1. Научная деятельность
  2. Гранты РНФ
  3. Гранты РНФ
  4. Разработка пространственной структурно-динамической модели взаимодействия приповерхностных геологических форм и геофизических процессов с глубинными неоднородностями земной коры и верхней мантии центральной и арктической частей Кольского полуострова

Разработка пространственной структурно-динамической модели взаимодействия приповерхностных геологических форм и геофизических процессов с глубинными неоднородностями земной коры и верхней мантии центральной и арктической частей Кольского полуострова

Конкурс РНФ 2021 года:

«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Проект № 21-17-00161

«Разработка пространственной структурно-динамической модели взаимодействия приповерхностных геологических форм и геофизических процессов с глубинными неоднородностями земной коры и верхней мантии центральной и арктической частей Кольского полуострова»

Сроки выполнения проекта

2021-2023

Отрасль знаний

Науки о Земле

Руководитель проекта

Академик РАН, д.ф.-м.н. Адушкин Виталий Васильевич

Название организации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Объем финансирования

18 млн. рублей


Аннотация 

   Комплексное освоение Арктических территорий требует расширения наших знаний о геологическом строении и тектонике региона. Мурманская область, на территории которой планируется провести исследования, является одним из ключевых регионов Русского севера с развитой гражданской и промышленной инфраструктурой, а также крупнейшим в Европе горнопромышленным комплексом.

при поддержке RNF.png

   Основной целью проекта является выяснение взаимосвязи глубинных геологических структур и тектонических процессов на разных глубинных уровнях консолидированной части земной коры и верхней мантии с современной сейсмической активностью и рудогенезом в различных районах арктической и центральной частей Кольского полуострова. Известно, что глубинные геодинамические процессы находят свое отражение в таких аспектах как сейсмичность территории, рельеф, рудопроявляения и тд. Вместе с ростом масштабности и сложности индустриальных проектов возрастает и цена рисков, связанных с возможным нарушением природного равновесия и воздействием на техносферу естественных вариаций геофизических полей и геодинамического режима литосферы. Эффективно противостоять существующим и предотвращать новые вызовы в взаимодействии человека и природы возможно на основе комплексных знаний о строении и геодинамических процессах, протекающих в верхней мантии и земной коре на различных глубинных уровнях, а также понимании механизма взаимосвязи этих процессов.

   Для достижения этой цели на основе комплекса сейсмологических данных будет создана объемная модель земной коры и верхней мантии исследуемой территории до глубины порядка 300 км, включающая в себя сведения о распределениях Vp, Vs, их отношения, добротности земной коры и упругой анизотропии верхней мантии. Модель будет построена на основе данных вновь установленных и постоянно действующих широкополосных сейсмических станций, а также будет включать в себя обобщение результатов предыдущих геологи-геофизических исследований. Обработка новых экспериментальных данных будет производится на основе современных методов: метод P- и S- функций приемника, SKS/SKKS анализ, томография по сейсмическому шуму, анализу добротности по данным о коде Lg и S сейсмических волн. Следует отметить, что некоторые из этих методов в рассматриваемом регионе будут применены впервые. Помимо глубинного строения в рамках проекта также будут проведены исследования региональной сейсмичности, при этом особое внимание будет уделено определению и уточнению положения сейсмогенерирующих структур. Актуальность исследования обусловлена тесной взаимосвязью между глубинными геодинамическим процессами и вопросами сейсмичности и рудогенеза. Предлагаемая к созданию модель, в частности, сможет ответить на вопросы генезиса стратегических мультиметальных месторождений. В конечном итоге все геофизические данные о глубинном строении, сейсмичности и сейсмотектонических деформациях, полученные в результате выполнения проекта, будут способствовать построению обоснованных моделей эволюции литосферы региона.

при поддержке RNF.png

В рамках данного проекта планируется применить следующие методы и подходы: 

