VITEZE SEISMICE ÎN LITOSFERA CRUSTALĂ DIN · PDF file3 Viteze seismice în...

St. cerc. GEOFIZICĂ, tomul 43, p. 53–64, Bucureşti, 2005

VITEZE SEISMICE ÎN LITOSFERA CRUSTALĂ DIN ROMÂNIA

FLORIN RĂDULESCU

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului C.P. MG-2, 077125, Bucureşti

1. INTRODUCERE

Propagarea undelor elastice (seismice) generate de cutremurele de pământ a constituit una dintre primele surse de informaţii asupra particularităţilor fizice ale litosferei terestre. Studiile respective s-au grupat într-o ramură a geofizicii denumită „Seismologia cutremurelor”, care a avut şi are, încă, o contribuţie importantă şi neegalată în cadrul acestui proces de cunoaştere. Primele cercetări sistematice le datorăm, încă din primele decenii ale secolului al XX-lea, profesorilor sârbi Andrej Mohorovičić (1910) şi Stefan Mohorovičić (1914).

În paralel, se dezvoltă o altă ştiinţă geofizică numită „Seismologia exploziilor” (sau „Seismologia cu sursă controlată”). Începuturile acesteia pot fi considerate experimentele englezului Robert Mallet, care în 1851, utilizând o încărcătură de praf de puşcă, un seismoscop şi un cronograf, a încercat să determine viteza undelor elastice în granite. Excluzând rezultatele eronate obţinute de Mallet, datorate caracterului rudimentar al instrumentelor utilizate, acesta intuieşte posibilitatea estimării stării fizice a unor strate traversate de undele elastice generate de cutremure sau de explozii.

Progresele aparaturii electronice, precum şi dezvoltarea şi perfecţionarea metodelor de investigare, specifice celor două seismologii, pe tot parcursul secolului al XX-lea, au condus la acumularea unui volum imens de date primare din diverse părţi ale Globului şi până la diferite nivele de adâncime în litosferă, cu precădere în litosfera sedimentară, importantă economic prin prezenţa zăcămintelor de hidrocarburi şi a substanţelor minerale utile. În cele ce urmează se vor prezenta unele dintre principalele rezultate obţinute în România.

2. STUDII DE TEREN

Cercetarea seismică a subsolului din România a urmărit, între cele două războaie mondiale, investigarea unor arii petroliere din Muntenia, Oltenia şi Moldova. Aparatura seismică cu performanţe reduse (dar la nivelul ţărilor avansate)

Memoriei colegului ing. Alexandru Pompilian, de la a cărui moarte prematură, în 1995,

se împlinesc 10 ani

Florin Rădulescu 2 54

a permis investigarea formaţiunilor pliocene, ceea ce a condus la extinderea câmpurilor petroliere productive deja cunoscute şi evidenţierea unor structuri noi (Varodin, Rădulescu, 1988). După cel de-al doilea război mondial, volumul prospecţiunilor seismice pentru hidrocarburi creşte considerabil, prin extinderea ariilor investigate (în Platforma Moesică, Avanfosa carpatică, Depresiunea Transilvaniei, flişul Carpaţilor Orientali) şi aplicarea unor metodici moderne, în acord cu tehnologiile aplicate pe plan mondial (profilarea continuă de reflexie, metoda acoperirii multiple etc.). Îmbunătăţirile tehnologice (referitoare la generarea şi recepţia undelor seismice reflectate) au condus la creşterea considerabilă a raportului semnal/zgomot şi, deci, creşterea adâncimii de investigaţie şi a rezoluţiei cercetărilor seismice. Aceste lucrări au fost acompaniate de carotaje seismice şi acustice în forajele de prospecţiune şi explorare săpate în diferite arii de interes. Măsurătorile respective au furnizat informaţii asupra vitezelor undelor longitudinale prin complexele sedimentare ale unităţilor investigate. Datele respective se adaugă analizelor de viteză efectuate pe baza observaţiilor de reflexie obţinute prin metoda acoperirilor multiple. Unele informaţii cantitative asupra vitezelor de propagare s-au obţinut şi prin metoda undelor frontale. Prelucrarea adecvată a înregistrărilor respective permite determinarea vitezei de propagare de-a lungul unei limite de contrast seismic (denumită viteză de limită, echivalentă vitezei de strat din cadrul carotajului seismic). În acest sens menţionăm informaţiile obţinute de sondajele de adâncime efectuate prin această metodică în estul (profil Galaţi–Călăraşi) şi vestul (profil Filiaşi–Băileşti) Platformei Moesice, în Depresiunea Focşani (profil Focşani–Jirlău), Depresiunea Transilvaniei (profil Ceanu Mare–Ocland) şi în nordul Munţilor Apuseni (profil Borş–Vadu Crişului) (Rădulescu, 1989). Cercetările menţionate (desfăşurate în perioada 1967–1976) au furnizat date asupra vitezelor undelor elastice (P) la nivelul unor orizonturi de contrast seismic, situate în partea inferioară a crustei sedimentare, în crusta mediană şi în partea inferioară a litosferei crustale.

