Строение и история развития литосферы

Коллектив авторов

3. Структуры земной коры

Сейсмический профиль пересекает главные раннедокембрийские провинции восточной части Фенноскандинавского щита: Беломорскую, Карельскую и Кольскую, а также Онежско-Кандалакшский палеорифт.

Земная кора западной части сухопутного участка профиля отличается более однородным сейсмотомографическим разрезом с плавными пологими границами (рис. 3). На профиле МОВ-ОГТ она имеет здесь четко выраженное слоистое трехчленное строение: верхняя, средняя и нижняя кора (рис. 5 Б). Эта часть профиля представляет собой устойчивую архейскую континентальную кору.

Рис. 5 А. Схема геологического строения Северной Карелии (Слабунов, 2008 и ссылки там) и расположение сейсмического профиля 4В. 1 – фанерозойские щелочные комплексы; 2 комплекс коронитовых (гранатовых) габбро; 3–8 – палеопротерозойские образования: 3 – ятулийские (2,32,0 млрд.

лет) вулканогенные и осадочные комплексы; 4 – дайки долеритов (Карельская провинция); 5 – дайки габброноритов (Карельская провинция); 6 – комплекс лерцолитов-габброноритов (Беломорская провинция); 7 – расслоенные интрузии; 8 – метачарнокиты топозерского типа; 9 – граниты нуоруненского типа; 10 – комплекс габброанортозитов; 11 – сумийские, сариолийские (2,52,3 млрд. лет) вулканогенные и осадочные комплексы, 12 – неоархейский эклогитсодержащий комплекс; 13 – эндербиты; 14 – санукитоиды (2,742,72 млрд. лет); 15 – гранулиты Вокнаволокского комплекса; 16 – неоархейские зеленокаменные комплексы; 17 – гранитоиды Беломорской провинции; 18 – мезоархейские зеленокаменные комплексы; 19 – глубокометаморфизованные зеленокаменные комплексы; 20 – мезоархейские парагнейсы; 21 – возможные аналоги офиолитов; 22 – гранитоиды Карельского неоархейского кратона; 23 – разломы; 24 – палеопротерозойские надвиги. Б. Мигрированный временной разрез МОВ-ОГТ, профиль 4В (Глубинное строение и эволюция…., 2001). В. Геологогеофизический разрез по профилю 4В. 1 – палеопротерозойские вулканогенные и осадочные образования; 2 – тектонический ансамбль из пластин неоархейских гранитогнейсов, мезо– и неоархейских зеленокаменных комплексов и палепротерозойские метачарнокитов; 3, 4 – неоархейские образования Центрально-Карелького террейна: 3 – гранитоиды, редкие зеленокаменные образования и санукитоиды, 4 – гранитоиды, рои даек базитов; 5 – мезо– и неоархейские образования террейна Кианта (гранитоиды, зеленокаменные комплексы, гранулиты), 6 – нижняя кора; 7 – граница Мохо; 8 – палеопротерозойские надвиги; 9 – сейсмоотражающие поверхности.

Кора восточной части сухопутного участка профиля имеет другое строение. Здесь отсутствует четкое слоистое строение земной коры. Верхняя часть разреза ОГТ состоит из наклоненных полого на восток границ, постепенно выклинивается контрастная нижняя кора и сменяется однородной. Эта часть профиля соответствует зоне надвига по которому комплексы Беломорской провинции, надвинуты на образования Карельского кратона.

По данным ГСЗ слабо изменяется скоростная модель земной коры. В верхней ее части до глубины 5 км скорость нарастает от 5,9 до 6,3 км/с, затем наблюдается зона инверсии скорости (Глубинное строение…, 2004). Глубина до подошвы инверсионной зоны, до границы К₁, изменяется вдоль сухопутного участка профиля от 16 км на западе до 10 км на востоке. Скорость под указанной зоной также изменяется от 6,5 км/с на западе до 6,3 км/с на востоке. На глубине 30 км выделена граница К₂ с предполагаемым скачком скорости от 6,7 до 6,8 км/с. В низах коры скорость увеличивается до 7,0 км/с. Граница М прослежена как отражающий горизонт со скачком скорости на ней от 7,0 до 8,0 км/с. Мощность коры – 40 км, она практически не меняется вдоль всего сухопутного участка профиля.

