Граница К1 залегает на различных глубинах, в верхней части коры имеются высокоскоростные внедрения и низкоскоростные пропластки мощностью 3–8 км в отдельных блоках. Отмечается общая тенденция уменьшения ее глубины до 13–15 км в юго-восточной части Кольской провинции, в меньшей степени в Беломорской и пограничной с ней части Карельской. На остальной территории мощность верхней коры изменятся от 17 до 20 км.
Граница К2 описывает несколько иную картину, чем по вышележащему горизонту К1. Локальный подъем этой границы до 18–20 км отмечается в районе геотраверса 3-АР в Белом море и под Мезенской структурой до 25 км и на Кольском полуострове, на фоне средних глубин 28–30 км в других частях региона.
Следует также отметить, что в нижней коре Беломорской и Кольской провинций выделяются высокоскоростные (Vp > 7,5 км/сек) слои начиная с глубин 26 км, в Карельской его верхняя граница, по-видимому, находится глубже (рис. 3 А).
Поверхность Мохоровичича. Известно, что совокупность различных сейсмических методов дает достаточно надежные сведения об изменении глубины залегания М на площади (рис. 6). Граничная скорость на М по продольным волнам изменяется в восточной части Фенноскандинавского щита от 7,9 до 8,3 км/с с преобладающими значениями 8,1–8,2 км/с. Мощность земной коры региона изменяется от 30 до 45 км. Максимальная мощность установлена в зоне сочленения Беломорской и Карельской провинций (до 46 км). Минимальная мощность коры зафиксирована в районе Мезени – 30 км. Мощность земной коры на западе Кольского полуострова составляет 40–45 км, на востоке – 36–38 км, в Белом море она достигает 40–42 км, на юго-восточном склоне щита – 45–50 км.
Рис. 6. Схема мощности земной коры по сейсмическим данным
4. Геологическая и геодинамическая интерпретация сейсмотомографической модели профиля
Комплексный анализ геологических и сейсмических данных (с учетом вариаций гравиметричесих и магнитных полей в регионе) позволяет построить геолого-геофизический разрез земной коры по профилю Калевала – Кемь – горло Белого моря (Рис. 7). На разрезе удается проследить структуру земной коры на всю ее мощность, понять особенности строения отдельных блоков (террейнов), а также их соотношение.
Рис. 7. Геолого-геофизический разрез земной коры по линии Калевала – Кемь – горло Белого моря по данным сейсмотомографического профиля «Суша-Море» (показан на рисунке), профилей МОВ-ОГТ 3-АР (Кемь-горло Белого моря) и 4В (Кемь – Калевала) 1–13 – структуры верхней и средней коры: 1 – неопротерозойская палеорифтовая системы Белого моря; 2–6 – структуры Кольской провинции: 2 – палеопротерозойские (?) высокоскоростные мафит-ультрамафитвые массивы, 3 – Колвицкий и Умбинский террейны, 4 – Терский террейн, 5 – Стрельнинский террейн, 6 – Сосновский террейн; 7–9 – Структуры (террейны) Беломорской провинции: 7 – Керетьозерский (гранит-зеленокаменный); 8 – Серякско-Гридинский (гранит-зеленокаменно-эклогитовый), 9 – топозерский (метачарнокитовый); 10–13 – структуры Карельской провинции: 10 – Палеопротерозойские палеорифтогенные (Шомбозерская, Каллиоярвинская); 11, 12 – Центрально-Карельский террейн, 11 – восточный фрагмент (неоархейские гранитоиды, санукитоиды, зеленокаменные комплексы), 12 – западный фрагмент (неоархейские гранитоиды, палеопротерозойские рои даек базитов); 13 – террейн Кианта (мезо– и неоархейские гранитоиды, зеленокаменные комплексы, гранулиты); 14–18 – Структуры нижней коры: 14 – сейсмически контрастный слой Карельского кратона, пунктирная линия – его верхняя граница; 14 – сейсмически малоконтрастный слой Беломорской провинции и зона ее контакта с кратоном; 16 – высокоскостной (Vp – более 7,5 км/сек) слой Беломорской провинции; 17 – нижнекоровый слой Кольской провинции; 18 – высокоскостной (Vp – более 7,5 км/сек) слой Кольской провинции; 19 – сейсмоотражающие поверхности на профилях МОВ-ОГТ: а – надвиги; б – границы сейсмически контрастных комплексов; в – разломы; 20 – граница Мохо
На профиле отчетливо выделяются Карельская, Беломорская и Кольская провинции. Каждая из их состоит из отдельных блоков, которые будет правильно интерпретировать как террейны, т. к. границы их имеют тектоническую природу, а история развития соседних фрагментов коры как правило различается (Балаганский и др., 1998, 2006; Слабунов и др., 2006а).