O altă sursă de informaţii asupra vitezelor din litosferă a fost legată de studiul exploziilor industriale masive. În acest sens trebuie menţionate cercetările efectuate în Dobrogea, ce au utilizat exploziile produse în carierele Sitorman (nord Constanţa), Mahmudia (est Tulcea) şi Turcoaia (sud Măcin). Înregistrările de teren s-au desfăşurat în perioada 1980–1994 de-a lungul a şase aliniamente seismice (între cele trei cariere şi, suplimentar, pe profilele Mahmudia–Hârşova, Sitorman–Dragalina şi Sitorman–Negru Vodă) (Pompilian, Rădulescu, 1995). La acestea se adaugă şi experimentele care au folosit exploziile produse în carierele Bicaz Chei şi Roşia Poieni (din Munţii Apuseni), iar observaţiile s-au efectuat pe profilele Bicaz Chei – N Roman şi Roşia Poieni – Bicaz Chei.

În afara acestora, înregistrările staţiilor seismologice ale exploziilor din carierele Lespezi (Fieni), Anina, Călimani şi Turcoaia, pe aliniamentele Anina–Bordeşti, Călimani–Popeni, Lespezi–Deva şi Turcoaia–Vrancea. Reprezentările făcute (timp–distanţă) s-au referit la ambele tipuri de unde seismice (P şi S), furnizând informaţii din unele zone din care nu au existat asemenea date (din Carpaţii

3 Viteze seismice în litosfera crustală din România 55

Meridionali şi Orientali) (Rădulescu et al., 1995, 1996). Studii oarecum asemănătoare, legate de prelucrarea înregistrărilor efectuate cu aparatura seismologică, au fost efectuate de Enescu (1987), Enescu et al. (1988 a, b) şi Enescu (1992). Contribuţii la cunoaşterea caracteristicilor de viteză ale formaţiunilor din constituţia a 14 amplasamente (corespunzătoare staţiilor seismologice cu telemetrare) se remarcă şi în lucrarea Răileanu et al., 1998. La baza modelelor elaborate (ale vitezelor şi densităţilor) au stat informaţiile complexe geologice şi geofizice cunoscute, asupra unităţilor geo-tectonice în cadrul cărora sunt amplasate respectivele observatoare seismologice.

O abordare interesantă a problemei modelului de viteză al litosferei subcrustale de la curbura Carpaţilor, din zona Vrancea, a fost făcută în lucrarea Rădulescu et al. (1987). Aici s-au utilizat înregistrările cutremurelor intermediare produse sub staţia Vrâncioaia (în perioada 1980–1985) echivalente unui carotaj seismic. Pe baza acestor elemente s-a determinat modelul vitezelor VP şi VS în intervalul de adâncime 63–151 km.

Luând în considerare toate aceste surse specificate, care reprezintă un volum considerabil de date, autorul şi-a propus să schiţeze unele particularităţi ale vitezelor seismice ce caracterizează litosfera crustală din România. Cu evidentele omisiuni datorate spaţiului redus avut la dispoziţie, autorul crede că demersul său este util pentru majoritatea cercetătorilor din domeniul fizicii Pământului, care sunt interesaţi de aceste aspecte.

2.1. LITOSFERA SEDIMENTARĂ

Litosfera sedimentară are grosimi variabile, între zero km (în zonele orogenice în care aflorează litosfera cristalină) şi peste 15 km (18–20 km în avanfosa carpatică, pe aria Depresiunii Focşani) în zonele depresionare. Acest domeniu neconsolidat este caracterizat de o reflectivitate ridicată, în special în secvenţa neogenă, unde apar reflexii intense, cu continuitate mare şi extindere considerabilă în suprafaţă. Pe acest fond reflexiv s-au identificat o serie de orizonturi caracteristice, generate de rocile dure, cu valori mari ale vitezelor seismice, cum ar fi, în Platforma Moesică, suprafaţa calcarelor cretacice, complexul dolomitelor triasice şi secvenţa calcarelor paleozoice. Repere seismice caracteristice s-au corelat şi în alte arii tectonice, cum ar fi anhidritul badenian în Platforma Moldovenească şi orizontul sării şi al tufului de Dej în Depresiunea Transilvaniei (Mocanu et al., 1996). Şi pe aria Depresiunii Pannonice s-au evidenţiat câteva repere seismice, cu contrast puternic al vitezelor, cum ar fi calcarele cretacice (din zona Oradea), baza depozitelor pannoniene (la nord de Oradea) şi limita Sarmaţian–Badenian (din zona Satu Mare). Caracterul reflexiv pregnant al acestor orizonturi litologice este determinat de contrastul de viteză de la aceste niveluri în raport cu formaţiunile terigene (nisipuri, pietrişuri, argile) cu viteze mai mici.

În megasecvenţa sedimentară Paleogen–Pleistocen din Platforma Moesică, cu grosimi de ordinul metrilor, în sectorul dunărean şi de cca 6 000 m, pe marginea


nord-estică a platformei, se evidenţiază o creştere gradată a vitezelor seismice cu adâncimea, de la valori de 1 800–2 000 m/s la suprafaţă, la 3 500–4 000 m/s, în partea inferioară. Variaţia respectivă se datoreşte, exclusiv, creşterii presiunii litostatice cu adâncimea.