Метод функции приемника.
   Функцией приемника (RF) называется методика, позволяющая на основе записей телесейсмических землетрясений восстановить функцию отклика среды под сейсмической станцией. Метод основан на изучении обменных волн, формирующихся на сейсмических границах при прохождении через них возбуждающих телесейсмических фаз. Он подразделяется на две модификации по типам используемых прямых волн – P функция приемника (PRF) и S функция приемника (SRF). Методика расчёта индивидуальных функций приемника [как PRF так и SRF] многократно описана в литературе и хорошо стандартизована. RF позволяют эффективно решать задачи определения скоростной структуры и деформационных процессов в земной коре и верхней мантии, а также восстанавливать геометрию основных сейсмических границ (Мохо, граница Литосфера-Астеносфера, зоны фазовых переходов и т.д.).
   Глубинные скоростные модели земной коры и верхней мантии до глубины 300 км, а также вариации распределения отношения Vp/Vs по каждой из используемых в исследовании сейсмостанций будут получены в процессе совместной инверсии PRF, SRF и невязок зоны фазовых переходов. Знание распределения отношения Vp/Vs является важным самостоятельным результатом, так как позволяет получить сведения о геометрии геологической структуры, флюидонасыщенности и возможном газонасыщении. 
Исследования азимутальной упругой анизотропии верхней мантии
   Параметры анизотропии верхней мантии будут оценены с использованием метода анализа SKS/SKKS фаз. Методика основана на использовании эффекта расщепления поперечной волны на две квази-поперечные (распространяющиеся с различными скоростями) в анизотропной среде и является многократно апробированной для регионов с различным геодинамическим режимом. В рамках проекта для каждой из станций сети, по данным зарегистрированных SKS/SKKS фаз, будут рассчитаны два параметра - величина запаздывания “медленной” волны относительно “быстрой” (δt) и азимут поляризации “быстрой” волны (α). Первый параметр определяет величину анизотропии, а второй предпочтительную ориентацию анизотропного вещества (например, оливина).
Поверхностно-волновая томография с использованием сейсмического шума
   Для изучения глубинного строения коры и верхов мантии будут использованы данные о дисперсии поверхностных волн, полученные как по сейсмическому шуму, так и по записям землетрясений. Этот метод предполагает, что кросс-корреляционная кривая (ККФ) случайного волнового поля, зарегистрированного в двух точках, определяет функцию Грина между этими точками. Если предположить, что сейсмический шум содержит поверхностные волны, создаваемые случайно распределенными по поверхности источниками, то ККФ шума дает возможность определить функцию Грина поверхностной волны от источника в точке расположения одной станции и зарегистрированного на другой станции.
   В рамках проекта будут получены дисперсионные кривые групповых скоростей волн Рэлея по ККФ вертикальной компоненты шума для пар станций, установленных в пределах области исследования, в диапазоне периодов 10–70 с. Полученные данные будут дополнены дисперсионными кривыми, рассчитанными по записям удаленных землетрясений (эпицентральные расстояния более 2000 км) вдоль трасс «эпицентр-станция» с использованием спектрально-временного анализа СВАН. Для этого дополнительно будут использованы дисперсионные кривые, полученные ранее авторами проекта. На основании совокупной выборки дисперсионных кривых методом поверхностно-волновой томографии будут рассчитаны распределения групповых скоростей на отдельных периодах из диапазона 10–70 с. Полученные карты позволят провести предварительный анализ крупномасштабных неоднородностей верхней мантии. Для определения глубины залегания выявленных неоднородностей будут построены локальные дисперсионные кривые (с учетом разрешения результатов картирования) и проведено их обращение в скоростные разрезы S-волн с помощью метода сопряженных градиентов. Полученные результаты будут представлены в виде карт распределений скоростей S-волн на отдельных глубинах и двумерных скоростных разрезов. Кроме того, аналогичным образом будут рассчитаны средние скоростные разрезы по дисперсионным кривым, полученным по ККФ для каждой пары сейсмических станций в пределах области исследования. Эти результаты позволят дополнить глубинные скоростные разрезы S-волн, полученные методом функций приемника вблизи установленных станций и создать объемную скоростную модель исследуемого региона.
Изучение  добротности
