Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите

На основі порівняння результатів сейсмічних і акустичних досліджень на Фенноскандинавському щиті з даними, отриманими під час буріння Кольської надглибокої свердловини — 12262 м (1970—1990), Росія; Гравберг — 6337 м (1986—1987), Швеція; Оутокумпу — 2516 м(2004—2005), Фінляндія; Погранична — 5200 м (...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2012
Main Author:	Шаров, Н.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2012
Series:	Геофизический журнал
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97849
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите / Н.В. Шаров // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 253-264. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-97849
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-978492016-04-05T03:02:30Z Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите Шаров, Н.В. На основі порівняння результатів сейсмічних і акустичних досліджень на Фенноскандинавському щиті з даними, отриманими під час буріння Кольської надглибокої свердловини — 12262 м (1970—1990), Росія; Гравберг — 6337 м (1986—1987), Швеція; Оутокумпу — 2516 м(2004—2005), Фінляндія; Погранична — 5200 м (2004—2006), Росія; Онезька — 3537 м (2007—2009), Росія, обговорено питання природи геоакустичних меж. Обґрунтовано припущення, що кристалічна кора має гетерогенну будову з градієнтними змінами та інверсіями швидкості поширення пружних хвиль, із ступенем диференціації порід, що варіює по вертикалі й латералі. Природа сейсмічних меж зумовлена як відмінністю складу порід, так і їх фізичним станом. Результати геофізичних досліджень глибоких свердловин на Фенноскандинавському щиті примушують дослідників по-іншому ставитися до інтерпретації геолого-геофізичних даних. The nature of geoacoustic waves is discussed, based on comparison of the results of seismic and acoustic studies in the Fennoscandian Shield with the drilling record of the Kola Superdeep Borehole: 12262 m (1970—1990), Russia; Gravberg 6337 m (1986—1987), Sweden; Outokumpu — 2516 m (2004—2005), Finland; Pogranichnaya — 5200 m (2004—2006), Russia; Onezhskaya — 3537 m(2007—2009), Russia. The assumption that the crystalline crust has a heterogeneous structure with gradient variations and elastic wave velocity inversions and the vertically and laterally varying degree of differentiation is well-based. The nature of seismic boundaries depends on differences in rock composition and the physical state of the rocks. The results of geophysical studies, conducted during deep drilling in the Fennoscandian Shield, make investigators re-interpret the geological and geophysical data. На основе сравнения результатов сейсмических и акустических исследований на Фенноскандинавском щите с данными, полученными при бурении глубоких скважин: Кольской сверхглубокой - 12262 м (1970-1990), Россия; Гравберг - 6337 м (1986-1987), Швеция; Оутокумпу - 2516 м (2004-2005), Финляндия; Пограничная - 5200 м (2004-2006), Россия; Онежская - 3537 м (2007-2009), Россия, обсуждаются вопросы природы геоакустических границ. Обосновано предположение, что кристаллическая кора имеет гетерогенное строение с градиентными изменениями и инверсиями скорости распространения упругих волн, с варьирующей по вертикали и латерали степенью дифференциации. Природа сейсмических границ вызвана как различием состава пород, так и их физическим состоянием. Результаты геофизических исследований при бурении глубоких скважин на Фенноскандинавском щите заставляют исследователей по-другому относиться к интерпретации геолого-геофизических данных. 2012 Article Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите / Н.В. Шаров // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 253-264. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97849 550.834 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	На основі порівняння результатів сейсмічних і акустичних досліджень на Фенноскандинавському щиті з даними, отриманими під час буріння Кольської надглибокої свердловини — 12262 м (1970—1990), Росія; Гравберг — 6337 м (1986—1987), Швеція; Оутокумпу — 2516 м(2004—2005), Фінляндія; Погранична — 5200 м (2004—2006), Росія; Онезька — 3537 м (2007—2009), Росія, обговорено питання природи геоакустичних меж. Обґрунтовано припущення, що кристалічна кора має гетерогенну будову з градієнтними змінами та інверсіями швидкості поширення пружних хвиль, із ступенем диференціації порід, що варіює по вертикалі й латералі. Природа сейсмічних меж зумовлена як відмінністю складу порід, так і їх фізичним станом. Результати геофізичних досліджень глибоких свердловин на Фенноскандинавському щиті примушують дослідників по-іншому ставитися до інтерпретації геолого-геофізичних даних.
format	Article
author	Шаров, Н.В.
spellingShingle	Шаров, Н.В. Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите Геофизический журнал
author_facet	Шаров, Н.В.
author_sort	Шаров, Н.В.