O particularitate asemănătoare a apărut şi în Depresiunea Focşani (pe flancul estic, în sectorul Milcov–Ciorăşti), unde, pe o porţiune de profil seismic de cca 20 km, unda frontală din prime sosiri are valori crescătoare ale vitezei aparente. În sosiri ulterioare, s-a urmărit un evantai de unde multiple continuu refractate, specifice unui mediu geologic cu variaţie continuă a vitezei cu adâncimea (cu o grosime de cca 6 km) (Enescu et al., 1972). Pe baza curbei drum–timp a undei din prime sosiri s-a determinat, prin diferite procedee, legea de variaţie a vitezei din propagare până la adâncimea de 7 km. În acest interval de adâncime, vitezele variază de la 1,8 km/s la cca 5,0 km/s. Lucrările de refracţie desfăşurate pe aliniamentul menţionat (situat în Depresiunea Focşani) au evidenţiat în cuvertura sedimentară prezenţa a două orizonturi refractatoare, cu viteze de limită (echivalente vitezelor de strat din carotajul seismic) de 4,2 km/s (adâncime cca 5 km) şi 5,6 km/s (adâncime cca 10 km). Primul reper seismic este plasat în Pliocen, iar cel de-al doilea, probabil, în cuprinsul depozitelor jurasice sau triasice.

Lucrările seismice de reflexie (efectuate pe aria Platformei Moesice) au evidenţiat în cuprinsul secvenţei neogene câteva reflexii caracteristice generate de următoarele nivele litostratigrafice: limita dintre Dacianul nisipos şi Ponţianul marnos; gresiile din baza Meoţianului; gresiile calcaroase, marnocalcarele şi calcarele dure din baza Sarmaţianului. Acest din urmă reper seismic, care reprezintă discordanţa Neogen–Preneogen, este urmărit pe suprafeţe mari şi corespunde unor coeficienţi de reflexie (0,21 la Periş şi 0,47 la sud de Bucureşti) (Mocanu et al., 1995). Reflexia respectivă are o înscriere caracteristică şi apare la timpi de 6,0–6,5 secunde în nordul platformei, la 1,0–1,2 secunde în partea centrală şi 0,3–0,4 secunde în zona dunăreană, unde şi-a pierdut aspectul caracteristic.

Carotajele seismice ale unor foraje adânci au relevat distribuţia vitezelor (VP) în secvenţa neogenă. Astfel, sonda 922 Gheorgheasa (SE Râmnicu Sărat), carotată până la 4 052 m, a indicat următoarele valori de viteză: 1 850 m/s (600 m adâncime), 2 200 m/s (1 300 m adâncime), 2 750 m/s (2 100 adâncime), 3 500 m/s (4 000 m adâncime).

În Depresiunea Transilvaniei, forajul cel mai adânc care a fost carotat seismic (4 502 Filitelnic) a indicat la limita Miocen/Senonian (adâncime 3 824 m) o valoare de viteză de cca 3 400 m/s.

Secvenţa Jurasic–Cretacic (Jurasic inferior – Senonian) (din Platforma Moesică) este reprezentată, predominant, printr-o serie carbonatată, cu grosime maximă în Bulgaria (cca 3 500 m). În România, acest complex sedimentar are grosimi variabile, între 400–3 150 m (Dicea et al., 1991). Din punct de vedere seismic, suprafaţa calcarelor cretacice (senoniene) şi limita J3/J2 reprezintă orizonturi caracteristice, ce generează reflexii intense, cu aspect caracteristic, ce se urmăresc pe arii largi. Coeficienţii de reflexie la nivelul calcarelor senoniene au valori


ridicate. Astfel, în forajul 55 Chilia (sud Turnu Severin), 17 Călăraşi şi 904 Urziceni s-au determinat valori mari, de 0,36, 0,34, respectiv, 0,27. Vitezele undelor P în aceste formaţiuni calcaroase au avut valori de 6 000 m/s (adâncime 686 m), 3 650 m (adâncime 53 m), respectiv 4 300 m/s (adâncime 2 220 m). Carotajul seismic al forajului 2 Potigrafu (sud Ploieşti) a indicat creşterea vitezelor de la 3 100 m/s în Sarmaţian la 5 500 m/s în calcarele cretacice (interceptate la adâncimea de 3 316 m). Valori similare au fost determinate şi în alte sectoare ale platformei (în forajele 174 Otopeni, 90 Căciuleşti, 11 Bărăitaru, 13 Căldăruşani) (Damian, 1990). Calcarele şi dolomitele jurasice au viteze de 5 900 m/s, valoare determinată în forajul 2 581 Zăvoaia (SE Făurei), unde acest complex a fost interceptat la adâncimi de 2 000–3 000 m. Viteze asemănătoare (6 100 m/s) au apărut şi în vestul platformei, în forajul 55 Chilia (sud Turnu Severin). În sectorul central, în forajul 60 Chiriacu (NV Giurgiu), aceste formaţiuni au viteze de 5 000 m/s. Depozitele terigene triasice, situate sub acestea, au înregistrat viteze de 3 700 m/s.