   Для построения пространственной модели среды по параметру добротности будут использованы данные о сейсмических событиях как тектонических так и техногенных, зарегистрированных на сейсмических станциях, установленных в ходе выполнения проекта, так и существующих. Традиционно, добротность представлена степенной зависимостью Q(f) = Qo f^η, где Qo  добротность на частоте 1 Гц и η показатель степени. В проекте мы будем использовать методики оценки Q, основанные на изучении код волн S или Lg.  Существуют различные методы для изучения коды, но в большинстве случаев они требуют знаний о механизме источника и условий установки сейсмометров, что не всегда возможно. Существует ряд методов, для которых эта информация не требуется. Одним из них является  алгоритм SSR (stacked-spectral-ratio) , который основан на расчете отношения спектров в последовательных временных окнах коды волны Lg. В основе метода лежит предположение, что кода волны Lg состоит из однократно рассеянных волн, и область рассеянной энергии представляет собой эллипс с фокусами в точках расположения источника и приемной станции. При этом влиянием рассеяния более высокого порядка пренебрегается, что достигается за счет относительно короткого временного интервала коды волны Lg. Волна Lg, регистрируемая на региональных расстояниях, является наиболее мощной высокочастотной фазой на всех трех компонентах записи и уверенно регистрируется на расстояниях от 150 до 1500 км. Еще одной ее важной особенностью является очень слабое проникновение энергии из земной коры в мантию.  В проекте будет использована модификация SSR. Метод SSR ориентирован на оценку интегрального параметра добротности коры и использует всю длину коды. Получаемые оценки величины добротности очень чувствительны к выбору длины коды, особенно времени ее начала. Это приводит к значительному разбросу получаемых значений. Поэтому представляется целесообразным использовать другой метод, применительно к тем же данным. Альтернативным, в нашем случае, будет алгоритм, предложенный Х.Сато, разработанный для случая рассеянных S волн (кода S волн) близких землетрясений, что является своеобразным "контролем" полученных значений добротности, согласно первому алгоритму. Данный алгоритм позволяет анализировать коду непосредственно после вступления прямой волны, что создает преимущество при анализе коротких код.
   Мониторинг слабой сейсмичности и выявление сейсмогенерирующих структур
  Для работы с цифровыми сейсмическими данными будет использован разработанный в КоФ ФИЦ ЕГС РАН программный комплекс детектирования и локации (определение координат гипоцентров) сейсмических событий - NSDL. Структурно комплекс состоит из двух основных (NSS и NAS), а также ряда вспомогательных программ. Программа NSS - обработчик обрабатывает записи отдельных сейсмостанций, обнаруживает сигналы от сейсмических событий, предварительно лоцирует сейсмические события по одиночным станциям. Обнаружение на записях возможных моментов прихода сейсмических волн выполняется с применением набора методов амплитудного детектирования (STA/LTA, STA-LTA по трассе SNR) и авторегрессионного уточнения моментов вступлений фаз сейсмических волн. Для обнаруженных приходов волн оцениваются их поляризационные параметры, в случае сейсмической группы дополнительно оцениваются азимуты на источник и кажущиеся скорости подхода. Вычисляются также параметры огибающих фрагментов сигнала. Обнаруженные таким образом возможные моменты объединяются в пары, для каждой из которых проверяется гипотеза о том, что первой фазой является приход P, а второй S-волны от одного и того же сейсмического события. При этом для каждой волны-претендента оценивается большое число амплитудных, энергетических и спектральных параметров. Окончательное решение о истинности обнаруженного сейсмического события принимает интеллектуальная, самообучающаяся система, построенная на основе «наивного» Байесовского классификатора. Также для детектирования событий будет использован метод, основанный на взаимной корреляции «известного» события и зарегистрированного.
Изотопная геохимия
   В проекте будет использован весь спектр изотопно-геохимических методов - метод уран-свицового датирования по циркону и бадделеиту, метод классического датирования единичных зёрен с искусственным трассёром 205Pb, и другие. Кроме того, для изучения месторождений стратегических полезных ископаемых будет применен метод прямого датирования процессов формирования рудных залежей путём использования минералов, содержащих металлы - платину, палладий, золото и др. 

