2D та квазі-3D геоелектричні моделі Земної кори та верхньої мантії як можливе свідчення недавньої тектонічної активності в західній частині Українського щита

https://doi.org/10.23939/jgd2022.02.099
Надіслано: Травень 15, 2022
1
Інститут геофізики, АН Чеської республіки
2
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України
3
Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України

Мета представленої роботи – моделювання розподілу електропровідності в північно-західній частині Українського щита та вивчення взаємозв’язку геоелектричних аномалій із природними родовищами корисних копалин та з ознаками можливої тектонічної активізації довгоіснуючих систем розломів на щиті. Методологія досліджень базувалася на довгоперіодних магнітотеллурічних і магнітоваріаційних вимірюваннях в діапазоні періодів від 3-16 до 2500-3600 с. Густа мережа пунктів вимірювань дала змогу дослідити геоелектричну структуру сегмента Українського щита, обмеженого координатами 26°-30°E та 48°-51,7°N. 2D та квазі-3D інверсії отриманих магнітотеллуричних та геомагнітних відгуків привели до створення оглядових моделей питомого електроопору/провідності для території досліджень. В результаті на різних глибинах виявлені геоелектрично аномальні структури. Локальний характер провідників та їхнє положення вказують на їх зв'язок із нещодавно активованими зонами розломів, місцями їх перетину та з металогенезом. Докембрійський вік кристалічних порід досліджуваної території вказує на переважно електронний тип графітно-сульфітного походження підвищеної електропровідності, однак глибина провідних аномалій, їх вертикальна протяжність і зв'язок з оновленими системами розломів можуть свідчити про генетичний зв'язок різних мінералів і їх подальше осадження з глибинною міграцією флюїдів. Наукова новизна. Отримані результати спрямовані на з’ясування глибинної будови та співвіднесення геоелектричних особливостей земної кори та верхньої мантії з системами розломів та родовищ різних корисних копалин і самі по собі можуть служити додатковим свідченням можливих тектонічних активізаційних процесів на досліджуваній території. Практична значущість. Представлені результати можуть принести економічну користь завдяки визначенню районів наявності мінеральної сировини, а у вивченні геодинаміки можуть сприяти оцінці природної небезпеки при картографуванні простягання тектонічно активних систем розломів.

  1. Анцифиров А. В., Шеремет Е. M., Николаев Ю. И., Николаев И. Ю., Сетая Л. Д., Анцифиров В. А., Омельченко А. А. Глубинные электромагнитные (МТ и АМТ) зондирования сутурных зон Украинского щита. Известия. Физика твердой Земли. 2011. 47, 1. С. 33–44, https://doi.org/10.1134/ S106935131101.
  2. Астапенко В. Н. Земная кора и мантия территории Беларуси по магнитотеллурическим данным. Минск: Экономпресс, 2012. 208 c.
  3. Астапенко В. Н., Логвинов И. М. Геоэлектрическая модель консолидированной земной коры и верхней мантии вдоль геотраверса EURO­BRIDG 97. Геофиз. журн. 2014. 36. 5. С. 143-155. http://www.igph.kiev.ua/FullVersion/2014/gj5/art5814.pdf
  4. Байсарович М. М., Митропольський О. Ю., Чуприна І. С. Атлас. Глибинна будова літосфери та екогеологія України Київ: ІГН НАНУ. 2002. 55 с. https://doi.org 10.1016/j.gsf.2018. 10.011.
  5. Бурахович Т. К., Кулик С. Н., Логвинов И. М., Гордиенко И. В., Тарасов В. Н. Электропроводность земной коры северо-запада Украинского щита. Доповіді НАН України. 1997. 10. 1. С. 125-128.
  6. Верховцев В. Г. Новітні вертикальні рухи земної кори території України, їх взаємовідношення з лінійними та кільцевими структурами. В кн.: Енергетика Землі, ії геолого-екологічні прояви, науково-практичне використання. Київ: Вид. КНУ, 2006. С.129-137.
  7. Гарецкий Р. Г., Клушин С. В. Листрические разло­мы в Припятском прогибе. Геотектоника. 1989. 1. С. 48-60.
  8. Гінтов О. Б., Пашкевич І. К. (2010). Тектонофізичний аналіз та геодинамічна інтерпретація тривимірної геофізичної моделі Українського щита. Геофіз. журн. 2, 32, 3-27
  9. Гордиенко В. В., Гордиенко И. В., Завгородняя О. В. и Усенко О. В. (2002). Карта глубинного теплового потока Украины. 1:2500000.