В результате сейсмических работ МОГТ, ГСЗ, сейсмоакустического профилирования вдоль южной части профиля 3-АР были выделены основные горизонты в разрезе осадочного чехла и консолидированной коры. Результаты представлены на геолого-геофизическом разрезе (Рис. 4 В). При построении геолого-геофизического разреза использованы результаты построений по данным ОГТ в Белом море (МАГЭ), обобщений комплексных геофизических данных о строении земной коры Беломорского региона (Строение российской…, 2005). Кроме того, использованы результаты работ глубинных сейсмических исследований по профилю 4В (рис. 5 Б), выполненных ФГУ ГНПП «Спецгеофизика» в 1999–2000 гг. по линии Кемь-Калевала (Глубинное строение…, 2001).

В качестве опорной модели для кристаллической коры исследуемого региона выбрана трехслойная модель со скоростями продольных волн 5,8–6,4 км/с в верхнем слое (верхний этаж), 6,5–6,7 км/с в среднем и более 6,8 км/с в нижнем. Слои разделены отражающими горизонтальными К₁ и К₂ и отделены от верхней мантии границей М со скоростью 8.0–8.2 км/с. Граница К₂, скорее всего, обусловлена изменением реологических свойств пород на больших глубинах и поэтому с ней не связано изменение плотности. Из опыта моделирования, граница К1, чаще всего, отражает изменение петрофизических свойств – увеличение основности пород разреза, что, как правило, отражается в увеличении плотности.

Граница К₁ залегает на различных глубинах, в верхней части коры имеются высокоскоростные внедрения и низкоскоростные пропластки мощностью 3–8 км в отдельных блоках. Отмечается общая тенденция уменьшения ее глубины до 13–15 км в юго-восточной части Кольской провинции, в меньшей степени в Беломорской и пограничной с ней части Карельской. На остальной территории мощность верхней коры изменятся от 17 до 20 км.

Граница К₂ описывает несколько иную картину, чем по вышележащему горизонту К₁. Локальный подъем этой границы до 18–20 км отмечается в районе геотраверса 3-АР в Белом море и под Мезенской структурой до 25 км и на Кольском

полуострове, на фоне средних глубин 28–30 км в других частях региона.

Следует также отметить, что в нижней коре Беломорской и Кольской провинций выделяются высокоскоростные (Vp > 7,5 км/сек) слои начиная с глубин 26 км, в Карельской его верхняя граница, по-видимому, находится глубже (рис. 3 А).

Поверхность Мохоровичича. Известно, что совокупность различных сейсмических методов дает достаточно надежные сведения об изменении глубины залегания М на площади (рис. 6). Граничная скорость на М по продольным волнам изменяется в восточной части Фенноскандинавского щита от 7,9 до 8,3 км/с с преобладающими значениями 8,1–8,2 км/с. Мощность земной коры региона изменяется от 30 до 45 км. Максимальная мощность установлена в зоне сочленения Беломорской и Карельской провинций (до 46 км). Минимальная мощность коры зафиксирована в районе Мезени – 30 км. Мощность земной коры на западе Кольского полуострова составляет 40–45 км, на востоке – 36–38 км, в Белом море она достигает 40–42 км, на юго-восточном склоне щита – 45–50 км.

Рис. 6. Схема мощности земной коры по сейсмическим данным

4. Геологическая и геодинамическая интерпретация сейсмотомографической модели профиля

Комплексный анализ геологических и сейсмических данных (с учетом вариаций гравиметричесих и магнитных полей в регионе) позволяет построить геолого-геофизический разрез земной коры по профилю Калевала – Кемь – горло Белого моря (Рис. 7). На разрезе удается проследить структуру земной коры на всю ее мощность, понять особенности строения отдельных блоков (террейнов), а также их соотношение.