при поддержке RNF.png

  • Адушкин Виталий Васильевич
  • Санина Ирина Альфатовна
  • Гоев Андрей Георгиевич
  • Тарасов Станислав Андреевич
  • Баянова Тамара Борисовна
  • Федоров Андрей Викторович
  • Филиппова Алена Игоревна
  • Кунаккузин Евгений Леонидович
  •      2021 г.
       В течение первого года реализации проекта развернута сеть из девяти широкополосных сейсмических станций, установленных в трех основных мегаблоках, слагающих Кольский полуостров. Пять станций установлены в непосредственной близости от крупных апатит-нефелиновых (станции APA и LVZ), бадделеитовых (станции VRF и KOVD) и мультиметальных (станция NIK) месторождений. Кроме того, конфигурация вновь созданной сейсмической сети позволяет провести оценки глубинного скоростного строения и параметра затухания сейсмических волн центральной и Арктической частей Кольского полуострова, а также уточнить положение сейсмогенерирующих структур. По данным постоянных станций “Апатиты” (APA) и “Ловозеро” (LVZ), на основе анализа записей сейсмических волн с 2000 года впервые были получены глубинные скоростные модели поперечных волн до глубин порядка 300 км методом функций приемника. Для анализа были использованы сейсмические записи обеих станций начиная с 2000 года. Для сравнения скоростных структур Хибинского и Ловозерского массивов, данные были разделены на четыре группы – по одной, характеризующей структуры массивов и две, характеризующие структуры Балтийского щита по данным станций APAи LVZ. Структура земной коры характеризуется градиентным увеличением скоростей поперечных волн с 3.2 до 3.9 км/с для всех полученных моделей, кроме модели области Хибинского массива, скоростная структура которого демонстрирует почти стабильную Vs, близкую к 3.8–3.9 км/с. Отличительной особенностью этой модели также является зона пониженных скоростей на глубине от 5 до 11 км, где Vs уменьшается с 3.7 до 3.4 км/с. Граница Мохо для моделей, характеризующих Балтийский щит и Хибинский массив, представляет собой единый раздел на глубине порядка 40 км. В модели, относящейся к Ловозерскому массиву, граница Мохо залегает на глубине порядка 48 км. Полученные результаты, в целом, не противоречат оценкам, приведенным в предыдущем исследовании изучаемого региона методом функций приемника. Единственное существенное различие – резкость границы Мохо в районе Ловозерского массива. В полученной ранее модели указывалось, что переход кора-мантия представляет собой зону, которая начинается на глубине 40 км и имеет мощность порядка 10 км. Это несоответствие можно объяснить отсутствием в цитируемой работе SRF, стабилизирующего процедуру инверсии, и гораздо большим количеством сейсмических данных, использованных в рамках проекта. Резкая граница Мохо выявлена также для близлежащих регионов южной и северной Финляндии, а также при интерпретации профилей ГСЗ “Кварц” и МОВЗ “Толстик-Хибины” (северная оконечность профиля 1-ЕВ). По данным интерпретации этих профилей, коро-мантийный переход определен на глубинах 43 и 41 км, соответственно. При интерпретации профиля “Кварц” на разрезе указано увеличение мощности коры в районе Хибинской и Ловозерской интрузий на величину порядка 2 км, возможно, сглаживающую резкую и локализованную аномалию глубины залегания границы Мохо под Ловозерским массивом. Возможным объяснением этой аномалии может являться наличие древнего коро-мантийного канала, питавшего интрузию в процессе формирования. Еще одним подтверждением высказанной гипотезы является выявленная скоростная аномалия в верхней мантии. На модели, характеризующей Ловозерский массив, в верхней мантии выявлена аномалия скоростей на глубинах 70 – 170 км. В отличии от, согласованного по остальным моделям, единого слоя пониженных скоростей в диапазоне глубин 90 – 140 км, в модели присутствуют два характерных слоя пониженных скоростей на глубинах 70 – 110 и 140 – 170 км. Возможно, эта особенность также является артефактом восходящей разогретой плюмовой струи, прорвавшей единый слой пониженных скоростей в верхней мантии. Все приведенные новые результаты свидетельствуют в пользу отнесения происхождения Ловозерского массива к древним плюмовым процессам. Такое объяснение происхождения изучаемых структур высказывается и по геохимическим данным.       

       Данные станций “Териберка” (TER), расположенной в Мурманском блоке, и станции “Ковда” (KVDA), расположенной в Беломорском блоке, были использованы для получения первых предварительных скоростных моделей на основе метода PRF. Мурманский блок характеризуется градиентным повышением скорости поперечных волн в коре с 3.2 до 4.1 км/с. На глубине порядка 11 км выявлен скачек скоростей связанный, вероятно, с границей перехода от верхней к нижней коре. Граница Мохо определена единым разделом на глубине 35 км со скачком скоростей с 4 до 4.3 км/с. Наиболее яркой особенностью верхней мантии является слой относительно пониженных скоростей на глубинах порядка 70 – 140 км. Скоростной разрез Беломорского блока несколько отличается от модели Мурманского блока. Скорости в коре находятся в диапазоне 3.3 – 3.9 км/с. Граница перехода верхняя-нижняя кора выявляется более явно на глубине порядка 14 км. Общая мощность коры составляет 33 км. Коро-мантийный переход характеризуется скачкообразным увеличением скоростей Vs с 3.9 до 4.2 км/с. В верхней мантии, также как для Мурманского блока, выявляется слой пониженных скоростей на глубинах 70 – 130 км с наибольшим падением скоростей на глубинах 100 – 130 км до скоростей 4.35 км/с.

       Cкоростное строение коры различных блоков Кольского региона, несмотря на кажущее сходство, заметно различается. Так, наибольшую мощность, в среднем, имеет кора Кольского блока (40 км). Мощность коры Мурманского блока несколько больше, чем определено для Беломорского блока (35 и 33 км соответственно). Особое внимание следует уделить, впервые выявленному для всего Кольского региона, слою пониженных скоростей в верхней мантии. Его подошва на всех моделях находится на глубине 130-140 км, а кровля изменяется от 70 км для Мурманского и Беломорского блоков, до 90 км для Центрально Кольского блока. Выявленный слой является “средне литосферной неоднородностью” или MLD. Для западной части Балтийского щита он обнаружен на глубинах 90 – 130 км. Совокупность имеющихся сведений позволяет сделать вывод о том, что слой пониженных скоростей поперечных волн с кровлей на глубине порядка 80 км и подошвой на 140 – 150 км присутствует, по крайней мере, во всей центральной части Кольского полуострова.