title	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите
title_short	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите
title_full	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите
title_fullStr	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите
title_full_unstemmed	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите
title_sort	сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на фенноскандинавском щите
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97849
citation_txt	Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите / Н.В. Шаров // Геофизический журнал. — 2012. — Т. 34, № 4. — С. 253-264. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Геофизический журнал
work_keys_str_mv	AT šarovnv sopostavleniegeofizičeskihrazrezovzemnojkorysrezulʹtatamibureniâglubokihskvažinnafennoskandinavskomŝite
first_indexed	2025-07-07T05:38:25Z
last_indexed	2025-07-07T05:38:25Z
_version_	1836965382682836992
fulltext	СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 253 Введение. Участники совещания Рабочей группы Международного союза геодезии и геофизики (Париж, 19—22 марта 1962 г.) реко- мендовали отказаться от применения необос- нованной терминологии, согласно которой в земной коре выделяются «гранитный» и «ба- зальтовый» слои, и определять слой скоростью распространения в нем продольных волн. Со- вещание призвало исследователей при ин- терпретации материалов сейсмических работ по возможности избегать предварительных предположений о горизонтальной слоистости земной коры [Федынский, Ризниченко, 1962]. Актуальность этих рекомендаций сохраняется и в наше время. В статье сделана попытка понять природу сейсмических границ в кристаллической коре с учетом материалов глубокого бурения и на- копленной геолого-геофизической информа- ции о районе бурения скважин. Проанализи- УДК 550.834 Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите © Н. В. Шаров, 2012 Институт геологии Карельского научного центра РАН, Петрозаводск, Россия Поступила 24 апреля 2012 г. Представлено членом редколлегии В. Д. Омельченко На основі порівняння результатів сейсмічних і акустичних досліджень на Фенносканди- навському щиті з даними, отриманими під час буріння Кольської надглибокої свердловини — 12262 м (1970—1990), Росія; Гравберг — 6337 м (1986—1987), Швеція; Оутокумпу — 2516 м (2004—2005), Фінляндія; Погранична — 5200 м (2004—2006), Росія; Онезька — 3537 м (2007— 2009), Росія, обговорено питання природи геоакустичних меж. Обґрунтовано припущення, що кристалічна кора має гетерогенну будову з градієнтними змінами та інверсіями швидкості поширення пружних хвиль, із ступенем диференціації порід, що варіює по вертикалі й латералі. Природа сейсмічних меж зумовлена як відмінністю складу порід, так і їх фізичним станом. Результати геофізичних досліджень глибоких свердловин на Фенноскандинавському щиті примушують дослідників по-іншому ставитися до інтерпретації геолого-геофізичних даних. The nature of geoacoustic waves is discussed, based on comparison of the results of seismic and acoustic studies in the Fennoscandian Shield with the drilling record of the Kola Superdeep Borehole: 12262 m (1970—1990), Russia; Gravberg 6337 m (1986—1987), Sweden; Outokumpu — 2516 m (2004—2005), Finland; Pogranichnaya — 5200 m (2004—2006), Russia; Onezhskaya — 3537 m (2007—2009), Russia. The assumption that the crystalline crust has a heterogeneous structure with gradient variations and elastic wave velocity inversions and the vertically and laterally varying degree of differentiation is well-based. The nature of seismic boundaries depends on differences in rock composition and the physical state of the rocks. The results of geophysical studies, conducted during deep drilling in the Fennoscandian Shield, make investigators re-interpret the geological and geophysical data. рованы результаты бурения глубоких скважин (рис. 1) на территории Фенноскандинавского щита: Кольской, Россия (SG-3) — до глубины 12262 м (1970—1990); Гравберг (GR), Централь- ная Швеция, — до глубины 6337 м (1986—1987); Оутокумпу (OU), Юго-Восточная Финляндия, — до глубины 2516 м (2004—2005); Погранич- ной (P-1), Россия, Мурманская обл., полуостров Средний, — до глубины 5200 м (2004—2006); Онежской (ON), Россия, Центральная Каре- лия, — до глубины 3537 м (2007—2008), которые выявили серьезные несоответствия между про- гнозными сейсмогеологическими моделями и фактическим строением верхней части кон- тинентальной коры. Глубокие скважины по- казали, что неоднородности, фиксируемые по геофизическим данным в верхней части кри- сталлической коры, обусловлены изменениями не только состава глубинных пород, но и их физического состояния. Поэтому определение Н. В. ШАРОВ 254 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 даже приближенного состава пород по значе- ниям только скорости распространения упру- гих волн не может быть однозначным. Вместе с тем сделан вывод о реальности и природе зон пониженной скорости распространения упру- гих