Лаборатория глубинного геологического строения и динамики литосферы

Лаборатория глубинного геологического строения и динамики литосферы создана в 1996 году, в Институте экологических проблем Севера УрО РАН. С 1996 по 2004 год лабораторией руководил Кутинов Ю.Г. С 2004 года и по настоящее время лабораторией руководит Чистова З.Б.

Заведующая лабораторией к.г.-м.н., геофизик. Чистова Зинаида Борисовна

Научный руководитель д.г.-м.н., геолог. Кутинов Юрий Григорьевич

 

Основные научные направления лаборатории:

Развитие научных направлений лаборатории предусматривает постановку и решение следующих исследовательских задач:

- подготовку детальной ЦМР арктических и приарктических территорий РФ с единым пространственным разрешением;

- адаптацию разработанной методики геоэкологического районирования для регионов с различных современным геодинамическим режимом;

- верификацию полученных данных на примере Архангельской области по результатам мониторинговых наблюдений для разработки системы прогноза состояния природной среды арктических и субарктических территорий РФ;

- усовершенствование методов и методик геоморфометрического анализа для изучения современного геодинамического режима территорий древних платформ.

Наиболее корректно рассматривать арктические и субарктические территории в рамках единой цифровой модели рельефа/батиметрии (ЦМР), охватывающей, как минимум, площадь Арктической геодепресии (водосборный бассейн Северного Ледовитого океана). На настоящий момент этому препятствует ряд обстоятельств: ведомственная разобщенность данных, отсутствие единой ЦМР, изученность акваторий, расхождение в методиках обработки геолого-геофизических данных, другой характер рельефообразующих процессов дна акваторий, требующий иных подходов, чем разработанные для исследования континентальных территорий.

 

Важнейшие результаты фундаментальных исследований лаборатории

• На основе глобальной цифровой модели рельефа (ЦМР) ASTER v2 с использованием программного обеспечения ГИС Saga GIS создана детальная гидрологически корректная ЦМР (пространственное разрешение – 1 угловая секунда, точность определения высот для – 74,4 % территории 0-10 м, при общем стандартном отклонении 5,62 м) континентальной площади Архангельской области (330103 км²). 

 

• Разработана комплексная методика геоэкологического районирования равнинных территорий РФ от выбора цифровой модели рельефа (ЦМР) и программного обеспечения до создания карт геоэкологического районирования региона и районирования по интенсивности протекания эрозионных и аккумулятивных процессов. Методика включает три крупных взаимоувязанных блока: анализа структуры современной поверхности рельефа («геоморфометрический»); «экзогенный» и «эндогенный» с расчетом параметров по каждому из блоков. Анализ морфометрических параметров рельефа, дополненный расчетными данными по строению земной коры (вектора скольжения горных масс, тензоры деформации, коэффициент дискретности, энергоемкость, функция дробления земной коры и т.п.); характеру атмосферных процессов (облачность, давление, частота и объем выпадающих осадков, количество гроз и др.), выделяет зоны потенциально опасные по совокупности природных факторов. Такой комплексный подход не имеет аналогов, и позволяет учесть влияние на состояние окружающей среды экзогенных и эндогенных, климатических и других природных факторов на глобальном, региональном и локальном уровнях.

 

• На основе разработанной методики цифрового моделирования рельефа созданы карты геоэкологического районирования территории­­ на региональном и локальном уровне. Разработаны методики выделения: площадей развития карстовых процессов, проявления тектонических нарушений в осадочном чехле и расчета углов их падения в осадочном чехле и оценки их морфокинематики.

 

• Разработана поэтапная логически непротиворечивая методика построения речных долин их водосборных бассейнов, базисных и разностных поверхностей равнинных приарктических территорий на основе цифровой модели рельефа в программном обеспечении SAGA GIS на примере Архангельской области. Данная методика может использоваться для автоматизированного анализа гидрологического режима рек России в рамках будущего национального проекта «Водные ресурсы России».

 

• Выявлена предрасположенность основных рек Архангельской области к сносу и накоплению осадочного материала (в т.ч. и загрязняющих веществ) на основе расчёта геоморфометрических параметров рельефа. На основе расчета: топографического индекса влажности, индекса расчлененности рельефа и индекса потенциала плоскостной эрозии сделан вывод, что в бассейнах крупных рек Северная Двина и Пинега, преобладают процессы смыва и транзита, и, как следствие, переноса загрязняющих веществ. В бассейнах рек Онега и Мезень – преимущественны процессы аккумуляции осадочного материала.

 

• Разработана методика выявления и картирования малоамплитудных тектонических нарушений по комплексу геолого-геофизических данных в условиях древних платформ, и на ее основе предложена методика прогнозирования и геофизическая система поисков кимберлитовых образований севера Русской плиты.

 

• Выявлен один из доминирующих механизмов внутриплитной кинематики – ротация Тимано-Печорской плиты, обусловивший направленность тектонического развития региона, миграцию из верхней части и аккумуляцию в ловушках нефтегазовых флюидов и зональность фазового состава углеводородов.

 

• Составлена принципиально новая схема тектонического районирования по нижнему структурному этажу плитного чехла севера Печорской плиты.

 

• На основе комплексного изучения геолого-геофизических данных выделены геоэкологические структуры различных рангов Арктического сегмента земной коры и обоснованы их основные характеристики.

 

• Определены факторы, влияющие на степень трансформации геологической среды при освоении минерально сырьевых ресурсов Арктического сегмента. Разработана многоуровенная, многофакторная структура геоэкологического районирования северных территорий.