       Был выполнен подбор и обработка методом спектрально-временного анализа записей поверхностных волн от 45 землетрясений (Mw>5.6, 2000–2021 гг.) на широкополосных сейсмических станциях сетей I, IU, G, GE, DK, MN, NL, PL, CH, CZ, BE. Составлена представительная выборка дисперсионных кривых групповых скоростей волн Рэлея и Лява в диапазоне периодов 10–250 с, как можно более плотно и равномерно пересекающих Кольский полуостров. Всего рассчитано 1194 дисперсионных кривых для волн Рэлея и 743 – для волн Лява. Для дальнейших расчетов полученная выборка дополнена 1555 трассами для волн Рэлея и 1265 трассами для волн Лява, полученными авторами проекта ранее в ходе исследований глубинного строения Арктики. Методом поверхностно-волновой томографии для случая сферической поверхности построены карты распределений групповых поверхностных волн (по 18 карт для каждого типа волн) и выполнены оценки их горизонтального разрешения. Полученные результаты характеризуются более высоким горизонтальным разрешением по сравнению с существующими в настоящее время глобальными и региональными моделями для исследуемой области и позволяют проследить основные особенности строения коры и верхней мантии рассматриваемой территории.

       Были выполнены комплексные U-Pb, SHRIMP геохронологические и изотопно-геохимические Nd-Sr-REE исследования для минералов (циркон, бадделеит) в породах крупнейших железорудных месторождений (BIF) Оленегорского рудного узла.

       2022 г.

       В 2022 году продолжена работа по созданию и поддержанию работоспособности новой сейсмической сети в центральной части Кольского региона. За отчетный период была открытка новая широкополосная станция “Огни Мурманска”, расположенная в Мурманском мегаблоке. Таким образом, совместно с тремя ближайшими станциями мировой сети, новая площадная широкополосная сейсмическая сеть насчитывает 12 сейсмических станций, равномерно распределённых по изучаемой территории, что позволяет эффективно решать как задачи контроля за сейсмичностью региона, так и широкий спектр задач структурной сейсмологии. 

       На основе совместного анализа PRF и SRF были построены одномерные модели Vs и отношения Vp/Vs земной коры и верхней мантии до глубины 300 км по данным станций VRF, KEV, VADS, NIK, TER, APA и LVZ. Обнаружено, что коро-мантийный переход для центральной части Кольского региона представлен переходной зоной, мощностью около 15 км с подошвой на глубине 50-52 км для западной и северной частей изучаемой территории. Исключением являются результаты моделирования данных станций NIK и VADS. В первом случае коро-мантийный переход выявлен единой границей на глубине 41 км, во втором – на глубине 44 км.

       По результатам анализа полученных в рамках проекта новых глубинных моделей выявлена существенная гетерогенность литосферы Кольского региона. В северо-западной части изучаемой области, по данным станций VADS и KEV, обнаруживается выраженная тенденция к понижению скоростей на глубинах 120-170 км. В юго-западной части изучаемой территории (станция VRF) скорости Vs оцениваются как относительно пониженные на глубинах 80-200 км. В центральной части Кольского региона (станция NIK), как и на его северо-восточной окраине (станция TER), пониженные скорости ниже глубины 100 км не выявляется. В юго-восточной части (станции APA и LVZ), отмечается слой относительно пониженных скоростей на глубинах 90-140 км. Выявляется также особенность распределения значений отношения Vp/Vs, являющегося одними из маркеров вещественного состава мантийных пород. В западной части Кольского региона значения оцениваются как повышенные начиная с глубин около 80 и до 240 км, тогда как в остальной части изучаемой территории повешенные Vp/Vs отмечаются на глубинах 140-220 км. 