волн в верхней части коры, не подтверж- дено также увеличение гомогенности слоев с глубиной. Природа внутрикоровых сейсми- ческих границ может быть связана с разны- ми причинами: изменением вещественного состава, различием в структурно-текстурных особенностях пород, термодинамической об- становкой [Проблемы…, 1991; Шаров, 1993]. Природу геоэлектрических границ в земной коре Украинского щита изучал С. Н. Кулик. Одна из последних его работ — соавторство в коллективной монографии «Криворожская сверхглубокая скважина СГ-8» [Криворож- ская …, 2011]. В наши совместные с ним планы входило проведение геоэлектрических иссле- дований в Карелии, в районе Онежской пара- метрической скважины. Общая характеристика полученных мате- риалов. Кольская сверхглубокая скважина. Под руководством И. В. Литвиненко проведена детальная сейсмическая съемка в районе Пе- ченги и в 1960—1962 гг. пройден профиль ГСЗ Баренцево море — Печенга—Ловно (рис. 2, а). Эти результаты послужили основой для за- ложения Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3). Данные позволили оценить результаты исследований методом ГСЗ строения верхней части древней континентальной земной коры [Кольская ..., 1984]. Была развенчана гипотеза о наличии «базальтового» слоя на глубине 5 км под Печенгской структурой, определен реаль- ный состав и сейсмические характеристики среды до глубины 12 км, в том числе обнаружен волновод на глубинах порядка 8—9 км [Коль- ская ..., 1998; Березовский и др., 2006]. В 1992 г. международным коллективом исследователей (США, Великобритании, Норвегии, России) в Печенгском районе был пройден профиль КОЛА ОГТ-92 с выходом на скв. СГ-3. Инфор- мация о структуре земной коры, полученная на профилях МОВ—ОГТ, является принципи- ально иной по сравнению со старыми данными ГСЗ. Новые исследования показали, что земная Рис. 2. Схема расположения профилей ОГТ-92, ГСЗ-60 (а) и предварительный сейсмический разрез ГСЗ-60 (б) [Лит- виненко, 1963]. Рис. 1. Фрагмент геологической карты Фенноскандинав- ского щита [Koistinen et al., 2001] и местоположение глу- боких скважин. СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 255 кора региона имеет блочно-иерархическое, фрактальное строение [Сейсмологическая …, 1997]. Необходимо учесть, что со времени отработ- ки профиля Печенга — Ловно, который прошел в 12 км к востоку от устья скв. СГ-3 (рис. 2, а), сильно изменились представления о природе волн, регистрируемых методом ГСЗ. В начале 1960-х годов сейсмические границы, в частно- сти кровля «базальтового» слоя, строились в предположении, что ГСЗ формирует главным образом преломленные волны (рис. 2, б). Поз- же теоретически и экспериментально было установлено, что волны, принимаемые за пре- ломленные, во многих случаях являются закри- тическими отражениями. Вследствие избира- тельности сейсмических наблюдений на базах ГСЗ прослеживаемые при этом интенсивные волны могут быть сформированы локальными упругими неоднородностями коры, ограничен- ными как по интервалу глубин залегания, так и по латерали. Один из неожиданных результатов про- ходки скважины — доказательство широкого развития минерализованных трещин на всем вскрытом интервале. Наличие трещин на боль- ших глубинах влияет на физические характе- ристики пород не только прямым образом. При Рис. 3. Сопоставление данных сейсморазведки, плотностных и упругих свойств горных пород по скв. СГ-3 [Сейсмогео- логическая …, 1997]: а — северная часть мигрированного разреза по профилю КОЛА ОГТ-92; б — график распределения плотности горных пород; в — график скорости распространения продольных волн по данным АК. Н. В. ШАРОВ 256 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 повышенной проницаемости порода подверга- ется активному воздействию флюидов, что мо- жет существенно изменять ее состав и степень вторичных преобразований. Вертикальная мощность печенгского ком- плекса в районе скв. СГ-3 составила 6800, а не 4700 м, как это определялось ранее по данным гравиразведочных и сейсмических работ [Лит- виненко, 1963]. Бурение скв. СГ-3 показало, что принятая на стадии ее проектирования наклонная сейсмическая граница отражает не подошву печенгского комплекса, а круп- ный межслоевой разлом (рис. 3). Вертикальная мощность гнейсов кольской серии по скв. СГ-3 составила 4900 м (от 6800 до 11700 м). С глубины 7300 м на всем протяжении разреза степень насыщенности гнейсовых толщ амфиболитами возрастает от 15 до 40 %. Под гнейсовыми обра- зованиями в интервале 11 700—12 236 м вскрыт древний фундамент, или комплекс архейско- го основания. Его можно рассматривать как низы гранитно-метаморфического слоя либо как верхнюю часть нового (диоритового) слоя [Кольская ..., 1998]. Установлено, что данные о скорости рас- пространения продольных волн в среде, по- лученные при широкополосном акустиче- ском каротаже, сопоставимы с результатами сейсмических исследований ВСП в скв. СГ-3 (рис. 3, 4), отмечено существенное их разли- чие с графиком скорости V(H), определенной по годографам первых