Трехмерные геологические структуры, восстановленные по годографам преломленных волн (Белое море, Норильский регион) и разрез по профилю ФЕННОЛОРА с учетом кривизны Земли

В начале 60-х годов проверка результатов интерпретации данных
корреляционного метода преломленных волн (КМПВ) бурением показала
значительные ошибки в определении глубин горизонтов (фундамента, в частности) на
Русской платформе. Интерпретационной моделью тогда являлась слоисто-однородная
среда с постоянными скоростями в слоях и резкими практически
субгоризонтальными – слабо криволинейными границами раздела 1-го рода. Доверие
к этому методу снизилось, и мир перешел к сейсмическим измерениям методом
отраженных волн – методу общей глубинной точки, где тоже имеются значительные
проблемы, в частности, при определении скоростей, а значит и глубин. При
исследованиях методом глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ), который в
основном основан на регистрации преломленных волн, интерпретация стала
проводиться методом моделирования, т. е. методом подбора решений прямой задачи.
Решение обратной задачи при работах методом преломленных волн в настоящее
время практически не используется.
Способ однородных функций дает автоматическое устойчивое решение
обратных задач метода преломленных волн для моделей среды с горизонтальным и
вертикальным градиентом скорости с произвольными границами раздела и
волноводами, т.е. для самых общих моделей сейсмических сред.
В диссертации доказывается, что применение модели среды с однородной
функцией скорости возрождает метод преломленных волн в его классическом
варианте. Это показывается в случае интерпретации современных исследований МПВ
в Белом море, переинтерпретации данных КМПВ прошлых лет в Норильском
регионе и на примере сверх глубоких исследований мантии на Скандинавском
полуострове. Во всех случаях новая интерпретация позволила дать существенно
новые сведения о геологическом строении регионов и получить весьма детальные
трехмерные образы исследуемых сред. Установлены мощности земной коры,
скоростные параметры, волноводы, области с повышенными скоростями, переходная
зона кора – мантия, глубинные разломы и другие структуры.
Достоверность исследований подтверждается хорошим совпадением
скоростных кривых в точках пересечения профилей, разрезы по которым вычислены
автоматически и независимо друг от друга.
Актуальность проблемы
 Определение возможностей метода однородных функций в условиях детальных
площадных работ является актуальной проблемой в связи с новой интерпретацией
данных метода преломленных волн;
 Белое море – это одно из внутренних морей России. Его структуры
взаимосвязаны с прилегающей к нему сушей. Интерес последних лет к региону
Белого моря связан с возможной нефтегазоносностью его прогибов.
 Обработка и переинтерпретация сейсмических данных прошлых лет –
экономически обоснованное решение, которое дает дополнительную информацию о
геологическом строении региона. Вследствие этого, возможность получения новой
информации посредством переобработки и переинтерпретации сейсмических данных
прошлых лет на основе двухмерно-неоднородной модели среды в Норильском
регионе, без привлечения дорогостоящих региональных геофизических работ также
весьма актуальна;
 Изучение глубинного строения Балтийского щита имеет решающее значение
для понимания и исследования проблем эволюции земной континентальной коры и, в
особенности, ее европейской части. Впервые на сейсмическом разрезе в районе
Балтийского щита на глубинном профиле ФЕННОЛОРА автоматически прослежен в
астеносфере непрерывный мощный высокоскоростной и высокоградиентный слой,
погружающийся к северу.
Цель работы
1. Изучение сложной, неоднородной литосферы в Балтийском регионе и строения
коры в районе Норильска по данным метода преломленных волн;
2. Определение возможности метода однородных функций в условиях очень
детальных площадных сейсмических исследований, а также для построения разрезов
по данным сверхдлинных сейсмических профилей.