În cuprinsul secvenţei Permian–Triasic din aceeaşi arie tectonică (a Platformei Moesice), după cum se cunoaşte, au fost identificate depozite clastice (grupul inferior şi superior) şi o serie evaporitică şi carbonatică (grupul median). Grupul median, cu o grosime medie de 1 000 m, este alcătuit, predominant, din calcare şi dolomite; vitezele seismice în acest complex sedimentar, conform carotajelor forajelor 50 Coveiu (Băileşti) şi 40 Buciniş (sud Caracal), au avut valori de 5 250 m/s, respectiv, 5 000 m/s. Într-un alt foraj, de la Belciugatele (est Bucureşti), aceste formaţiuni dolomitice (interceptate la adâncimi de 2 150–3 225 m) au avut viteze de 5 400–6 600 m/s. În sonda 80 Poiana Mare (nord Balş) în aceste dolomite, aflate la adâncimi de 2 800–3 000 m, s-au determinat viteze de 5 750 m/s, în comparaţie cu marnele argiloase de deasupra, cu viteze de 2 900–3 750 m/s. Valori asemănătoare au apărut şi în alte zone ale platformei, la Corabia şi Moţăţei (Băileşti). Limita stratigrafică Tr2/Tr3 (Malm/Dogger) care generează reflexii intense, cu aspect caracteristic, a fost urmărită pe arii mai restrânse ale platformei. Lucrările seismice de reflexie din partea centrală a Platformei Moesice au permis elaborarea unor hărţi cu izobate la acest nivel, care au indicat adâncimi de 2 000–3 000 m (Burcea et al., 1966).

Ultima megasecvenţă sedimentară din cadrul platformei (Cambrian mediu – Carbonifer superior) cu o grosime totală de cca 6 000 m, conţine un complex, predominant, carbonatat (Devonian mediu – Carbonifer inferior) cu o grosime de cca 3 000 m (alcătuit din calcare şi dolomite). În forajul 4 595 Capu Dealului (nord Filiaşi) s-au interceptat formaţiuni devoniene cu viteze de 4 500 m/s (Devonian mediu) şi 6 100 m/s (Devonian inferior), la adâncimi de 4 400 m. Depozitele paleozoice au fost investigate şi în forajul 100 Balş (est Craiova), unde au avut viteze seismice de 5 260 m/s (adâncime 2 470 m). În estul platformei, forajul 2 481 Smirna (nord Slobozia) a interceptat sub stiva groasă de depozite mezo-paleozoice, cu viteze de 5 550–6 450 m/s, formaţiuni terigene de vârstă Devonian inferior, cu viteze de cca 4 500 m/s (Damian, 1990).


În Depresiunea Transilvaniei, formaţiunile neogene au valori medii ale vitezelor cuprinse între 2 300 m/s (în apropierea suprafeţei), 2 800 m/s (la adâncimi de 1 500 m) şi cca 3 150 m/s (la 2 500 m adâncime).

În sectorul sudic al Depresiunii Pannonice (zona Timişoara – Jimbolia – Banloc) s-au obţinut informaţii asupra vitezelor VP din datele unor carotaje acustice efectuate într-o serie de foraje săpate în această arie sedimentară. Majoritatea lor a interceptat fundamentul cristalin, dispus sub o stivă de sedimente miocene şi pliocene. În zona Timişoara, Miocenul este reprezentat, predominant, de conglomerate, marne, argile nisipoase şi subordonat marne nisipoase, calcare şi argilite. Pliocenul este constituit din argile, nisipuri şi marne. Vitezele determinate din carotajele acustice au următoarele valori: 2 200–2 500 m/s în Pliocenul superior şi Cuaternar (adâncimi 0–1 100 m); 2 100–2 800 m/s pentru Pliocenul inferior (adâncimi 500–1 500 m); 3 500–4 200 m/s în formaţiunile miocene. Fundamentul regiunii (alcătuit din micaşisturi, şisturi sericito-cuarţitice şi sericito-cloritoase) a indicat viteze de 4 400–4 900 m/s. Variaţiile vitezelor în complexul cristalin, în afara constituţiei petrografice, se datoresc gradului diferit de fisurare şi alterare, precum şi conţinutului în fluide (Oros, 1989).

În sudul zonei Timişoara (Foeni, Banloc), formaţiunile miocene au viteze de 3 500 m/s (în zona Foeni, fiind alcătuite din marne şi argile nisipoase, la adâncimi de 1 700–2 400 m) şi 4 500 m/s (la Banloc, constituite din argile şi conglomerate, la adâncimi de 1 780–2 340 m).

Într-o zonă situată ceva mai la nord, carotajele seismice ale forajelor 120 Sântana (est Curtici) au indicat viteze de 2 100–2 450 m/s (nisipuri şi marne, situate la adâncimi de 670–2 050 m), respectiv, 2 200–3 750 m/s (nisipuri şi marne nisipoase, interceptate la adâncimi de 300–1 100 m) în formaţiunile neogene. La Sântana, sub aceste depozite sedimentare a fost interceptat un eruptiv paleogen cu viteze de 4 000 m/s.

În cadrul lucrărilor de prospecţiune seismică s-a definit, în secţiunea superficială a reliefului topographic, aşa numita „zonă de viteză mică” (ZVM), care reprezintă tocmai zona de alteraţie, caracterizată prin viteze reduse ale undelor seismice, de 200–500 m/s (VP). În zonele deluroase apare şi un strat intermediar, cu viteze de 600–1 200 m/s, după care urmează roca de bază (roca „vie”), nealterată, cu viteze de 1 700–2 200 m/s. Grosimea zonei de alteraţie (ZVM) este variabilă, de la câţiva metri (pe văi) la zeci de metri (pe dealuri).