волн в методе ГСЗ на профиле Печенга—Ловно [Кольская …, 1998]. Осреднение кривой АК на базе, соизмеримой с длиной волны колебаний, используемых в ВСП, дает хорошую сходимость скоростных моделей АК и ВСП. Рассмотрена трехслойная модель среды с выделением двух контактов: в низах заполярнинской свиты (глубина 4500 м) и подошвы протерозойского комплекса (глубина 6842 м). В слое I значения VP по данным АК и ВСП различаются незначительно, совпадают интервалы относительного снижения и повы- шения скорости. В слое II значения скорости Рис. 4. Сейсмогеологическая модель участка бурения Кольской скважины СГ-3 [Проблемы …, 1991]: 1 — метаморфи- зованные осадочные породы; 2 — эффузивы, 3 — интрузивы; 4 — аподиабазовые сланцы; 5 — породы гнейсового ком- плекса; 6 — граниты. индексы свит (протерозой) и толщ (архей) соответствуют работе [Кольская ..., 1984]; 7 — границы слоев скоростной модели; 8 — контакты толщ архейского комплекса по геологическим данным; 9 — схема расположения скважины; 10 — значения скорости в слоях модели, км/с; 11 — скорость распространения продольных волн вдоль про- филя МОВ, км/с; 12 — скорость распространения продольных волн по ВСП, км/с. СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 257 по данным АК на 2,5 % ниже, чем по данным ВСП, интервалы значительных повышений VP не выделены. В слое III VP по данным АК суще- ственно ниже, чем по данным ВСП (разница до 15 %). Скорость V(H) по данным ГСЗ плавно увели- чивается с глубиной — от 6,0 км/с при глубине H=1 км до 6,1—6,2 км/с при H=11 км. Сравнение кривых V(H) по данным ГСЗ и АК показывает их существенное различие и по величине ско- рости, и по характеру ее изменения с глуби- ной. Это можно объяснить следующим: метод ГСЗ предусматривает использование низких частот (1—20 Гц) и проведение измерений на больших горизонтальных базах (50—300 км), что обусловливает осреднение свойств среды [Кольская …, 1998]. На рис. 4 представлены варианты увязки скоростных разрезов по наземному и верти- кальному сейсмическим профилям для гене- рализованной модели разреза скв. СГ-3. Зна- чения скорости распространения продольных волн, измеренной на земной поверхности и в стволе скв. СГ-3, сопоставлены для крупных стратиграфических свит. Вся толща пород про- терозоя представляет собой высокоскоростной косослоистый блок, который по отношению к нижележащей архейской толще является сейс- мическим экраном. При этом в районе сква- жины выявлена купольно-блоковая структура архейского комплекса, осложненная крутопа- дающими и субвертикальными глубинными разломами. Этот разрез коренным образом отличается от традиционных представлений о связи глубинных сейсмических разделов кри- сталлической коры с мощными горизонталь- ными слоями. В целом разрез скв. СГ-3 типичен для каре- лид щита и других его структур, где в верхней части залегают породы со скоростью распро- странения упругих волн большей, чем в ниже- лежащих образованиях. Нижняя часть разреза скв. СГ-3 (архейский гнейсовый комплекс) по преобладающему значению скоростей на глу- бине 7—12 км сходна с типичными гнейсовы- ми комплексами Фенноскандинавского щита. Увеличение скоростей вблизи поверхности на щите связано с наличием высокометамор- физованных комплексов (гранулитов) и вул- канических серий основного состава. Во всех случаях эти высокоскоростные образования не прослеживаются на значительную глубину, а подстилаются более низкоскоростным ком- плексом пород. Согласно результатам бурения скв. СГ-3, с глубиной не происходит изменения скоро- сти распространения упругих волн, стирания дифференциации физических свойств под влиянием литостатического давления и других факторов. Эти свойства могут как возрастать, так и уменьшаться с глубиной, в частности в связи с появлением зон трещиноватости, насы- щенных флюидами. Как следует из распределе- ния скорости распространения упругих волн в вертикальном разрезе скв. СГ-3, волноводные структуры представлены чередованием пла- стов с относительно малой мощностью (сотни метров). Можно полагать, что и латеральная протяженность таких объектов тоже невелика (до первых километров), т. е. внутренняя струк- тура волноводов изменяется в горизонтальном направлении. Таким образом, волноводы — не исключение, а правило для сложных разрезов верхней части консолидированной коры щита. Подводя итоги проведенным сейсмическим работам в районе скв. СГ-3, можно утверждать, что основные сейсмические границы в верх- ней части кристаллической коры связаны с изменениями упругих свойств среды, вы- званными различием состава пород (литолого- стратиграфические границы), либо с измене- нием физического состояния пород: раздро- бленность, дезинтеграция (тектонические гра- ницы). На многих профилях регистрируются отраженные волны от границы раздела между древними супракрустальными образованиями архея и вышележащими более поздними поро- дами. Возрастные различия, а следовательно, количество фаз наложенного метаморфизма, многообразие видов складчатости, преобразо- вание состава ведут к