Гравитационная модель коры и верхней мантии Северной Евразии

Содержание

Аннотация

1. Введение

2. Принципы гравитационного моделирования

3. Исходные данные и базовая плотностная модель коры

4. Остаточные (мантийные) аномалии гравитационного поля

5. Изостатические аномалии силы тяжести

6. Заключение

Литература

Аннотация

Построена цифровая плотностная модель коры Северной Евразии и рассчитано ее гравитационное влияние. Эта модель включает вариации мощности и плотности осадочного чехла и консолидированной коры, полученные на основании обобщения сейсмических и геологических данных и оцифрованные на сетке 1^o 1^o в пределах области 30^o с.ш.-75^o с.ш., 14^o з.д.-195^o в.д. После удаления аномального поля модели из наблюденного гравитационного поля, рассчитаны остаточные мантийные аномалии. Мантийные аномалии явно разделяются на две составляющие, которые отображают влияние различных факторов:

1. Региональная компонента в первом приближении не коррелирована со структурами коры и отображает крупномасштабные особенности строения литосферы Евразии, предположительно связанные с особенностями ее термического режима. Для северной и центральной частей Евразии характерны интенсивные положительные аномалии, а для Западной Европы и Юго-Восточной части Азии - отрицательные. Региональная часть мантийных гравитационных аномалий соответствует распределению скоростей поперечных волн, полученных методами сейсмической томографии.

2. Локальная составляющая поля мантийных аномалий с длинами волн менее 2000-2500 км имеет ясную привязку к конкретным тектоническим структурам. Максимальные положительные аномалии с амплитудами превышающими 100 мГал характерны для некоторых структур в пределах Восточно-Европейской платформы (Балтийский щит, Воронежский массив) и Восточной Сибири (Тунгусская синеклиза). К западу от линии Тессейра-Торнквиста четко прослеживается цепь отрицательных мантийных аномалий: Венгерская впадина - Рейнский Грабен - Центральный Французский массив. В центральной Азии наиболее ярко выраженная зона отрицательных мантийных аномалий расположена к юго-западу от Байкала, примерно в районе Хамар-Дабана. Можно предположить, что эти аномалии связаны с внедрением аномальной легкой мантии. Интенсивные отрицательные мантийные аномалии имеют место вдоль восточной границы Евразии, они связанны с окраинными морями. Для всей изученной территории построена новая карта изостатических аномалий силы тяжести. В отличие от предыдущих работ, для ее построения использовались реальные данные о строении коры, включая вариации мощности и плотности осадочного чехла и консолидированной части коры. Отход от традиционной схемы Эри позволил во многих случаях пересмотреть существующие представления об изостатической уравновешенности структур коры. В частности, существенно редуцированы по сравнению с предыдущими картами изостатические аномалии, расчитанные для Южного Каспия, Тянь-Шаня и Урала.

1. Введение

Плотностные неоднородности верхней мантии, связанные с аномалиями поля температур и химического состава, являются одной из главных движущих сил как вертикальных, так и горизонтальных движений литосферных блоков. Гравитационное поле содержит информацию об этих неоднородностях. К сожалению, наблюденное гравитационное поле отображает также влияние практически всех неоднородностей Земли. Таким образом, для выделения мантийной составляющей необходимо максимально очистить наблюденное гравитационное поле от посторонних влияний, в первую очередь определить и устранить эффект коры, который с одной стороны является наиболее значительным, а с другой, - может быть достаточно надежно определен независимо от гравитационного поля по априорным (в основном сейсмическим) данным. Остаточные аномалии силы тяжести, которые с точностью до надежности исходной модели коры можно назвать мантийными аномалиями, лучше всего подходят для геодинамических построений и определения характера и интенсивности процессов, приводящих к эволюции литосферы и Земли в целом.

Попытки расчета мантийных гравитационных аномалий производились уже на первых профилях ГСЗ, однако построение полноценных трехмерных моделей оказалось возможным только после накопления достаточного количества исходных данных о строении коры. Первая гравитационная модель литосферы для значительной части территории Северной Евразии была построена в работах [Artemjev et al., 1993, 1994a, 1994b], однако, на настоящий момент данные, использованные в этой работе, в значительной степени устарели. В частности, стали доступны сверх длинные профили ГСЗ общей протяженностью в несколько десятков тысяч километров, дающие новую уникальную информацию о строении коры и верхней мантии для значительной части Сибири и Восточно-Европейской платформы [Egorkin, 1998; Kostyuchenko et al., 1999]. Кроме того, в указанных выше работах отсутствует серьезный анализ плотностных неоднородностей консолидированной коры. Существует ряд работ, в которых рассчитаны мантийные аномалии для ряда регионов Северной Евразии. В работе [Yegorova and Starostenko, 1999] анализируется плотностная модель литосферы для части Восточно-Европейской платформы и Западной Европы. Она также основана на устаревших данных о строении коры. В работе [Kaban et al., 1998] построена плотностная моде