Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Геологическое время (млн лет)

Рис. 2.46. Сопоставление кривых погружения фундамента для сква­ жин Уренгойского района Западной Сибири [Е. А. Третьякова, неопубли­ кованные результаты].

В эволюции Днепровского бассейна в девонско-триасовое время на основе анализа истории погружения (рис. 2.48) выделяются следую­ щие эпохи: средний девон — медленное предрифтовое погружение; поздний девон — главная полифазная стадия рифтогенеза; турнераннее визе — замедление погружения; позднее визе-поздний карбон — быстрое пострифтовое погружение с плавным уменьшением амплитуды к концу эпохи; граница карбона и перми-ассельский век — эпоха ускоренного погружения, сопровождавшаяся сбросообразованием; сакмарский век-середина перми — замедление погружения и по­ следующее вероятное воздымание и некоторая эрозия; примерно гра­ ница перми и триаса и в раннем триасе — быстрое погружение. Даль­ нейшая история также сопровождалась переменной во времени скоро­ стью погружения бассейна.

319

Г е о л о г и ч е с к о е в р е м я (м л н л е т )

400 350 300 250 200 150 100 50 0

5

(О

ь

1

(D

2

(О q I

■е-

а) S X

о

£

Q.

L—

О

IZ

Рис. 2.48. Усредненная по профилю история погружения ДнепровоДонецкого бассейна [Ершов, 1997].

На модели (рис. 2.48) ясно видна девонская рифтовая фаза, камен­ ноугольная фаза быстрого погружения и предтриасовая крупномас­ штабная эрозия в южной части профиля.

2.6.6. ВЫВОДЫ

Как видно из примеров, приведенных выше, результаты, получен­ ные при двухмерном моделировании хорошо сопоставимы с результа­ тами, полученными одномерным моделированием. Двухмерное модели-

320

рование — оптимальный путь для анализа сейсмических профилей. Кроме того, результаты двухмерного моделирования по профилю на­ много более наглядно показывают историю погружения и заполнения осадочного бассейна, особенно в случае его сложной структуры (нали­ чие клиноформных комплексов, разломов). Как и одномерное модели­ рование, двухмерное моделирование позволяет наложить на модель по­ гружения осадочного бассейна модель тепловых процессов в осадочном бассейне, получая в результате модель генерации углеводородов.

2.7. РЕОЛОГИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ РАЙОНОВ ОСАДОЧНЫХ БАССЕЙНОВ

Физические принципы и математический аппарат, положенные в основу реологических моделей, описаны в гл. 2.4. Для реальных усло­ вий реологическое моделирование позволяет установить жесткость ли­ тосферы в различных регионах и эффективную упругую толщину ли­ тосферы, и, исходя из этих параметров, установить возможные вариан­ ты деформации литосферы при различных нагрузках и при различных стилях деформации (сжатие и растяжение).

График, характеризующий изменение реологии литосферы с глу­ биной (рис. 2.28) (профиль предельной жесткости), показывает рас­ пределение напряжения в литосфере в зависимости от минерального состава и термического режима литосферы. По горизонтальной оси графика влево откладывается напряжение растяжения, вправо — на­ пряжение сжатия, по вертикальной оси — глубина.

Отдельные части графика в случае континентальной литосферы характеризуют отдельные реологические слои литосферы. Рассмотрим профиль напряжения для одного такого слоя. Верхняя часть фигуры отвечает хрупкой деформации с линейной зависимостью напряжения от глубины, определяемой правилом Бирли. Далее ниже перегиба на­ ходится область вязкоупругих деформаций. Ближняя к 0 (до 200 МПа) область отвечает степенной ползучести, дальняя (от 200 МПа) об­ ласть — ползучести с нарушенным степенным законом.

Важное значение для характеристики реологических свойств лито­ сферы имеет эффективный упругий модуль, определяемый как отно­ шение напряжения к полной деформации в каждой точке литосферы при данном уровне напряжений.

Площадь фигуры, ограниченной профилем эффективного упругого модуля, характеризует жесткость литосферы в целом, а положение центра тяжести фигуры определяет положение эффективной средней поверхности литосферы.