изменению физических свойств пород по сравнению с относительно более поздними структурно-вещественными комплексами. Сейсмическая граница между ними обусловлена различием упругих свойств, несогласностью залегания, тектонизацией кон- такта. Таким образом, Кольская скважина СГ-3 отрыла новую эпоху в изучении континен- тальной коры. Ее бурение показало, что наши знания даже о верхних слоях земной коры не- совершенны. Состав пород на глубине ниже 5 км оказался не таким, какой предполагался по косвенным геофизическим данным, и «раздела Конрада» на предполагаемой глубине не обна- ружено. Впервые получены прямые данные о составе и строении древней кристаллической коры до глубины 12 262 м. Установлено нали- чие рудной минерализации и флюидов вплоть до максимальной глубины скважины, измени- Н. В. ШАРОВ 258 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 лись представления о природе геофизических границ. Скважина Пограничная. Работы, выполнен- ные в 2001 г. предприятием «Спецгеофизика» методом ОГТ на полуостровах Средний и Рыба- чий (рис. 5), позволили получить представление о весьма сложном строении верхней части зем- ной коры. Структура сейсмического разреза достаточно четкая до глубины примерно 2,5 км (рис. 6). Здесь отмечается серия динамически выраженных «сильных» отражающих границ. Их реальное существование не могло вызывать никаких сомнений [Шаров и др., 2007]. Эти границы должны были быть зафиксированы в материалах бурения, хотя их положение по глубине могло отличаться от буровых данных на несколько процентов в силу погрешности определения скорости распространения сейс- мических волн. Структурный характер сейсми- ческого разреза позволял уверенно говорить о наличии мощного расслоенного осадочного чехла верхнего протерозоя, по крайней мере, до глубины около 2,5 км. Ниже в разрезе карти- на становится существенно нерегулярной (не- слоистой). Тем не менее предполагалось про- должение рифейских осадочных образований в виде мощных клиноформных образований на склоне щита. Их подошва предполагалась на глубине 8 км, где, возможно, могла находить- ся поверхность кристаллического фундамента AR—PR1. Геологическая интерпретация сейсмиче- ских разрезов вряд ли могла быть однознач- ной в связи с неоднозначностью трактовки стратиграфической последовательности свит и серий терригенных пород рифея, выделенных на полуостровах Средний и Рыбачий, между ними, а также с образованиями сопредельных рифейских структур. Наиболее четко выделена граница на глубине 1500 м вблизи перешейка между п-овами Средний и Рыбачий. В месте положения пробуренной на п-ове Средний скв. P-1 (Пограничной) эта граница располо- жена на глубине около 1200 м, т. е. практически точно соответствует границе между рифейски- ми породами и фундаментом (1100 м), вскрытой скв. P-1 [Сорохтин и др., 2011]. С глубин 1100—4500 м скважиной вскрыты метаморфические породы (гнейсы, мигматиты, амфиболиты и др.), вероятно, раннего докем- брия, с дайками разнотипных долеритов. Та- кое несоответствие объясняется, скорее всего, ошибкой в определении скоростных параме- тров и, как следствие, — ошибочной геологиче- ской интерпретацией разреза. Конечно, в столь сложнопостроенной среде, каковой является участок земной коры полуостровов Средний и Рыбачий, осуществлять закладку параметри- ческой скважины по профилю, выполненному единственным геофизическим методом ОГТ, было весьма опрометчиво. На перешейке полуостровов Средний и Рыбачий расположены две параметрические скважины и две поисковые скважины Р-2 (до 800 м) и К-1 (до 1000 м), которые вскрыли на глубинах 790 и 800 м тектонические брекчии с устойчивым долговременным притоком газа (метан, этан) [Сорохтин и др., 2011]. Анализ керна параметрических скважин Пограничная и Рыбачинская, пробуренных до глубин 5200 и 3001 м соответственно, показал, что вариации измеренных значений плотности и намагниченности рифейских и архейских пород по стволу скважины и их гомологов на поверхности соответствуют друг другу (см. таб- лицу) [Сорохтин и др., 2011]. Рис. 5. Изученность северо-запада Кольского полуостро- ва сейсмическими методами ОГТ и положение скважины Пограничной (Р1). Рис. 6. Глубинный разрез ОГТ и график гравитационного поля по профилю 1 [Шаров и др., 2007]. СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 259 На основе петрофизических данных о маг- нитной восприимчивости рифейских пород (см. таблицу) можно сделать вывод, что источ- ник аномального поля на изученной террито- рии — преимущественно породы архейского фундамента. Качественный анализ и оценка глубинного положения источников региональ- ной компоненты магнитного поля позволяют указать, что верхняя граница намагниченного комплекса фундамента погружается в северо- восточном направлении до глубины 5—6 км на северном побережье п-ова Рыбачий. Таким образом, материалы анализа аномального магнитного поля региона свидетельствуют о принципиальных различиях в структуре кри- сталлического фундамента полуостровов Сред- ний и Рыбачий. Роль рифейского