       Отдельное внимание уделено изучению Печенской рудоносной структуры. В модели отношения Vp/Vs, полученной по данным расположенной в ней станции NIK, отмечаются аномально высокие значения, достигающие 1.99, на глубинах 5-20 км. Такие высокие значения характерны для пород примитивной мантии что позволяет предположить маркирование древней промежуточной магматической камеры или реликта подводящего канала палеозойского мантийного плюма, признаки которого в Печенгской структуре отмечены по комплексу изотпно-геохимичеких исследований, развиваемых в рамках представленного проекта. Также это предположение подтверждается тем, что станция установлена в 2 км от крупнейшего медно-никелевого месторождения, генезис которого связывается с плюм-литосферным взаимодействием. За второй год выполнения проекта по результатам картирования групповых скоростей поверхностных волн в диапазоне периодов 10–250 с, выполненного ранее, в заданных с учетом разрешения точках в пределах области исследования (15°–54° E, 60°–80° N) построены локальные дисперсионные кривые волн Рэлея и Лява и проведена их инверсия в скоростные разрезы поперечных волн SV и SH соответственно. По полученным скоростным разрезам был рассчитан коэффициент радиальной анизотропии, характеризующий разницу скоростей волн SV и SH. В результате было установлено, что практически во всем диапазоне исследуемых глубин (до 500 км) верхняя мантия под Балтийским щитом, Русской плитой и большей частью Баренцева моря характеризуется высокими скоростями волн SV. Минимальные скорости при этом приурочены к архипелагу Шпицберген с прилегающими к нему территориями на глубинах 80–250 км и к Южно-Баренцевской впадине в интервале глубин 80–100 км. Верхняя мантия под рассматриваемым регионом обладает анизотропными свойствами до глубины 400 км. Максимальные значения коэффициента радиальной анизотропии (до +4%) в интервале глубин 50–80 км наблюдаются в восточной части Баренцева моря, а на глубине 100 км охватывают также его центральную часть. На глубинах 150–300 км максимум смещается на запад Баренцева моря и частично распространяется на север Балтийского щита. При этом мантия под остальной частью рассматриваемой территории на глубинах 50–300 км является либо практически изотропной (–1…+1%) в пределах погрешности исходных данных, либо характеризуется слабой радиальной анизотропией (+1…+2%). С увеличением глубины до 350–400 км слабая радиальная анизотропия сохраняется лишь в центральной части рассматриваемого региона – под отдельными районами Кольского полуострова и прилегающей к нему территорией Баренцева моря. 

       В результате проведенного исследования на основе записей трех землетрясений с магнитудами 4.1 и 2.7 в Хибинском массиве, а также землетрясения с магнитудой 4.2 в Ботническом заливе, получены оценки параметра добротности двумя методами – спектральной инверсии и на основе анализа коды волны S. Методом спектральной инверсии получено пространственное распределение параметра добротности на эпицентральных расстояниях 50- 500 км. При этом величина добротности варьируется от 532 до 1200. По коде волны S, значения добротности на эпицентральных расстояниях от 22 до 51 км изменяются от 130 до 420 на частоте 1 Гц. Отмечена сильная степенная зависимость. Установлено, что значение добротности по Р волне и ее величина, оцененная по коде волны S имеют близкие значения в интервале частот 2-3 Гц и лежат в диапазоне 400-700.

       2023 г.

       В 2023 году продолжен эксперимент по созданию новой площадной широкополосной сети Центральной и Арктической частей Кольского региона. Сейсмическая сеть, совместно со станциями Кольского филиала ФИЦ ЕГС РАН, насчитывает 9 широкополосных станций с частотным диапазоном не менее чем 0.03-50 Гц, равномерно покрывающих изучаемую территорию. Станции установлены во всех основных тектонических структурах (Мурманском, Кольском и Беломорском блоках), а также вблизи крупнейших рудодобывающих районов – Хибинского, Печенгского и Ковдора. Анализ строения литосферы северо-западной части региона выявил существенные аномалии в скоростной структуре в районе Ждановского месторождения Печенгского рудного узла. Выявлено отсутствие зоны пониженных скоростей в верхней мантии (mid-lithosphere discontinuity, MLD) в этом районе, при его наличии в северных частях Финляндии и Норвегии на удалении 100-150 км. Непосредственно под месторождением обнаружены аномально высокие значения параметра Vp/Vs = 2 на глубине около 10 км. Совместно с выявленными изотопными индикаторами плюм - субдукционных процессов для Cu-Ni месторождений Печенги, упомянутый комплекс особенностей интерпретирован как след протерозойского плюм-литосферно процесса формирования месторождения в современном строении литосферы. Продолжение исследований Хибино-Ловозерского тектонического узла позволили охарактеризовать строение Имандра-Варзугской зоны в районе интрузий, среду под интрузиями, а также близлежащей архейской части Фенноскандинавского щита. В модели Имандра-Варзугской зоны и Фенноскандинавского щита выделяется MLD, причем глубины его залегания существенно разнятся и составляют 120-150 км и 90-140 км, соответственно. В модели строения верхней мантии в районе Хибинского и Ловозерского плутонов слой пониженных скоростей не выявляется. Коро-мантийный переход представлен единым разделом на глубине 45 км для Имандра-Варзугской зоны, градиентным слоем на глубинах 40-47 км под интрузиями и резкой границей на глубине около 38 км в анализируемой части Фенноскандинавского щита. 