Основные задачи исследования:
1. Выбор оптимального графа обработки годографов волн путем перебора
параметров (интервалы интерполяции в отношении приемников и источников, размер
сетки поля скорости при построении разрезов);
2. Автоматическое построение сейсмических разрезов и горизонтальных карт-
срезов с использованием возможностей метода однородных функций;
3. Трехмерная геологическая интерпретация полученных разрезов и
горизонтальных карт-срезов;
4. Сравнение полученных разрезов с разрезами по данным предыдущих
исследований;
5. Выявление и обоснование ранее неизвестных глубинных структур регионов,
полученных по результатам исследований;
6. Обоснование достоверности разрезов.
Научная новизна исследований
1. Впервые по годографам преломленных волн автоматически в центральной
части Белого моря, в осадочном слое и верхней коре выявлена четко выраженная
впадина (провал), ограниченная разломами, размерами по горизонтали 150х100 км и
глубиной до 12 км с низким градиентом скорости.
2. Впервые в Норильском регионе автоматически построены разрезы и карты-
срезы, на которых получено изображение выступа фундамента сложной формы
размерами 250х150 км и высотой до 5 км. Его облекают рифейские и более молодые
осадочные отложения, имеющие относительно спокойные формы. Свод фундамента
осложнен разломами и поднятиями, также существуют крупные надвиговые и
складчатые структуры. В центральных частях области исследования прослеживается
на картах-срезах цепь до четырех небольших провалов на глубинах от 3 до 6 км,
положение которых изменяется с глубиной разрезов.
3. Впервые на сейсмическом разрезе в районе Балтийского щита на глубинном
профиле ФЕННОЛОРА автоматически прослежен в астеносфере непрерывный
мощный высокоскоростной и высокоградиентный слой, погружающийся к северу.
Практическая ценность работы и личный вклад автора
Обработка, построения и сравнительный анализ сейсмических данных, а также
их геологическая интерпретация и геологические обобщения выполнены автором
лично.
Практическая ценность работы заключается в исследовании возможностей
метода однородных функций при интерпретации плотной системы годографов и
значительного количества профилей в условиях сложно-построенного шельфа
северных морей России и для получения новой информации о глубинном строении
Норильского региона. Также материалы данного исследования могут быть
использованы для оценки перспектив нефтегазоносности регионов и при создании
моделей геологической и тектонической эволюции литосферы морей Севера России и
структур Норильского никеленосного региона перспективного в отношении
месторождений полиметаллов.
Защищаемые положения
В диссертации содержится нестандартное решение проблемы геологического
строения региона Белого моря и Норильского региона, а также сверхглубинных
исследований в районе Скандинавского полуострова, имеющие практическое
значение. Работа обосновывает следующие научные положения, защищаемые
автором:
1. Использование модели среды с однородной функцией скорости возрождает
метод преломленных волн в сейсморазведке во всех его модификациях;
2. В центральной части осадочного слоя и верхней коры Белого моря в районе
Керецкого грабена существует провал сложной формы до глубины 12 км.
Установлены положение и размеры вглубь этого провала;
3. Переинтерпретация данных площадных работ КМПВ в Норильском регионе
существенно уточнила трехмерную форму и размеры поднятия фундамента,
облеченного осадочными слоями;
4. В астеносфере на Балтийском щите по профилю ФЕННОЛОРА прослежен
непрерывный мощный высокоскоростной и высокоградиентный слой,
погружающийся к северу.
Фактический материал. В качестве исходных материалов для получения
сейсмических разрезов были использованы сейсмические площадные наблюдения:
 по 3 профилям МПВ в акватории Белого моря общей длиной более 500 км,
предоставленные ОАО «Морской арктической геологоразведочной экспедицией»;
 по 8 региональным профилям КМПВ в Норильском районе общей длиной 3000
км, предоставленные Норильским горно-металлургическим комбинатом;
 по сверхдлинному профилю ГСЗ «ФЕННОЛОРА» длиной 2000 км по данным
открытой публикации «Литосфера Балтийского щита по сейсмическим данным»
Шарова Н.В., Апатиты, 1993.