осадочного чехла в формировании аномального поля (его локальных аномалий), вероятно, весьма незна- чительна [Сорохтин и др., 2011]. Таким образом, скв. Пограничная прошла вулканогенно-осадочные протерозойские от- ложения и на глубине 1100 м вскрыла архей- ские плагиограниты, т. е. границу между ри- фейскими породами и фундаментом (1100 м). По данным ОГТ выделены две отражающие границы на глубинах 1200 и 2300 м, которые ча- стично подтверждены результатами бурения. Скважина Гравберг. В 1985 г. проведены сейсмические исследования МОВ по серии профилей в пределах кольцевой гранитной структуры Сильян (Центральная Швеция) и их результаты сопоставлены с данными буре- ния сверхглубокой скважины Гравберг (6337 м) [Deep Driling …, 1988]. Сейсмические профили пересекают эту структуру в меридиональном и широтном направлениях. Наиболее интерес- ный результат проведения сейсмических ис- Средние значения плотности и магнитности пород по данным скв. Пограничная-1 Возраст Свита, тип пород Интервал опробования, м , г/см3 10–3, ед. СИ In, А/м Поздний рифей Землепахтинская 135—142 2,55 0,15 — Палвинская 609—783 2,68 0,39 — Пяряяврвинская 931—1090 2,70 0,36 — Архей, протерозой Плагиограниты 1092—1720 2,69 9,81 0,22 Долериты 1720—1760 2,94 11,8 1,9 Плагиосланцы 1760—2090 2,67 1,5 0,01 Плагиогнейсы 2090—2300 2,68 3,0 0,4 Биотит-амфиболовые гнейсы 2300—4375 2,77 3,96 0,91 Амфиболизированные долериты 4375—4380 3,16 31,0 7,30 следований — установление в разрезе север- ной части кольцевой структуры Сильян серии субгоризонтальных отражающих горизонтов (рис. 7). Три верхних из них вскрыты скважи- ной Гравберг. Оказалось, что горизонты связа- ны с долеритовыми интрузиями мощностью 20 и 60 м и с тонкорасслоенной зоной, мощность отдельных слоев которой 3—9 м. Интрузии проникли в гранитный массив по разломам. Отражающие горизонты обусловлены, таким образом, контактами принципиально разных пород и тектоническими плоскостями. Скважина Оутокумпу. Заложена в юго- восточной части Финляндии около отрабо- танного полиметаллического месторождения. Скважина глубиной 2516 м прошла зону кон- такта пород архей—протерозой на глубине 1310 м. Сейсмические построения (рис. 8, а) по- зволили предположить, что основные породы разреза могут быть представлены слюдистыми и черными сланцами. На глубине 1310 м про- Рис. 7. Сейсмический разрез ОГТ и положение скважины Гравберг [Deep Drilling ..., 1988]. Н. В. ШАРОВ 260 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 ходит граница между породами протерозой- ского и архейского фундамента. В интервале 1400—1900 м предполагалось наличие мета- морфических пород. Реальный разрез показал (рис. 8, б), что в верхней части скважины до глубины 1310 м вскрыты слюдистые сланцы. Интервал 1310—1515 м сложен перемежаю- щимися слоями черных сланцев, биотитовых гнейсов, серпентинитов. В интервале глубин 1655—2516 м слюдистые сланцы перемежаются со слоями биотитовых гнейсов, пегматоидных гранитов. Онежская параметрическая скважина (ОПС). Вскрыт непрерывный раннедокембрий- ский разрез мощностью 3537 м, включающий граниты фундамента позднеархейского воз- раста и главные стратоны ранних карелид, представленные ятулийским, людиковийским и калевийским надгоризонтами. В процессе бурения изучался керн, а также выполнена комплексная интерпретация материалов гео- физических исследований скважин (ГИС) и вертикального сейсмического профилирова- ния (ВСП). В интервале 2751—2944 м вскрыта толща каменной соли палеопротерозойского возраста. На рис. 9 показан сейсмотомогра- фический разрез по профилю Сямозеро—По- венецкий залив, который расположен в 17 км к северу от участка бурения ОПС. Основные скоростные характеристики разреза и предло- женная прогнозная модель [Шаров и др., 2010] подтверждены результатами бурения ОПС. Однако никто из исследователей не предпо- лагал обнаружить самую древнюю каменную соль в основании Онежской структуры. С целью обобщения и изучения изменения физических свойств горных пород с глубиной в разрезе ОПС построено несколько геолого- Рис. 8. Мигрированный разрез ОГТ, положение скважины Оутокумпу (а) и геолого-геофизический разрез (б) района бурения скважины ОU [Outokumpu, 2011]. Рис. 9. Сейсмотомографический разрез и положение Онежской параметрической скважины (ОПС). геофизических моделей — геоэлектрическая, георадиационная, геоплотностная, геомаг- нитная, геоакустическая [Онежская …, 2011]. Геолого-геофизические модели для удобства сопоставления построены однотипно. На них даны: стратиграфическая разбивка, интерва- лы отбора керна, литологическая колонка по данным ГИС с учетом результатов исследова- ний керна и шлама, кривые геофизических параметров и результаты их интерпретации, определения на керне физических свойств по- род, тонограмма и геофизическая модель. Геоэлектрическая модель. Построена по данным измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) методом бокового каро- тажа (БК), которые сопоставлены с результа- тами измерений УЭС на керне (рис. 10) [Онеж- ская …, 