       Сравнительный анализ строения литосферы Мурманского, Кольского и Беломорского блоков подтверждает существенную гетерогенность строения литосферы Кольского региона. Так, в верхней мантии Кольского и Беломорского блоков выявляется слой относительно пониженных скоростей Vs на глубинах 90 – 140 км, интерпретированный как MLD, который не выявляется под Мурманским блоком. Показано увеличение мощности земной коры от побережья Баренцева моря до Белого моря от значений в 33 км до величины 40 км. 

       Проведенные в 2023 году исследования азимутальной упругой анизотропии на основе анализа SKS/SKKS фаз оценить азимут оси симметрии оливина () в верхней мантии и величину анизотропии (t) по данным станций VADS, KEV, VRF, TER, APA, LVZ, VTUL и KVDA. Причем, обращает на себя внимание согласованность сделанных оценок с тектоническими структурами. Установлена относительна слабая анизотропия под Кольским регионом (t ~ 1 сек), с уменьшением этого значения в северо-западном направление и практически исчезновение анизотропии под северной Финляндией (t ~ 0.3 сек) 

       По данным поверхностных волн для Кольского полуострова и прилегающих к нему территорий были получены уточненные 3-D распределения скоростей SV-волн в мантии (до глубины 500 км) и коэффициента радиальной анизотропии (до глубины 400 км). Полученные результаты показывают, что на глубине 50 км минимумы скоростей наблюдаются на востоке Кольского полуострова и под Карельским блоком Балтийского щита, а северо-запад полуострова характеризуется повышенными скоростями. Ненулевая радиальная анизотропия на этой глубине наблюдается только на востоке рассматриваемой территории, где коэффициент радиальной анизотропии достигает 1–3%. На 80–100 км максимум скоростей приурочен к востоку полуострова, причем с увеличением глубины он распространяется на более широкую территорию и становится более выраженным по интенсивности. Радиальная анизотропия под всем полуостровом становится более выраженной с максимумом под его восточной частью. На 100 км в пределах рассматриваемого региона хорошо прослеживается плавное увеличение скоростей с запада на восток. На глубинах 150–250 км минимальные скорости SV-волн наблюдаются под Карельский блоком и Беломорским подвижным поясом. Кольский и Мурманский блок по значениям скоростей в этом интервале глубин различаются лишь на глубине 200 км, на которой более высокие скорости приурочены к Мурманскому блоку. В целом для литосферы региона в интервале глубин ~120–180 км характерно понижение скоростей SV-волн. Во всем интервале глубин 100–250 км коэффициент радиальной анизотропии уменьшается в восточном направлении – от 2–3% на западе до радиально-изотропной среды на востоке. Эта тенденция сохраняется и на глубинах 300–350 км, однако, область, коэффициент анизотропии превышает 1%, существенно уменьшается. Скорости на этих глубинах, напротив, увеличиваются в восточном направлении. С увеличением глубины до 400 км мантия становится радиально-изотропной, а на 500 км скорости SV-волн уменьшаются с запада на восток. 

       Также для Кольского полуострова был выполнен спектральный анализ аномального геомагнитного поля, заданного глобальной моделью EMAG2v3. Оценки глубин залегания литосферных магнитных источников проводились с помощью метода центроида. В результате было получено, что Карельский, Мурманский и Беломорский блоки Фенноскандинавского щита характеризуются значениями глубины нижней границы литосферных магнитных источников 38–42 км. Под Кольским блоком эти значения несколько глубже – около 45 км. Показано, что для большей части рассматриваемой территории магнитоактивный слой литосферы расположен в пределах земной коры, за исключением восточной части Кольского полуострова. 

       По данным более 700 сейсмических событий, зарегистрированных на 7 станциях, впервые получено пространственное распределение параметра добротности для территории Мурманской области Кольского полуострова. Выделены области повышенного и пониженного затухания сейсмических волн. Проведено сопоставление с геологическим и скоростным строением региона. Наблюдается тенденция к увеличению значения Q0 с увеличением возраста, при этом более низкое Q0 соответствует низкоскоростной аномалии в нижней коре.