2.2. LITOSFERA CRISTALINĂ

Litosfera cristalină debutează cu suprafaţa acestui domeniu litosferic, care în anumite regiuni generează reflexii caracteristice şi o undă frontală bine reprezentată dinamic şi cinematic, fapt ce denotă existenţa unui contrast important al vitezelor la acest nivel. De multe ori, însă, această suprafaţă nu generează unde reflectate care să poată fi urmărite pe secţiunile de timp. Faptul poate fi pus pe seama particularităţilor acestui reper seismic, care reprezintă o suprafaţă de eroziune neregulată, ce împiedică formarea unor reflexii corelabile cu distanţa.


Vitezele de limită corespunzătoare acestei suprafeţe, determinate în cadrul studiilor de refracţie, se situează în domeniul 5,8–6,4 km/s (Rădulescu, 1989). O excepţie a constituit-o în România, viteza de limită de 6,5 km/s, corespunzătoare orizontului sedimentar-cristalin, de pe profilul amplasat în Depresiunea Focşani, zona Focşani–Vişani (Enescu et al., 1972). În Platforma Moesică, cercetările seismice de refracţie desfăşurate pe aliniamentul profilului Galaţi–Călăraşi au urmărit undele frontale generate de contrastul seismic de la acest nivel litosferic, cu viteze de limită de 5,8–6,2 km/s. Unda frontală respectivă se urmăreşte în prime sosiri până la distanţe mari de 45–50 km de la punctele de explozie (de generare a energiei seismice), evidenţiindu-se pe reprezentările timp–distanţă existenţa fenomenului de pătrundere în mediul subiacent acestei suprafeţe (ceea ce denotă constituţia omogenă a acestui mediu cristalin, consolidat).

În Depresiunea Transilvaniei (profil Galaţi–Oradea) şi vestul Platformei Moesice (profil Filiaşi–Băileşti), acest orizont refractator are viteze ceva mai ridicate de 6,0–6,2 km/s, respectiv 6,2–6,4 km/s (Rădulescu et al., 1979; Rădulescu, 1989).

Carotajele seismice ale unor foraje săpate în Platforma Moesică, care au interceptat soclul cristalin, au furnizat informaţii asupra particularităţilor de viteză. Astfel, sondele 29 Dioşti (vest Caracal) şi 100 Balş au indicat viteze (în fundamentul cristalin) de 4 630 m/s, respectiv, 6 250 m/s (situat la adâncimi de 2 170 m, respectiv, 2 480 m). Un alt carotaj din estul platformei – 75 Golăşei (NE Însurăţei) – a indicat valoarea vitezei de 5 000 m/s pentru fundamentul de şisturi verzi, interceptat la adâncimea de 1 235 m. Valorile diferite ale acestor viteze seismice se datorează procesului de alteraţie care a afectat soclul cristalin în perioadele de exondare. Damian (1974) specifică domeniul de variaţie al vitezelor VP în complexul cristalin al unor unităţi tectonice ale României: 5 350–6 100 m/s.

Caracteristica seismică generală a litosferei cristaline este reflectivitatea redusă, în comparaţie cu domeniul de deasupra al litosferei sedimentare şi cu cel al litosferei cristaline inferioare (din zona tranziţiei crustă–manta) (Bamford, Prodehl, 1977; Răileanu et al., 1994). Histogramele reflectivităţii arată clar această particularitate a litosferei crustale.

În crusta mediană se evidenţiază reflexii scurte (sub 1 km) şi suborizontale. Uneori, pe secţiunile de timp se corelează la 5–7 secunde TWT (timp dublu de reflexie) o reflexie considerată a proveni de la discontinuitatea Conrad (care marchează suprafaţa stratului crustal inferior, corespunzător stratului „bazaltic”). Mult mai evident apare acest reper seismic în studiile de refracţie, care generează o undă frontală caracteristică, ce se urmăreşte bine pe înregistrările seismice. Aceasta apare pe seismograme, de la distanţe de 25–40 km şi are un interval de urmărire ceva mai redus (5–15 km). Vitezele de limită corespunzătoare acestui orizont refractator au fost de cca 7 km/s (în centrul Bazinului Transilvaniei, pe profilul Galaţi–Oradea) şi în estul Platformei Moesice (pe profilul Galaţi–Călăraşi). În Depresiunea Focşani, înregistrările efectuate pe profilul Focşani–Vişani au evidenţiat existenţa unor axe de sinfază intense (cu viteză aparentă mare, superioară valorii de 8 km/s), interpretate drept reflexii de la acest nivel litosferic.


Sondajele seismice de adâncime au evidenţiat şi alte orizonturi seismice refractatoare (generatoare de unde frontale) situate în partea superioară a litosferei cristaline şi în domeniul inferior al acesteia. Astfel, în vestul Platformei Moesice, pe profilul Filiaşi–Băileşti, în zona localităţii Vela s-a evidenţiat un asemenea orizont de contrast, cu o viteză de limită 6,7–6,8 km/s (situat la adâncimi de 8–10 km) (Rădulescu, 1989). Aici, orizontul sedimentar–cristalin este situat la adâncimi de 4–6 km.

Studiile de reflexie cu obiectiv adânc au relevat existenţa în anumite arii tectonice a unor benzi de reflexii intense, situate în baza litosferei crustale, care sugerează configuraţia unei zone laminate de tranziţie crustă–manta. O asemenea situaţie a fost întâlnită pe înregistrările de reflexii la timpi mari, efectuate în zona de la nord de Strehaia. Pe secţiunile de timp respective s-au evidenţiat două benzi de reflexie la timpi de 9,5–11,5 secunde, atribuite zonei de tranziţie crustă–manta, de grosime 3–5 km (Rădulescu et al., 1984).