 

• На основе данных о фокальных механизмах очагов землетрясений и определения векторов скольжения горных масс, проанализирован геодинамический режим Севера Евразии на глобальном (взаимодействие трех литосферных плит: Евроазиатской, Северо-Американской и Гренландской), региональном (Евроазиатская плита) и локальном (Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция) уровнях. Анализ геодинамической обстановки по трем взаимоувязанным уровням позволил выявить неустойчивость Арктической геодинамической системы во времени и пространстве. Полученная модель позволяет сделать вывод о сложном пространственном взаимодействии геодинамических процессов различных рангов, формирующем нелинейную структуру напряженно – деформированного состояния земной коры, где взаимодействие блоков реализуется в условиях стесненных вращательных движений.

 

• Исследованы особенности геодинамического режима земной коры севера, юга и востока Евразии. Основные результаты базируются на анализе сейсмичности, фокальных механизмов очагов землетрясений и векторов скольжения горных масс за различные периоды времени. Установлено, что геодинамические режимы земной коры севера, юга и востока Евразии резко различаются.

 

• Выделена единая циркумполярная зона влияния зоны спрединга Северного Ледовитого океана, что говорит о единстве происходящих здесь современных геодинамических процессов и позволяет корректно сопоставлять материалы по разным северным территориям РФ. Полученные результаты могут служить дополнительной аргументацией при обосновании границы континентального шельфа России.

 

• Сделан вывод о преобладании режима сжатия в районе Лаптевоморского шельфа. Проведенные в последние годы исследования ИФЗ РАН (данные GPS-станций) подтвердили сделанный нами вывод, что этот район (включая хр. Черского) относится с Евроазиатской плите и принятые ранее границы Евроазиатской плиты необходимо пересматривать.

 

• Обоснована важная роль в нафтидогенезе мегалитов и мантийных плюмов. Получены выводы о генетической близости процессов формирования нефтегазовых бассейнов и алмазоносных провинций. Разработана модель образования кимберлитовых провинций и зон глубинного нефтегазонакопления, в результате комплексного анализа геолого-геофизических материалов, включающая в себя: 1 - формирование мегалита за счет процессов субдукции, 2- формирование суперплюма при перемещении мегалита; 3 – формирование локальных плюмов при подъеме суперплюма; 4 - формирование зональности провинций при вращении мантийной «подушки» плюма; 5 – образования сводовых поднятий и формирования: а – районов щелочно-ультраосновного магматизма (в т.ч. и кимберлитов); б – районов нефтегазонакопления. Полученная модель позволяет разработать дополнительные поисковые признаки для кимберлитовых провинций, субпровинций, районов и зон глубинного нефтегазонакопления.

 

• Комплексный анализ геолого-геофизических материалов Восточно-Европейской платформы и, более детально, Европейского Севера России показал, что «след» Архангельской алмазоносной провинции наблюдается: в пониженных значениях температуры в литосфере с глубины, как минимум, 200 км и практически до дневной поверхности; в значениях теплового потока; в структуре потенциальных полей; в строении поверхности Мохо и кристаллического фундамента; в мощности нижнего, среднего и верхнего слоя земной коры; в современном геодинамическом режиме, что отражается в макросейсмическом поле, дегазации и ионизации атмосферы. В целом, еще с докембрия была сформирована вертикальная стволовая структура с аномальными свойствами среды, находящаяся в колебательном режиме. Проекция этой структуры на дневную поверхность в первом приближении может рассматриваться как граница Архангельской алмазоносной провинции.

 

• Рассмотрены строение и структура зон субдукции, спрединга и рифтогенеза, как возможных каналов глубинных флюидов и газов. Сделан вывод, что нефтеобразование связано с различными геодинамическими режимами. Объединяет их сложное послойно-блоковое строение, сочетание и/или перемешивание режимов растяжения и сжатия, меняющихся в пространстве (по латерали и вертикали) и времени. Сопоставление проявлений кимберлитового магматизма и зон глубинного нефтегазообразования показало, что наблюдается не только пространственная близость между таксонами кимберлитового магматизма, но сходство признаков земной коры в районах зон нефтегазонакопления и проявлений кимберлитового магматизма.

 

• Показано, что территория Архангельской области представляет собой уникальный репрезентативный регион для изучения арктических и субарктических территорий Российской Федерации. Этот регион обладает рядом ключевых характеристик: 1) входит в состав Русской равнины, которая, в свою очередь, имеет схожие геоморфологические режимы с Западно-Сибирской равниной и Среднесибирским плоскогорьем. В совокупности эти регионы занимают более 60% территории России; 2) находится на Европейском Севере и охватывает основные геолого-географические и биоклиматические типы формирования природных комплексов, простираясь от типичной тундры до типичных ландшафтов средней полосы России; 3) в климатическом плане область входит в состав двух климатических ячеек: Полярной и Феррела; 4) располагается в едином Арктическом минерагеническом поясе и обладает общими геохимическими характеристиками земной коры; 5) В современном геодинамическом плане область является частью общей области динамического влияния зоны Арктического спрединга. Эти особенности делают Архангельскую область уникальным местом для проведения широкомасштабных сравнительных исследований, результаты которых могут быть применены на всех платформенных территориях Российской Федерации.

 

• Разработана комплексная модель взаимодействия геосфер в районах тектонических узлов Севера Русской плиты и дана полуколичественная оценка воздействия тектонических узлов на окружающую среду на уровне литосфера-гидросфера-биосфера-атмосфера. В результате многочисленных актов тектоно-магматической активизации в районах тектонических узлов Севера Русской плиты сформировались глубинные вертикальные высокопроницаемые структуры, где на современном этапе наблюдается встречная система «воздействие-отклик», т.е. не только изменение геомагнитного поля и атмосферного давления воздействуют на напряженно-деформированное состояние геологической среды, но и сама среда воздействует на гелио-метеорологические параметры и, как следствие, на состояние окружающей среды.

 

Список основных публикаций