       Публикации:    

    1. Adushkin, V.V., Goev, A.G., Sanina, I.A. et al. The Deep Velocity Structure of the Central Kola Peninsula Obtained using the Receiver Function Technique. Dokl. Earth Sc. 501, 1049–1051 (2021). https://doi.org/10.1134/S1028334X21120011

    2.  Goev, A.G., Sanina, I.A., Oreshin, S.I. et al. Receiver-Function Velocity Structure of the Lithosphere beneath the Khibiny and Lovozero Massifs, Northeastern Baltic Shield. Izv., Phys. Solid Earth 57, 605–613 (2021). https://doi.org/10.1134/S1069351321050062

    3. Адушкин В.В., Ловчиков А.В., Гоев А.Г. The Occurrence of a Catastrophic Rockburst at the Umbozero Mine in the Lovozero Massif, Central Part of the Kola Peninsula Doklady Earth Sciences, Vol. 504, Part 1, pp. 305–309 (2022) https://doi.org/10.1134/S1028334X22050038

    4. Баянова Т.Б., Базай А.В., Стешенко Е.Н., Кунаккузин Е.Л., Серов П.А., Борисенко Е.С., Елизаров Д.В. Mesoarchaean banded iron formations of the Fennoscandian Shield: new zirconU-Pb (ID-TIMS and SHRIMP-II) isotope ages of noble metal mineralization and Nd-Sr data on whole rocks International Geology Review, на момент подачи отчета отсутствуют (2022) https://doi.org/10.1080/00206814.2022.2153386

    5. Гоев А.Г. Some Features of the Mantle Transition Zone on the Kola Peninsula Doklady Earth Sciences, Vol. 506, No. 2, pp. 243–247 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S1028334X22600402

    6. Федоров И.С., Асминг С.В., Гоев А.Г., Волосов С.Г. Расширение сети сейсмических наблюдений на Кольском полуострове Российский сейсмологический журнал, Т. 4, № 1. С. 63–72. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.35540/2686-7907.2022.1.05

    7. Филиппова А.И., Соловей О.А. Surface Wave Tomography of the Kola Peninsula and Adjacent Territories: Data on Dispersion of Group Velocities of Rayleigh and Love Waves Doklady Earth Sciences, Vol. 504, Part 2, pp. 380–384 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S1028334X2206006X

    8. Смолькин В.Ф., Мокрушин А.В., Баянова Т.Б., Серов П.А., Арискин А.А. Magma feeding paleochannel in the Monchegorsk ore region: geochemistry, isotope U-Pb and Sm-Nd analysis (Kola region, Russia) JOURNAL OF MINING INSTITUTE, Vol. 255, P. 405-418. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.31897/PMI.2022.48

    9. Адушкин В.В., Гоев А.Г. Traces of Plume Processes in the Present-Day Velocity Structure of the Lithosphere of the Khibiny–Lovozero Tectonic Cluster Doklady Earth Sciences, Электронная версия (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1028334X2360161X
    10. Гоев А.Г., Федоров А.В., Федоров И.С., Асминг В.Э., Алешин И.М., Юдочкин Н.А. The present state of the Kola peninsula broadband seismic network Russian Journal of Earth Sciences, - (год публикации - 2023) https://doi.org/10.2205/2023ES000872

    11. Тарасов С.А., Усольцева О.А. Quality Factor of the Kola Peninsula Central Part (Fennoscandian Shield) from the Seismic Records of the Earthquake in the Khibiny Intrusion on March 5, 2022 Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham., Problems of Geocosmos—2022. P. 155-170 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/978-3-031-40728-4_11

    12. Усольцева О.А., Санина И.А., Асминг В.Э., Гоев А.Г. Оценка параметра добротности для территории Мурманской области РФ Вопросы инженерной сейсмологии, - (2024)

    13. Филиппова А.И., Филиппов С.В. The Depths to Lithospheric Magnetic Sources under the Baltic Shield Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 63, No. 5, pp. 629–641. (2023) https://doi.org/10.1134/S0016793223600431

    14. Митрофанов Ф.П., Баянова Т.Б., Вымазалова А., Габов Д.А., Грошев Н.Ю., Жиров Д.В., Казанов О.В., Калинин А.А., Карпов С.М., Корчагин А.У., Лауфек Ф., Плашил Я., Припачкин П.В., Рундквист Т.В. и др. Кольская платинометалльная провинция Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2023, 193 с. (2023) https://doi.org/10.37614/978.5.91137.486.0



    при поддержке RNF.png

    По любым вопросам можно связаться с

     Адушкиным Виталием Васильевичем
    adushkin.vv@idg.ras.ru
    или  Гоевым Андреем Георгиевичем
    goev@idg.ras.ru

    Наш адрес: 119334, Россия, Москва, Ленинский проспект, 38, корпус 1,
    лаборатория Сейсмологических методов исследования литосферы   

    при поддержке RNF.png