  10. Гордиенко В. В., Гордиенко И. В., Завгородняя О. В., Ковачикова С., Логвинов И. М., Тарасов В. Н., Усенко О. В. Украинский щит (геофизика, глубинные процессы). Киев: Корвин пресс, 2005. 210 с. https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-ukrainskiy-shchit.pdf
  11. Гордиенко В. В., Гордиенко И. В., Завгородняя О. В., Ковачикова С., Логвинов И. М., Пек Ю., Тарасов В. Н., Усенко О. В. (2006). Днепровско-Донецкий бассейн (геофизика, глубинные процессы). Киев: Корвин Пресс, 210 с.
  12. Гордиенко В. В., Гордиенко И. В., Завгородняя О. В., Ковачикова С., Логвинов И. М., Тарасов В. Н. Волыно-Подольская плита (геофизика, глу­бинные процессы). Киев: Наук. думка. 2012. 198 с.
  13. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Гордиенко Л.Я., Завгородняя О.В., Логвинов И.М. и Тарасов В.Н. (2020). Зоны недавней активизации Украины. Геофиз. журн., 2, 42, 29-52.
  14. Гурський Д. С., Калінін В. І., Гожик П. Ф., Великанов В. Я., Колосовська В. А. (Ред.). (2003). Геологія та корисні копалини України. Київ: Укр ДГРІ. 368 с.
  15. Гурський Д. С., Круглов С. С. (Ред.). (2007). Тектонічна карта України. 1:1000000. Київ: Укр ДГРІ.
  16. Ильченко Т. В. Результаты исследований методом ГСЗ вдоль трансекта Евробридж-97. Геофиз. журн. 2002. 3. С. 36-50.
  17. Карта гипсометрии подошвы плитных комплексов юго-запада СССР (с использованием материа­лов космической съемки). М 1:1000000 // Ред. Н.А.Крылов. М: Мингео СССР. 1988. 4л.
  18. Карта розташування нафтогазоперспективних про­вінцій та площ України по геофізичним даним. М 1: 4000000. Ред. В.І. Старостенко. Київ: УкрДГРІ, 2004. 1л.
  19. Ковачикова С., Логвинов И.М., Пек Й., Тара­сов В.Н. Геоэлектрические модели земной ко­ры Украины по результатам магнитотеллури­ческих исследований с использованием новых методик инверсий. Геофиз. журн. 2016. 38, 6. С. 83-100. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i6.2016.91871
  20. Логвинов И. М., Гордиенко И. В., Тарасов В. Н. Геоэлектрическая модель (по данным 2D инверсии результатов магнитотеллурических исследований) вдоль геотраверса ДОБРЕ-3. Доповіді НАН України. 2017. 6. С. 148-165. https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.04.067
  21. Логвинов И. М., Тарасов В. Н., Гордиенко И. В. Геоэлектрические параметры северо-запада Украинского щита по данным 2D инверсий. Геофиз. журн. 2020. 42, 1. С. 51-64, https: //doi.org10.24028/gzh.0203-3100.v42i1.2020.195 467.
  22. Логвинов И. М., Тарасов В. Н. Электропроводность коры и мантии Восточно-Европейской платформы в западной части Украины по данным 2D инверсии. Геофиз. журн. 2019. 41. 3. С. 44-75. https://doi.org10.24028/gzh.0203-3100.v41i3. 2019.172429.
  23. Махнач А. С., Гарецкий Р. Г., Матвеев А. В. Геология Беларуси. Минск: ИГН НАН Беларуси. 2001. 815 с.
  24. Щербак М. П., Бобров О. Б. Металічні і неметалічні корисні копалини України. Т. I. Металічні корисні копалини. Київ-Львів. Центр Європи. 2006. 785 с.
  25. Приходько В. Л., Приходько М. В. Трапова фор­мація Волині та самородномідне зруденіння. Збірник наукових праць УкрДГРІ. 2005. 1. С. 101-109.
  26. Рябенко В. А. Основные черты тектонического строения Украинского кристаллического щита. Киев: Наук. думка. 1970. 128 с.
  27. Салищев К. А. Проектирование и составление карт. Москва. Изд-во МГУ. 1987. 240 с.
  28. Соллогуб В. Б. Литосфера Украины. Киев: Наук. думка. 1980. 184 с.
  29. Тарасов В. Н., Логвінов І. М. Використання програми TAR3D для візуалізації 3D даних у геоелектричних дослідженнях. Матеріали конференції Геоінформатика, теоретичні та прикладні аспекти, 2020, 1-5. https://doi.org/10.3997/2214-4609. 2020geo020.