Trebuie amintit şi faptul că pe înregistrările unor sondaje de refracţie post-critice (circulare) din nordul Munţilor Apuseni, la timpi mari (21–20 secunde) apar două reflexii intense generate de limite seismice plasate în baza crustei (Rădulescu et al., 1976).

Studiile seismice (de reflexie şi refracţie) cu obiectiv adânc au detectat în litosfera cristalină (la diferite nivele de adâncime) zone de inversie a vitezelor (zone cu viteze reduse). Astfel, în Depresiunea Transilvaniei (la nord-vest de Târgu Mureş), determinările vitezelor medii au evidenţiat în litosfera superioară (adâncimi de 4–7 km) o asemenea zonă anomală, conturată de izoviteza de 4,5 km/s (Rădulescu, 1979). Respectiva anomalie de viteză se situează în zona de subţiere maximă a litosferei crustale, unde limita Conrad a fost poziţionată la adâncimi de 10–11 km.

Într-o altă arie tectonică, în vestul Platformei Moesice (la vest de Craiova) s-a evidenţiat, pe baza înregistrărilor de reflexie la timpi mari, o scădere a vitezelor (VP) în partea inferioară a litosferei crustale, deasupra limitei Moho, în intervalul de adâncime 20–27 km (Taloş et al., 1979).

Modele ale vitezelor (şi densităţilor) au fost elaborate pentru litosfera crustală de 14 observatoare seismologice (cu telemetrare) situate în Carpaţii Orientali (Covasna, Vrâncioaia, Sinaia, Cheia–Muntele Roşu, Istriţa), Carpaţii Meridionali (Cozia, Măţău), Avanfosa carpatică (Strehaia, Bordeşti, Coloneşti), Platforma Moesică (Bucureşti–Măgurele, Topalu), Orogenul Nord-Dobrogean (Carcaliu) şi Depresiunea Bârladului (Popeni) (Răileanu et al., 1998). Modelele de viteză ale ariilor orogenice (din Carpaţi şi Orogenul Nord-Dobrogean) sunt caracterizate de următoarele valori: suprafaţa fundamentului cristalin: 3,20–5,70 km/s (adâncimi de 1,4–13 km); limita Conrad: 6,20–6,30 km/s (adâncimi de 20–24 km); limita Moho: 6,70–6,80 km/s (adâncimi de 40–50 km). În Platforma Moesică sunt prezentate următoarele valori ale vitezelor: suprafaţa fundamentului cristalin: 4,00–5,50 km/s (adâncimi de 1–8 km); limita Conrad: 6,20 km/s (adâncimi de 16–17 km); limita Moho: 6,70–6,75 km/s (adâncimi de 30–32 km). Comparaţia cu alte informaţii obţinute de studiile de refracţie (din ţara noastră şi din alte părţi ale Europei) indică faptul că vitezele din


litosfera cristalină (medie şi inferioară) sunt subevaluate cu 0,5–1,0 km/s. De altfel, această tendinţă de subevaluare a fost observată anterior de Taloş et al. (1979), cu ocazia prelucrării observaţiilor de reflexie obţinute pe un profil seismic plasat la vest de Craiova (cu înregistrări până la 15 secunde). Astfel, s-a determinat funcţia viteză–adâncime, în intervalul 2,5–32 km adâncime; modelul prezentat atunci indică viteza de 2,8 km/s, la 2,5 km adâncime şi 7,00 km/s la 32 km adâncime. La nivelul limitei Conrad (adâncime 30 km), modelul autorilor citaţi furnizează valoarea de 6,70 km/s, valoare redusă faţă de datele de refracţie.

Informaţii recente asupra vitezelor (VP) s-au obţinut şi în cadrul proiectului internaţional privind cercetările seismice de pe profilul de refracţie „Vrancea 99” (Răileanu et al., 2000). Studiile respective au permis elaborarea unui model crustal pe aliniamentul Bacău–Vrancea–Izvoru, care evidenţiază următoarele valori de viteză: la nivelul limitei sedimentar–cristalin (adâncimi de 5–10 km); 5,40–6,00 km/s; la nivelul limitei Conrad (adâncimi de 18–21 km): 6,50–6,75 km/s; la nivelul limitei Moho (adâncimi de 31–43 km): 7,80–7,90 km/s.

La aceste rezultate furnizate de studiile seismice (profilare continuă şi profilare verticală) se adaugă şi datele obţinute printr-o prelucrare adecvată a înregistrărilor exploziilor masive produse în diferite cariere. Dintre aceste prime studii menţionăm: Enescu (1987), Enescu (1988) şi Smalbergher et al. (1990).

Ne vom referi în continuare la ultima lucrare (Smalbergher et al., 1990) care a utilizat 1 014 explozii produse în perioada 1971–1985, în carierele Oraviţa, Anina, Mateiaşu, Călimani, Baraolt, Perşani, Roşia Poieni, Turda, Deva, Aleşd, Arad, N Târgu Jiu, Sitorman, Mahmudia şi Turcoaia. S-au folosit înregistrările acestor explozii la staţiile seismologice din reţeaua naţională, cu ajutorul cărora s-au calculat duratele pe parcurs ale undelor P şi S, cu care s-au construit reprezentări timp–distanţă pentru şase arii tectonice: Carpaţii Meridionali, Carpaţii Orientali, Munţii Apuseni, Depresiunea Precarpatică, Depresiunea Transilvaniei şi Platforma Moesică. În crusta mediană, VP şi VS au valori în domeniul 6,76–6,90 km/s, respectiv, 3,72–3,90 km/s. Pe suprafaţa litosferei subcrustale (nivelul limitei Moho) s-au determinat valori ale vitezelor VP de 7,94–8,13 km/s şi viteze VS de 4,37–4,67 km/s.