2011]. В целом эти данные коррелиру- ются между собой. Имеющиеся расхождения на отдельных интервалах разреза вполне объ- яснимы. Данные определения УЭС на керне могут отличаться от УЭС пород в естествен- СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 261 ном залегании вследствие недонасыщения образцов пород или насыщения их раствора- ми с минерализацией, отличной от фактиче- ской. Значения УЭС по данным БК в области высоких значений (более 40 000 Ом·м) могут быть искажены, так как аппаратура БК имеет определенный рабочий диапазон измерения. Следует также учитывать, что объем породы, Рис. 10. Геоэлектрическая модель ОПС [Онежская ..., 2011]. Н. В. ШАРОВ 262 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 на котором определялось УЭС, различен при измерениях методом БК и на образцах керна (точечное определение). Тем не менее, несмотря на эти ограни- чения, разрез четко дифференцируется по Рис. 11. Геоакустическая модель ОПС [Онежская ..., 2011]. уровню значений УЭС. Наиболее низкими значениями УЭС в разрезе характеризуют- ся интервалы, представленные породами с электронной проводимостью. К таким поро- дам относятся черные углеродистые сланцы и СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ... Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 263 шунгит-метаморфизованный каменный уголь, — переходная стадия от антрацита к графиту. В результате метаморфизма в условиях сжатия и воздействия на органические осадки высо- ких температур образуется распыленный в минеральной матрице аморфный углерод, что ведет к возникновению электронной проводи- мости. В зависимости от концентрации угле- рода различают следующие разновидности шунгита: блестящая (С +94 %), матово-серая (С +64 %) и др. Другая возможная причина возникновения электронной проводимости в породах — высокое содержание в них рудных минералов. Рассеянная вкрапленность пирита, халькопирита, пирротина достигает 15 % по данным анализа керна, а в отдельных интер- валах 30—40 %. Наиболее высокими значениями прово- димости (300—500 м См/м) и низкими — УЭС (<1,0 Ом·м) характеризуются интервалы 876— 914, 1070—1226, 1379—1439, 1762—1794, 1867— 1903 м. Есть интервалы со значениями УЭС в диапазоне 1—10 Ом·м. Возможно, это связано с вариациями концентраций углерода и руд- ных минералов в породах, что позволяет клас- сифицировать разрез на породы с высоким, средним и низким содержаниями минералов, обеспечивающих возникновение электронной проводимости. Другой тип аномалии УЭС обнаружен в интервале 2751—2944 м. По данным БК УЭС составляет 10—100, по данным исследований керна — 4—100 Ом·м. Рассматриваемый интер- вал представлен каменной солью с прослоями сульфатизированных пород. Понижение УЭС относительно ожидаемых обусловлено иска- жением показаний БК в интервалах развития каверн диаметром свыше 0,5 м и осолонением высокоминерализованными рассолами пород, залегающих в этой толще. В свою очередь, ре- зультаты измерения УЭС на образцах пород, слагающих прослои в соленосной толще, могут быть занижены вследствие насыщения их при лабораторных измерениях высокоминерали- зованной жидкостью с концентраций солей выше, чем в естественном залегании. В надсолевой части разреза диапазон УЭС пород составляет от 100 до 40 000 Ом·м и бо- лее. Наиболее высокоомны интрузивные по- роды: долериты и габбро-долериты (более 40 000 Ом·м). УЭС ангидрит-магнезитов и анги- дритов отличается стабильностью по разрезу и составляет в среднем 20 000 Ом·м. В подсолевой части разреза УЭС гранитов и гранито-гнейсов максимальное. Оценить реальные УЭС грани- тоидов сложно, так как их значения находятся за пределами диапазона измерений используе- мой аппаратуры. Геоакустическая модель. При построении геоакустической модели использованы резуль- таты обработки широкополосного акустиче- ского каротажа (АКШ), ВСП, а также исследо- ваний керна. Сопоставление между собой ве- личин скоростей распространения продольной и поперечной акустических волн, оцененных этими методами, показывает, что в большей ча- сти разреза они хорошо коррелируются между собой (рис. 11). Заметное расхождение между данными ВСП и АКШ отмечается ниже глуби- ны 2700 м против галитовой толщи и гранитов архея. Это вызвано как возможным влиянием на АКШ кавернозности ствола скважины в указанной части разреза, так и чередованием интервалов пород, характеризующихся раз- личными коэффициентами отражения упру- гих волн. Именно в таких частях разреза от- мечаются расхождения в значениях V и VS, оцененных двумя различными независимыми методами. Следует также учитывать, что раз- решение по глубине данных АКШ выше, чем при ВСП. Результаты определения скоростей на образцах керна в целом хорошо согласуются с данными АКШ [Онежская …, 2011]. Рассчитанные значения коэффициента Пуассона изменяются по разрезу в реальном диапазоне значений 0,20—0,30. Весь комплекс использованных параметров: V , VS, коэффици- ент Пуассона, коэффициент отражения, аку- стическая жесткость (V δп) по данным АКШ, ВСП и исследований керна