  30. Трегубенко В. І., Лукін О. Є., Кремнецкий О. О., Петровский О. П., Костенко М. М., Слоницька С. Г., Шимків Л. М., Нікіташ О. Б., Дзюба Б. М., Нечаєва Т. С., Іпатенко С.П. Вивчення аномальних геофізичних зон Українського щита, прилеглих до нафтогазноносних басейнів, з метою оцінки перспектив їх нафтогазоносності (2005–2009). Київ: Геоінформ. 2009. 405 с.
  31. Усенко И. С. Метаморфизм Украинского щита. Киев: Наук. думка. 1982. 307 с.
  32. Шепель С. И. Электрические свойства пород в термобарических условиях литосферы и геоэлектрические модели: дис... доктора геол. наук: 04.00.22. Киев. 2003. 411 с.
  33. Ширков Б. И., Бурахович Т. К., Кушнир А. Н. Трехмерная геоэлектрическая модель Голованев­ской сутурной зоны Украинского щита. Геофиз. журн. 2017. 1, 39. С. 41-60, https: //doi.org10.24028/gzh.0203-3100.v39i1.2017.94 010.
  34. Юшин А. А., Мороз В. С., Проскурко Л. И. Гене­тические особенности проявлений оруденения благородных и цветных металлов в углеро­дистых комплексах раннего докембрия Криво­рожского бассейна. Геолого-мінералогічний вісник КРНУ. 2013. № 1-2 (29-30). С. 12-18.
  35. Яценко В. Г. Закономерности пространственного расположения проявлений графита на Украин­ском щите. Аспекты минерагении Украины. Киев: ГНЦ РОС. 1998. С. 254-270.
  36. Banks, R. J., The use of the equivalent current systems in the interpretation of the Geomagnetic Deep Sounding data. Geophys. J. R. Astr. Soc., 1979. 87, 139-157. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1979.tb04773.x
  37. Bogdanova, S. R., Gorbatschev, R., Grad, M., Janik, T. A., Guterch, A., Kozlovskaya, E., Motuza, G., Skridlaite, G., Starostenko, V., Taran, L. and EUROBRIDGE and POLONAISE Working Groups, 2006. EUROBRIDGE: new insight into the geodynamic evolution of the East European Craton. In: Gee, D. G., Stephenson, R. A. (eds), European Lithosphere Dynamics. Geological Society, London, Memoirs, 2006. 32, 599-625.
  38. Bogdanova, S. V., Bingen, B., Gorbatschev, R., Kheraskova, T. N., Kozlov, V. I., Puchkov, V. N., Volozh, Yu. A., The East European Craton (Baltica) before and during the assembly of Rodinia. Precambrian Res., 2008. 160, 1, 23-45, https://doi.org 10.1016/j.precamres.2007.04.024.
  39. Bouzid, A., Bayou, B., Liégeois, J-P., Bourouis,S., Bougchiche, S.S., Bendekken, A., Abtout, A., Boukhlouf, W., Ouabadi, A. Lithospheric struc­ture of the Atakor metacratonic volcanic swell (Hoggar, Tuareg Shield, southern Algeria): Elec­trical constraints from magnetotelluric data. Geo­logical Society of America Special Papers, 2015, 71-514, 239-255, https://doi.org/10.1130/2015. 2015.2514(15).
  40. Cao, S., Neubauer, F. Graphitic material in fault zones: Implications for fault strength and carbon cycle. Earth Sci. Rev., 2019, 194, 109-124.
  41. Chattopadhyay, A., Bhattacharjee, D., Srivastava, S. (2020). Neotectonic fault movement and interpolate seismicity in the central Indian shield: a review and reappraisal. Journal of Mineralogi­cal and Petrological Sciences, J-STAGE Advance Publication, 115, 2, 136-149, https://doi.org/10. 2465/jmps.190824b.
  42. Claesson, S., Bibikova, E., Shumlyanskyy, L., Dhui­me, B., Hawkesworth, C. J., The oldest crust in the Ukrainian Shield - Eoarchaean U-Pb ages and Hf-Nd constraints from enderbites and metasediments. Geological Society, London, Special Publications. 2014. 389, 227-259. https://doi.org/10.1144/SP 389.9.
  43. Glasby, G. P., Abiogenic Origin of Hydrocarbons: A Historical Overview. Resource Geology, 2006. 56, 1, 83-96. https://doi.org 10.1111/j.1751-3928. 2006.tb00271.