С точки зрения механики в первом приближении реологические свойства литосферы могут быть промоделированы реологическими свойствами тонкой упругой пластинки, называемой эквивалентной уп­ ругой пластинкой. Она характеризуется двумя параметрами: толщиной и положением эффективной средней поверхности. В применении к ли­ тосфере они носят название эффективной упругой толщины литосфе­ ры (ЭУТ) и эффективной средней поверхности литосферы (ЭСП). ЭСП характеризует преддеформационную структуру литосферы.

При наличии значительных неоднородностей в литосфере, напри­ мер, присутствии сильно утоненной континентальной или океаниче­ ской коры в центральной части моделируемого профиля, линия ЭСП значительно отклоняется от горизонтали и является фактором, значи­ тельно влияющим на будущую деформацию (рис. 2.49).

С точки зрения специалиста-геолога процесс моделирования рео­ логии литосферы состоит в следующем:

—изучение карт физических полей региона. Необходимы сле­ дующие детальные карты: карта топографии региона, карта подошвы осадочного чехла, карта мощностей верхней коры, карта мощностей земной коры, карта теплового потока региона. Желательно использо­ вание карты аномалий гравитационного поля. Для случая океаниче­ ской литосферы необходимо время ее развития;

—сопоставление карт и планирование точек для просчетов реоло­ гических параметров литосферы. Занесение в программу исходных данных: мощностей осадочного чехла, верхней и нижней коры, тепло­ вого потока, возможного предизгиба литосферы, возраста океаниче­ ской коры;

—просчет программой и получение конечных точечных моделей реологии литосферы;

—получение программой точек эффективной срединной поверх­ ности литосферы (соответствует середине эффективно упругого слоя литосферы). Получение эффективной упругой толщины литосферы;

—построение реологических профилей и профилей эффективной упругой толщины литосферы;

—снятие координат точек построения реологических моделей и со­ ставление файла данных вида: широта-долгота-глубина срединной ли­ нии литосферы (или толщины эффективно упругого слоя литосферы);

—выбор метода построения изолиний и построение карт изолиний. Таким образом, можем получить распределение реологических ве­

личин в пространстве на современный момент времени. На этой карте можно произвести районирование по степени жесткости литосферы и сделать предположения о возможном стиле деформаций в регионе для настоящего времени.

322

Полученные реологические профили толщины эффективно упру­ гого слоя литосферы являются исходным материалом для моделей раз­ вития региона по типу изгиба балки (изгиб предварительно деформи­ рованной литосферы с неоднородной эффективно упругой толщиной при действии на нее напряжений сжатия и получающейся полудлиной волны деформаций, близкой к характеристической полудлине волны литосферы).

Для примера применения реологического картирования взята тер­ ритория к югу от Восточно-Европейской платформы. Основными объ­ ектами для построения моделей являются Черное море (бассейн на ко­ ре океанического типа, возраст коры около 100 млн лет), южная часть Каспийского моря (бассейн на коре океанического типа, возраст коры около млн лет), Прикаспийская впадина (кора океанического типа, воз­ раст — 100 млн лет), ороген Большого Кавказа, предкавказский крае­ вой прогиб, южная часть Восточно-Европейской платформы (древняя платформа). Для построения данной модели взято 25 точек, принцип установки точек заключается в следующем: точки ставятся в центрах основных объектов реологической карты, а также по границам этих объектов. Полученная карта представлена на рис. 2.50. При рассмот­ рении этой модели легко можно выделить области с реологически сильной корой — впадины с корой океанического типа и холодную ли­ тосферу древнего кратона и области с реологически слабой корой — орогены. На рис. 2.49 представлен реологический профиль через бас­ сейн, близкий по структуре коры к Западно-Черноморской или ЮжноКаспийской впадинам. Видно, что центральная часть профиля более жесткая, и существует изгиб срединной линии литосферы. Это пред­ положение может объяснять возможный механизм быстрого неогенчетвертичного проседания Черноморского и Южнокаспийского бас­ сейнов при сжатии (Коротаев, 1998).

Отметим, что расчет реологических параметров литосферы явля­ ется необходимой процедурой для объяснения процессов быстрых тек­ тонических движений в регионах с резко неоднородным строением земной коры.

2.8. МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ПАЛЕОСТРУКТУРНЫХ ПЛАНОВ

Реконструкции палеоструктурных планов с целью анализа текто­ нической истории региона широко применяются в геологии на протя­ жении многих десятилетий. Суть данного метода исследования сво­ дится к последовательному построению палеоструктурных карт для изучаемого региона, выявлению на основе их анализа главных тенден-

324