В составе Карельской провинции, с запада на восток выделяются четыре главных структуры: восточная часть террейна Кианта, два фрагмента Центрально-Карельского террейна, разделенные палеопротерозойской Каллиоярвинской структурой и Шомбозерская структура, сложенная тектоническими пластинами из палеопротерозойских осадочных, вулканогенных и интрузивных пород. Последняя располагается на границе кратона с Беломорской провинцией. Представленная модель восточной части профиля, не повторяя полностью интерпретации других исследователей (Колодяжный, 2005; Минц и др., 2001, 2007, Самсонов и др., 2001), в целом согласуется с ними, отличаясь иными представлениями о соотношении террейнов. Вероятно, в неоархее к относительно древнему (с возрастом коры 3,1–2,65 млрд лет) континентальному блоку Кианта был аккретирован более молодой (с возрастом коры 2,8–2,65 млрд. лет) Центрально-Карельский террейн. Неоархейский надвиг сохранился как погружающаяся на восток граница между террейнами Кианта и западной пластиной Центрально-Карельского (рис. 7). В раннем палеопротерозое сформировались рифтогенные структуры Шомбозерская и Каллиоярвинская. В ходе коллизионных процессов при формировании Свекофеннского и Лапландско-Кольского орогенов, континентальная кора Беломорского сегмента была надвинута на Центрально-Карельский – по Шомбозерскому шву, а по Каллиоярвинской системе рифтогенных разломов на Центрально-Карельский террейн надвинут ансамбль из двух составляющих (рис. 7).
Земная кора Беломорской провинции сформировалась, главным образом, в мезо-и неоархее, а ее структура оформилась в ходе коллизионных процессов (Слабунов, 2008). Одним из проявлений последних было покровообразование, которое и предопределяет рисунок отражающих поверхностей в виде ассиметричных дуг. В палеопротерозое кора Беломорья находилась под воздействим мантийных плюмов, приведших к образованию многочисленных мелких интрузий основного состава и крупных гранитоидных в верхней и средней коре, а в нижней образовался слой насыщенный телами базитов, что обусловило его высокоскоростные и акустически малоконтрастные характеристики (рис. 7). В ходе коллизионных процессов в Лапландско-Кольском орогене структура коры Беломорья осложнилась, именно в этот период ее фрагменты были выведены на более высокие уровни и надвинуты на Карельский кратон. Эти процессы являются, по-видимому, причиной того, что U-Pb возраста сфенов (Бибикова и др., 1999) в Беломорской провинции – палеопротерозойские (1,9–1,75 млрд. лет), а в кратоне – архейские (более 2,65 млрд. лет).
Кольская провинция крайне гетерогенна и включает в рассматриваемом районе террейны (Балаганский и др., 2006), состоящие из: из ювенильного, в основном, палеопротерозойского вещества (Терский, Умбинский), из тектонической смеси палеопротерозойских и архейских пород (Колвицкий, Стрельнинский), в основном, из архейских образований (Сосновский).
Тектонический ансамбль из Колвицкого меланжа и Умбинских гранулитов выделяется на сейсмотомографическом разрезе в виде выступа относительно высокоскоростных пород, к этой зоне приурочено изменение ориентировки отражающих поверхностей с северо-восточного на юго-западное (рис. 4 Б, В; 7). Следует также обратить внимание на то, что рассматриваемый ансамбль отчетливо отражается в виде положительной гравитационной аномалии и прослеживается от Колвицких тундр до Двинской губы Белого моря.
Умбинский и Колвицкий террейны являются основанием ядра Лапландско-Кольского орогена, а палеопротерозойские образования Терского террейна – частью ядра, также как более сложно построенный Стрельнинский террейн (Балаганский и др., 2006; Daly et al., 2006). В структуре верхней части земной коры последнего выделяется ряд высокоскоростных выступов (областей), которые, по-видимому, являются крупными палеопротерозойскими мафит-ультамафитовыми интрузиями, аналогичными расслоенным, которые широко развиты в пределах Стрельнинского террейна, а также бортах Имандра-Варзугской структуры (Пожиленко и др., 2002). Нижняя часть коры в Кольской провинции выделяется своими высокоскоростными характеристиками, в чем имеет черты сходства с таковой в Беломорском подвижном поясе. Вероятно, такие особенности также связаны с воздействием палеопротерозойских плюмов, хотя определенное влияние могли оказать и палеозойские, маркирующиеся щелочным магматизмом. Следует иметь в виду, что земная кора восточной части Кольской провинции в целом относительно маломощная (рис. 6).