  44. Guion, E., Mitescu, K.D., Julien, J.P., Ru, S., Fractals and percolation in a porous medium. Fractals in Physics: Essays in Honour of Benoit B Mandelbrot. Physics ser. D. 1989. V.38. 172-178.
  45. Ingerov, A. I., Rokityansky, I. I., & Tregubenko, V. I. (1999). Forty years of MTS studies in Ukraine. Earth Planet Space, 51, 1127-1133.
  46. Foley, S. F. (2008). Rejuvenation and erosion of the cratonic lithosphere. Nat. Geosci., 1, 503-510, https://doi.org/10.1038/ngeo261.
  47. Jodicke, H., Jording, A., Ferrari, L., Arzate, J., Mezger, K., Rupke, L., Fluid release from the subducted Cocos plate and partial melting of the crust deduced from magnetotelluric studies in southern Mexico: Implications for the generation of volcanism and subduction dynamics. J. Geo­phys. Res. 2006. 111, B08102, https://doi.org 1029/2005J B003739.
  48. Kaplun, V. B., Structure of the Zeya block of Toko Stanovik according to results of magnetotelluric soundings. Russian Geology and Geophys., 2018. 59, 4, 419-43, https://doi.org10.1016/j.rgg.2018. 03.013.
  49. Karato, S., Wang, D. (2013). Electrical conductivity of minerals and rocks. In: Karato, S. (Ed.): Physicsand Chemistry of the Deep Earth. John Wiley & Sons, Ltd, https://doi.org/10.1002/9781 118529 492.ch5.
  50. Kelbert, A., Meqbel, N., Egbert, G., Tandon, K. ModEM: A modular system for inversion of electromagnetic geophysical data. Computers & Geosciences, 2014. 66, 40-53.
  51. Korja, T., Engels, M., Zhamaletdinov, A., Kovtun, A.A., Palshin, N.A., Smirnov, M.Yu., Tokarev, A.D., Asming, V.E., Vanyan, L.L., Vardaniants, I.L., Bear W. G. Crustal conductivity in Fennoscandia – a compilation of a database on crustal conductance in the Fennoscandian Shield. Earth, Planets, Space, 2002. 54, 535-558, https://doi.org/10.1186/BF03353044.
  52. Kováčiková S., Logvinov I., Nazarevych A., Nazare­vych L., Pek J., Tarasov V., Kalenda P., Seismic activity and deep conductivity structure of the Eastern Carpathians. Stud. geophys. geod., 2016. 60, 280-296, https://doi.org10.1007/s11200-014-0942-y.
  53. Kováčiková, S., Červ, V., Praus, O., Modelling of the conductance distribution at the eastern margin of the european Hercynides. Studia geoph. geod., 2005. 49, 403-421.
  54. Kováčiková, S., Logvinov, I., Tarasov, V., Compa­rison of the 2D and quasi-3D geoelectric models of the Ukrainian Eastern Carpathians and their link to the tectonic structure. Tectonics, 2019. 38, 3818-3834, https://doi.org/10.1029/2018TC005311.
  55. Logvinov, I. M., Deep Geoelectrical Structure of the Central and Western Ukraine. Acta Geophysica, 2015. 63, 5, 1216-1230, https://doi.org/10.1515/ acgeo-2015-0049.
  56. Logvinov, I. M., Tarasov, V. N., Electric resistivity distribution in the Earth’s crust and upper mantle for the southern East European Platform and Crimea from area-wide 2D models. Acta Geophys., 2018. 66, 2, 131-139, https://doi.org/10.1007/ s11600-018-0125-2.
  57. Lough, A. C., Wiens, D. A., Nyblade, A. (2018). Reactivation of ancient Antarctic rift zones by intraplate seismicity. Nature Geoscience, 11, 515-519, https://doi.org/10.1038/s4156 1-018-0140-6.
  58. Malleswari, D., Veeraswamy, K., Abdul-Azeez, K. K., Gupta, A. K., Babu, N., Patro, P.K., Harinarayana, T., Magnetotelluric incvestigation of lithospheric electrical structure beneath the Dharwar Craton in South India: Evidence for mantle suture and plume-continental interaction. Geosci. Front., 2019, 10, 1915-1930, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2018. 10.011.
  59. Meng, H., Shi, Q., Liu, T., Liu, F.X, Chen, P., The percolation properties of electrical conductivity and permeability for fractal porous media. Energies. 2019. 12. 1085.
  60. Parfeevets, A.V., Sankov, V.A., 2018. Geodynamic Conditions for Cenozoic Activation of Tectonic Structures in Southeastern Mongolia. Geodyna­mics and Tectonophysics, Publ. of the Earth’s Crust Siberian Branch, RAS, 9, 3, 855-888, https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0374.