Рис. 7. Геолого-геофизический разрез земной коры по линии Калевала – Кемь – горло Белого моря по данным сейсмотомографического профиля «Суша-Море» (показан на рисунке), профилей МОВ-ОГТ 3-АР (Кемь-горло Белого моря) и 4В (Кемь – Калевала) 1–13 – структуры верхней и средней коры: 1 – неопротерозойская палеорифтовая системы Белого моря; 2–6 – структуры Кольской провинции: 2 – палеопротерозойские (?) высокоскоростные мафит-ультрамафитвые массивы, 3 – Колвицкий и Умбинский террейны, 4 – Терский террейн, 5 – Стрельнинский террейн, 6 – Сосновский террейн; 7–9 – Структуры (террейны) Беломорской провинции: 7 – Керетьозерский (гранит-зеленокаменный); 8 – Серякско-Гридинский (гранит-зеленокаменно-эклогитовый), 9 – топозерский (метачарнокитовый); 10–13 – структуры Карельской провинции: 10 – Палеопротерозойские палеорифтогенные (Шомбозерская, Каллиоярвинская); 11, 12 – Центрально-Карельский террейн, 11 – восточный фрагмент (неоархейские гранитоиды, санукитоиды, зеленокаменные комплексы), 12 – западный фрагмент (неоархейские гранитоиды, палеопротерозойские рои даек базитов); 13 – террейн Кианта (мезо– и неоархейские гранитоиды, зеленокаменные комплексы, гранулиты); 14–18 – Структуры нижней коры: 14 – сейсмически контрастный слой Карельского кратона, пунктирная линия – его верхняя граница; 14 – сейсмически малоконтрастный слой Беломорской провинции и зона ее контакта с кратоном; 16 – высокоскостной (Vp – более 7,5 км/сек) слой Беломорской провинции; 17 – нижнекоровый слой Кольской провинции; 18 – высокоскостной (Vp – более 7,5 км/сек) слой Кольской провинции; 19 – сейсмоотражающие поверхности на профилях МОВ-ОГТ: а – надвиги; б – границы сейсмически контрастных комплексов; в – разломы; 20 – граница Мохо

На профиле отчетливо выделяются Карельская, Беломорская и Кольская провинции. Каждая из их состоит из отдельных блоков, которые будет правильно интерпретировать как террейны, т. к. границы их имеют тектоническую природу, а история развития соседних фрагментов коры как правило различается (Балаганский и др., 1998, 2006; Слабунов и др., 2006а).

В составе Карельской провинции, с запада на восток выделяются четыре главных структуры: восточная часть террейна Кианта, два фрагмента Центрально-Карельского террейна, разделенные палеопротерозойской Каллиоярвинской структурой и Шомбозерская структура, сложенная тектоническими пластинами из палеопротерозойских осадочных, вулканогенных и интрузивных пород. Последняя располагается на границе кратона с Беломорской провинцией. Представленная модель восточной части профиля, не повторяя полностью интерпретации других исследователей (Колодяжный, 2005; Минц и др., 2001, 2007, Самсонов и др., 2001), в целом согласуется с ними, отличаясь иными представлениями о соотношении террейнов. Вероятно, в неоархее к относительно древнему (с возрастом коры 3,1–2,65 млрд лет) континентальному блоку Кианта был аккретирован более молодой (с возрастом коры 2,8–2,65 млрд. лет) Центрально-Карельский террейн. Неоархейский надвиг сохранился как погружающаяся на восток граница между террейнами Кианта и западной пластиной Центрально-Карельского (рис. 7). В раннем палеопротерозое сформировались рифтогенные структуры Шомбозерская и Каллиоярвинская. В ходе коллизионных процессов при формировании Свекофеннского и Лапландско-Кольского орогенов, континентальная кора Беломорского сегмента была надвинута на Центрально-Карельский – по Шомбозерскому шву, а по Каллиоярвинской системе рифтогенных разломов на Центрально-Карельский террейн надвинут ансамбль из двух составляющих (рис. 7).