Un alt gen de abordare a acestor înregistrări a urmărit tratarea informaţiilor de-a lungul unor aliniamente colineare cu carierele respective. S-au construit reprezentări drum–timp, pe baza cărora, cu ajutorul metodei Wiechert-Herglotz-Bateman, s-au determinat distribuţii ale vitezelor de propagare cu adâncimea (Rădulescu et al., 1997). Astfel, s-au efectuat prelucrări pe cinci asemenea profile: Anina–Bordeşti, Mateiaşu–Suşara, Călimani–Popeni, Lespezi–Deva şi Turcoaia–Vrancea. Metodica aplicată a utilizat un procedeu de îmbunătăţire a datelor printr-o relocalizare a evenimentelor seismice şi, deci, printr-o corecţie a timpilor de parcurs ai undelor P şi S. Observaţia generală făcută de autori se referă la erorile mari care afectează, în special, valorile VS, datorate dispersiei mari a datelor de observaţie.


3. CONSIDERAŢII FINALE

Datele prezentate, obţinute prin diverse modalităţi tehnice şi de prelucrare, au relevat domeniile largi de variaţie a valorilor de viteză. Această situaţie este reflectată atât în cuprinsul litosferei crustale sedimentare, cât şi a domeniului cristalin (consolidat). Vitezele undelor seismice în complexele sedimentare (de diferite constituţii petrografice) depind într-o măsură hotărâtoare de adâncimea de îngropare.

Efectele poziţiei în adâncime a formaţiunilor sedimentare se manifestă în cazul rocilor detritice, ca şi în cadrul celor evaporitice – carbonatice. Volumul mult mai redus al informaţiilor referitoare la rocile aparţinând fundamentului cristalin au evidenţiat influenţa procesului de exondare al zonelor investigate (materializat prin fenomene de alteraţie şi de fisuraţie) prin scăderea considerabilă a vitezelor la acest nivel, precum şi prin diminuarea caracterului reflexiv al contrastului sedimentar–cristalin.

Unele discrepanţe între valorile de viteză apar în domeniul litosferei crustale mediane şi inferioare, datorate, în principal, metodicilor utilizate, precum şi dificultăţilor de obţinere a unor informaţii cu grad ridicat de încredere.

În cadrul sondajelor seismice de adâncime (sondaje de refracţie), configuraţia limitei Moho a fost stabilitã prin adoptarea unei valori a vitezei medii de 6,0 km/s, valoare des utilizată în literatura de specialitate. Lacunele existente în România privind modelul de viteză al crustei inferioare se datoresc problemelor legate de obţinerea şi urmărirea undelor (reflectate sau frontale), generate de această importantă discontinuitate seismică. La acestea se adaugă şi structura complicată a acesteia, specifică ariilor orogenice şi domeniilor platformice.

Primit la redacţie: 21 martie 2005 Acceptat pentru publicare: 5 iulie 2005

BIBLIOGRAFIE

BAMFORD, D., PRODEHL, C. (1977), Explosion seismology and continental crust-matle boundary. J. Geol. Soc., 134, 139–151.

BURCEA, C., CORNEA, I., ŢUGUI, GR., TRÂMBIŢAŞ, M., GEORGESCU, ST. (1966), Contribuţii ale prospecţiunii seismice la crearea unei imagini tectonice în zona centrală a Platformei Moesice. St. cerc. geol., geofiz., geogr. (Geofizică), 4, 2, 347–354.

DAMIAN, A. (1974), Viteze de interval în fundamentul unor unităţi structurale şi semnificaţia lor geologică. BTS-IPGG, IV, 4, 23–33.

DAMIAN, A. (1987), Zone anomale de viteze şi presiuni, posibile capcane litostratigrafice pentru hidrocarburi în unele formaţiuni sedimentare din Platforma Moesică. BTS-IPGG, XVII, 2, 22–46.

DAMIAN, A. (1990), Relaţii între alcătuirea geologică şi informaţiile de viteze în formaţiuni ale unor unităţi geologice din România. BTS-IPGG, XX, 1–2, 168–204.


DIACONESCU, M., RĂDULESCU, F. (1996), Particularităţi seismologice ale Platformei Moesice. BTS-Prospecţiuni, XXVI, 4, 98–124.

DICEA, O., IONESCU, N., MORARIU, D.C. (1991), Cadrul geologic de formare a acumulărilor de petrol şi gaze în principalele bazine sedimentare din România. BTS-Prospecţiuni, XXI, 1, 3–46.

ENESCU, D. (1987), Contributions to the knowledge of the lithosphere structure in Romania on the basis of seismic data. St. cerc. geol., geofiz., geogr. (Geofizică), 25, 20–27.