позволил устано- вить глубины нахождения отражающих границ и построить геоакустическую модель. Разрез расчленен на 14 толщ по уровню средних значений акустических параметров, характеру строения, с учетом глубин нахож- дения отражающих границ. Полученные ре- зультаты сопоставлены с глубинами залега- ния сейсмических реперов по результатам комплексного анализа волновых полей ВСП и ГИС. В целом глубины сейсмоотражающих реперов согласуются с построенной геоаку- стической моделью. Исключение составля- ет сейсмический репер А, приуроченный к кровле ангидрит-магнезитовой толщи (глуби- на 2427 м). На данной глубине не отмечается какого-либо значительного изменения акусти- ческих или других геофизических параметров, за исключением повышения содержания урана по данным СГК (интервал 2405—2417 м). Отра- жающие границы приурочены либо к глубинам Н. В. ШАРОВ 264 Геофизический журнал № 4, Т. 34, 2012 скачкообразного изменения акустических па- раметров и плотности пород, обусловленных сменой петротипа, либо к глубинам развития зон трещиноватости [Онежская …, 2011]. Вскрытие скважиной соленосной толщи палеопротерозойского возраста — уникальное событие мирового масштаба, которое требует дальнейшего изучения и осмысления как с по- зиций ее генезиса, так и площадного распро- странения. Выводы. При глубинном бурении получены прямые данные о составе и строении верхней части кристаллической коры до глубины 12 км, которые показали, что мы ничего не знаем о континентальной коре. Эти данные заставили в значительной мере изменить представления, существовавшие раньше. Результаты геофизи- ческих исследований при бурении глубоких скважин на Фенноскандинавском щите за- ставляют исследователей по-другому относить- ся к интерпретации геолого-геофизических данных. Только результаты бурения глубоких скважин в кристаллической коре позволяют получить сведения о вещественном составе пород и петрофизических характеристиках, что способствует построению объективного геолого-геофизического разреза верхней ча- сти земной коры. Список литературы Березовский Н. С., Галдин Н. Е., Кузнецов Ю. И. Гео- физические исследования сверхглубоких сква- жин (Кольский и Новоелховской) как основа интерпретации геологического строения кри- сталлического фундамента. — Тверь: АИС, 2006. — 395 с. Кольская сверхглубокая. Исследование глубинно- го строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины / Отв. ред. Е. А. Козловский. — Москва: Недра, 1984. — 490 с. Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований / Отв. ред. В. П. Орлов, Н. П. Лаве- ров. — Москва: МФ «ТЕХНОНЕФТЕГАЗ», 1998. — 260 с. Криворожская сверхглубокая скважина СГ-8 / Под ред. Е. М. Шеремета. — Донецк: Ноулидж, 2011. — 555 с. Литвиненко И. В. Сейсмический метод при изуче- нии глубинного строения Балтийского щита // Зап. ЛГИ. — 1963. — 46, вып. 2. — С. 3—13. Онежская палеопротерозойская структура (геоло- гия, тектоника, глубинное строение и минера- гения) / Отв. ред. Л. В. Глушанин, Н. В. Шаров, В. В. Щипцов. — Петрозаводск: КНЦ РАН, 2011. — 431 с. Проблемы комплексной интерпретации геолого- геофизических данных / Отв. ред. В. А. Глебо- вицкий, Н. В. Шаров. — Ленинград: Наука, 1991. — 224 с. Сорохтин Н. О., Козлов Н. Е., Куликов Н. В., Глаз- нев В. Н., Чикирев И. В. Эволюция северо- западной части Тимано-Варангерского нефтега- зоносного бассейна // Вестник КНЦ РАН. — 2011. — 3, № 6. — С. 3—20. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Лапландско-Печенгский район / Отв. ред. Н. В. Шаров. — Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1997. — 226 с. Федынский В. В., Ризниченко Ю. В. Изучение зем- ной коры // Вестник АН СССР. — 1962. — № 6. — С. 86—89. Шаров Н. В., Исанина Э. В., Пожиленко В. И., Сту- пак В. М. Повышение достоверности геологиче- ских моделей земной коры района полуостровов Средний—Рыбачий на основе комплексирования сейсмических методов ОГТ, ГСЗ, МРС // Урал. геофиз. вестник. — 2007. — № 4. — С. 98—105. Шаров Н. В., Клабуков Б. Н., Рычанчик Д. А. Геолого- геофизическая модель строения земной коры Онежской структуры // Геофиз. журн. — 2010. — 30, № 3. — С. 132—139. Шаров Н. В. Литосфера Балтийского щита по сейс- мическим данным. — Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1993. — 145 с. Deep Drilling in Crystalline Bedrock. Vol. 1: The Deep Gas Drilling in the Siljan Impact Structure, Sweden and Astroblemes / Eds A. Boden, K. G. Eriksson. — Berlin Heidelberg: Springer—Verlag, 1988. — 364 p. Koistinen T., Stephens M. B., Bogachev V., Nordgulen O., Wennerström M., Korchonen J. Geological map of the Fennoscandian Shield, scale 1:2 000 000. — Geol. Survey of Finland, Norway and Sweden and North- West Depatment of Natural Resources of Russia, 2001. Outokumpu Deep Drilling Project 2003—2010. Geologi- cal Survey of Finland / Ed. I. T. Kukkonen. — Espoo, 2011. — Spec. Pap. 51. — 252 p.

Сопоставление геофизических разрезов земной коры с результатами бурения глубоких скважин на Фенноскандинавском щите

Institution

Similar Items