеозойские плутоны нефелиновых щелочных сиенитов и фоидолитов: Хибинский (Х), Ловозерский (Л); 2 – гранулитовые пояса: Лапландский (Л), Кандалакшско-Колвицкий (КК); 3 – палеопротерозойские рифтогенные структуры (Печенгская (П), Имандра-Варзугская (ИВ) и Куолаярвинская (К)); 4 – расслоенные базитультрабазитовые интрузии с возрастом около 2.45–2.52 млрд лет: г. Генеральская (1), Солозеро (2), Улитаозерская (3), Мончетундровская (4), Мончеплутон (5), Имандровский комплекс (6), Федорова тундра (7), Панские тундры (8), Песочная (9); 5 – неоархейская Кейвская структура с щелочными гранитами в ее обрамлении; 6 – неоархейские зеленокаменные пояса: Колмозеро-Воронинский (КВ), Терско-Аллареченский (ТА); 7 – архейские метаморфические и ультраметаморфические образования; 8 – разрывные нарушения. Треугольниками показаны места установки широкополосных сейсмических станций в Кольском регионе. Коды станций соответствуют табл. 1. Красным выделены станции, данные которых использованы в представленной работе. На врезке приведена карта Фенноскандинавского щита, красным прямоугольником показан регион исследования.

Скачать (876KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вариации групповых скоростей волн Рэлея относительно средних значений (ΔU / Uср, %) согласно [Филиппова, Соловей, 2022]. Над каждой картой указаны соответствующие значения периодов (T, с) и средних скоростей (Uср, км/c).

Скачать (1024KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Модели распределения значений скоростей поперечных волн (Vs, км/c) до глубин около 300 км (верхняя панель) и отдельно земной коры и верхней части верхней мантии до глубины 60 км (нижняя панель) для станций, расположенных в Мурманском блоке (TER), Кольском блоке (LVZ) и Беломорском блоке (VTUL и KVDA). Расположение станций см. на рис. 1. Цветами показаны поля сгущения индивидуальных минимизированных случайных моделей. Пунктирными линиями показаны итоговые медианные модели. Красные линии обозначают границы формирования случайных начальных моделей. Черные линии представляют референтную модель IASP91.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариации скоростей S-волн относительно средних значений на отдельных глубинах (ΔVS / VSср, %). Над каждой картой указаны соответствующие значения глубин (h, км) и средних скоростей (VSср, км/с).

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Одномерные скоростные разрезы S-волн, полученные по данным поверхностных волн, в окрестности анализируемых сейсмических станций (рис. 1). Пунктиром показана модель IASP91.

Скачать (543KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Термическая мощность литосферы (H, км) по работе [Artemieva, 2019].

Скачать (343KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024