ENESCU, D., CORNEA, I., CONSTANTINESCU, P., RĂDULESCU, F., PĂTRUŢ, ST. (1972), Structura scoarţei terestre şi a mantalei superioare în zona curburii Carpaţilor. St. cerc. geol., geofiz., geogr. (Geofizică), 10, 1, 23–41.

ENESCU, D., POMPILIAN, A., BĂLĂ, A. (1988), Distributions of seismic wave velocities in the lithosphere of some regions in Romania. Rev. roum. géol., géophys., géogr. (Géophysique), 32, 3–11.

MALLET, R. (1851), Second report on the facts and theory of earthquake phenomena. Rep. Brit. Ass. Adv. Sci., 1–136.

MOCANU, V.I., DINU, C., RĂDULESCU, F., DIACONESCU, M., DIACONESCU, C., POMPILIAN, A. (1996), Seismogeological features of the crust in Romania. In: „Oil and Gas in Alpidic Thrustbelts and Basin of Central an Eastern Europe”, G. Wessely, W. Liebl (eds.), 5, 289–299.

MOHOROVIČIĆ, A. (1910), Das Beben von 8 October 1909. Jahrb. Meteorol. Obs., Zagreb, 9, 4, A.1, 63.

MOHOROVIČIĆ, S. (1927), Über Nahbeben und die Konstitution des Erd and Mondinnern. Geol. Beit. Geophys., 17, 180–217.

OROS, E. (1989), Distribuţia vitezelor undelor elastice longitudinale, determinate din carotaje acustice, în sectorul sudic al Depresiunii Panonice. Raport, contract 30.86.3, arhiva INCDFP.

POMPILIAN, A., RĂDULESCU, F. (1995), Studii seismice prin utilizarea exploziilor industriale masive. BTS-Prospecţiuni, XXV, 2, 5–29.

RĂDULESCU, F. (1979), Cercetări seismice privind structura crustei terestre în R. S. România. Teză de doctorat, Universitatea Bucureşti.

RĂDULESCU, F. (1989), Sondajul seismic de adâncime. Preprint ICEFIZ-CFPS, 99 pp. RĂDULESCU, F., CONSTANTINESCU, P., ŞOVA, A., POMPILIAN, A., IBADOF, N. (1976),

Cercetări seismice pentru studiul limitelor de profunzime din nordul Munţilor Apuseni. St. tehn. ec., seria D, 11, 153–161.

RĂDULESCU, F., CONSTANTINESCU, P., POMPILIAN, A., IBADOF, N., ŞOVA, A. (1979), Structura scoarţei terestre pe profilul Galaţi–Oradea. St. tehn. ec., seria D, 12, 69–80.

RĂDULESCU, F., RĂDUCANU, M., RĂILEANU, V., DRAGU, S., POMPILIAN, A., ŞOVA, A. (1982), Parametrii elastici ai unor masive calcaroase din Dobrogea. St. cerc. fiz., 34, 2, 141–154.

RĂDULESCU, F., RĂILEANU, V., CORNEA, I. (1984), Contribuţii ale seismicii de reflexie la descifrarea crustei terestre (zona Strehaia–Tg. Cărbuneşti). St. cerc. geol., geofiz., geogr. (Geofizică), 23, 11–17.

RĂDULESCU, F., MATECIUC, D., MALIŢA, Z., DIACONESCU, M., BITER, M., MUNTEANU, L. (1997), Cercetarea structurii profunde a litosferei prin metode seismice. Raport, Contract 124/1997, arhiva INCDFP.

RĂDULESCU, F., BĂLĂ, A., BITER, M., MALIŢA, Z., DIACONESCU, M., MUNTEANU, L. (2001), Cercetarea structurii profunde a litosferei prin metode seismice. Arhiva INCDFP.

RĂILEANU, V., DIACONESCU, C., RĂDULESCU, F. (1997), Characteristics of Romanian lithosphere from deep seismic reflection profiling. Tectonophysics, 239, 165–185.

RĂILEANU, V., DIACONESCU, C., MATECIUC, D., DIACONESCU, M. (1998), Velocity crustal models under the Romania telemetered seismological observatories. Rom. Reports in Physics, 50, 1–2, 123–141.


RĂILEANU, V., HAUSER, F., BĂLĂ, A., PRODEHL, C., SCHULZE, A. (2000), Modeling of the crustal structure along the refraction seismic profile“Vrancea 99”. Rom. Geophys., 7, suppl.1, 3, 514–517.

TALOŞ, D., RĂDULESCU, F., POMPILIAN, A., POPESCU, M., IONESCU, S. (1979), Some considerations upon velocity distribution in the Earth’s crust of Romania. Rev. roum. géol., géophys., géogr. (Géophysique), 23, 63–75.

SEISMIC VELOCITIES IN CRUSTAL LITHOSPHERE OF ROMANIA

FLORIN RĂDULESCU

(ABSTRACT)

The paper presents some data on seismic waves velocities of rocks from crustal domains investigated in Romania. Seismic studies (of reflection and refraction), deep seismic sounding and acoustic and seismic well-logging results in different tectonic areas are presented. Velocity information extended in median and lower crust, also in transition zone crust-mantle. Key words: seismic waves, velocity, seismic discontinuity.

VITEZE SEISMICE ÎN LITOSFERA CRUSTALĂ DIN · PDF file3 Viteze seismice în...

Documents

Transcript of VITEZE SEISMICE ÎN LITOSFERA CRUSTALĂ DIN · PDF file3 Viteze seismice în...