  61. Sarafian, E., Evans, R.L., Abdelsalam, M, G., Atekwa­na, E., Elsenbeck, J., Jones, A.G., Chikambwe, E., Crustal conductors along shear and suture zones – graphite and sulphides that experienced shearand metamorphism. Gondwana Res., 2018. 54, 38-49, https://doi.org/10.1016/j.gr.2017.09.007.
  62. Semenov, V. Y., Pek, J., Adam, A., Jozwiak, W., Ladanyvskyy, B., Logvinov, I., Pushkarev, P., Vozar J., Electrical structure of the upper mantle beneath Central Europe: Results of the CEMES project. Acta Geophysica, 2008. 56, 4, 957-981, https://doi.org/10.2478/s11600-008-0058-2.
  63. Shankland, T., Waff, H., Partial melting and electrical conductivity anomalies in the Upper Mantle. J. Geophys. Res., 1977. 82, 33, 5409-5417.
  64. Siripunvaraporn, W., Egbert, G., An efficient data-subspace inversion method for 2-D magneto­telluric data. Geophysics, 2000. 65, 3, 791-803.
  65. Siripunvaraporn, W., Egbert, G., Lenbury, Y., Uye­shima, M. Three-dimensional magnetotelluric in­version: data-space method. Phys., Earth, Planet. Interiors. 2005, 150, 3-14, https://doi.org/10.1016/ j.pepi. 2004.08.023
  66. Srebrov, B., Logvinov, I., Rakhlin, L., Kováčiková, S. (2018). Results of the magnetotelluric investiga­tions at geophysical observatories in Bulgaria. Geophys. J. Int., 215, 165-180, https://doi.org/10.1093/gji/ ggy268.
  67. Starostenko, V., Janik, T., Yegorova, T., Czuba, W., Sroda, P., Lysynchuk, D., Aizberg, R., Garetsky, R., Karataev, G., Gribik, Y., Farfuliak, L., Kolomiyets, K., Omelchenko, V., Komminaho, K., Tiira, T., Gryn, D., Guterch, A., Legostaeva, O., Thybo, H., Tolkunov, A. (2018). Lithospheric structure along wide-angle seismic profile GEORIFT 2013 in Pripyat – Dnieper – Donets Basin (Belarus and Ukraine). Geophys. J. Int., 212,1932–1962, https://doi.org/10.1093/gji/ggx 509. 
  68. Thybo, H., Janik, T., Omelchenko, V.D., Grad, M., Garetsky, R.G., Belinsky, A.A., Karatayev, G.I., Zlotski, G., Knudsen, E., Sand, R., Yliniemi, J., Tiiro, T., Luosto, U., Komminaho, K., Giese, R., Guterch, A., Lund, C.E., Kharitonov, O.M., Il­chenko, T.V., Lysynchuk, D.V., Skobolev, V.M., Doody, J.J. Upper lithospheric seismic velocity structure across the Pripyat Trough and the Ukrainian Shield along the EUROBRIDGE’97 profile. Tectonophysics, 2003, 371, 1/4, 41-79, https://doi.org/10.1016/S0040-1951(03)00200-2.
  69. Unsworth, M., & Bedrosian, P. A. (2004). On the geoelectric structure of major strike-slip faults and shear zones. Earth Planet Space, 56, 12, 1177-1184. https://earth-planets-space.springeropen. com/articles/10.1186/BF03353337.
  70. Van Zuilen, M.A., Lepland, A., Arrhenius, G., Reassessing the evidence for the earliest traces of life. Letters to Nature, 2002. 418, 627-630, https://www.nature.com/articles/nature00934.
  71. Wang, H., van Hunen, J., & Pearson, D. G. (2015). The thinning of subcontinental lithosphere: The roles of plume impact and metasomatic wea­kening. Geochem. Geophys. Geosyst., 16, 1156-1171, https://doi.org/10.1002/2015GC005748.
  72. Wu, P., Johnston, P., & Lambeck, K. (1999). Postglacial rebound and fault instability in Fennoscandia. Geophys. J. Int., 139, 657-670, https://doi.org/10.1046/j.1365-246x.1999.00963.x.
  73. Yin, Y., Unsworth, M., Liddell, M., Pana, D., Cra­ven, J.A. Electrical resistivity structure of the Great Slave Lake shear zone, northwest Canada: implications for tectonic history. Geophys. J. Int., 2014. 199, 178-199, https://doi.org/10.1093/gji/ ggu251