Літосфера Європи за даними тривимірного гравітаційного моделювання

Густинна параметризація верхнього шару консолідованої кори обґрунтовувалась лабораторними визначеннями густини основних комплексів порід УЩ; при моделюванні приймалось градієнтне зростання густини із глибиною. Розрахунки методом підбору показали, що прийнятий розподіл густинних неоднорідностей у верхній корі може добре пояснити основні особливості гравітаційного поля регіону. Максимальні значення густини, близько 2.96 г/см³, отримані в Чернігівському сегменті ДДЗ - таке сильне ущільнення фундаменту може бути пов'язано з переробкою докембрійських гранулітових порід фундаменту Брагінського масиву при пізньопалеозойському рифтогенезі. Найлегша верхня кора виявлена в районі Коростенського плутону.

Зняття гравітаційного ефекту осадів Прип'ятської западини та розрахунок 3D розподілу густини у верхній корі Коростенського плутону по новому відобразили його будову та надали важливу інформацію для розуміння його формування. Виявляється, що ізометричний гравітаційний мінімум Коростенського плутону може бути пов'язаний із переважним розвитком гранітів рапаківі в північній частині масиву та анортозитів - у його південно-західній частині; розділ проходить по лінії Центрального розлому північно-західного напрямку. Чітка локалізація гравітаційного мінімуму в північній частині плутону, що відбулася після зняття ефекту осадків Прип'ятської западини, може пояснюватись тим, що джерело гранітної магми виникло в північній частині плутону та контролювалось широтним розломом на місці сучасної Південно-Прип'ятської тектонічної зони. Інтрузії основної магми, що сформували масиви анортозитів в центральній і південній частинах плутону, контролювалися перехрестям зон діагональних розломів - Тетерівським та Центральним.

Розподіл густини в шарі нижче 15 км до поверхні Мохо розраховувався на базі принципів ізостазії, виходячи з того, що основна частина спостереженого поля сили тяжіння створена розподілом густини у верхній корі. В підібраній моделі областям великої потужності кори відповідає досить ущільнена нижня кора і, навпаки, ділянки з підйомом Мохо мають знижені значення густини. Виділено кілька областей нижньої кори високої густини із середньою густиною близько 2.96 г/см³ - це області гранулітової консолідації Подільського і південної частини Росинсько-Тикицького блоків УЩ, Осницько-Микашевицького вулканічного поясу та Чернігівського блоку ДДЗ. Нижня кора зниженої густини прогнозується під Прип'ятським прогином та північною частиною Коростенського плутону.

В регіональному плані важливим висновком проведеного моделювання є підтвердження особливої ролі глибинної меридіональної тектонічної зони, що проходить у напрямку Одеса-Гомель. Вона є елементом планетарного лінеаменту, простеженого через весь континент від Баренцева до Чорного моря, який розділяє два типи древньої континентальної кори - гранітно-зеленокам'яних областей на сході і гранулітових поясів на заході (Богданова, 1984; Чекунов, 1989). Існування двох блоків різної консолідації та, ймовірно, жорсткості виявилося також наприкінці палеозою - під час широкомасштабного рифтогенезу Східно-Європейської платформи. Активна фаза рифтогенезу, що припадає на пізній девон, супроводжувалася інтенсивною магматичною діяльністю та проникненням у кору мантійних розплавів. З цим узгоджується наявність тіла високої швидкості в середній і нижній корі під центральною частиною Дніпровського грабена, що відмічається ланцюжком гравітаційних і магнітних максимумів. Поширення в північно-західному напрямку масових мантійних розплавів у кору різко обривається на Чернігівсько-Брагінському виступі, на якому відмічається найсильніший в межах СЄП Чернігівський гравітаційний максимум. Він розташований у місці перетинання ПДДЗ та вищезгаданої меридіанальної глибинної зони.

Більш детальне вивчення будови літосфери регіону провадилось по профілю ЕВ-97 за допомогою 2D гравітаційного моделювання. З використанням швидкісних моделей по Р- і S-хвилях, побудованих до глибин 80 км, і розподілу V_p/V_s у корі (Thybo et al., 2003). В результаті цих робіт були отримані нові дані про будову літосфери Прип'ятської западини та західної частини УЩ: так, кора Осницько-Микашевицького поясу, що перекрита чотирьохкілометровим шаром осадків Прип'ятської западини, належить до типової кори докембрійського кратону без ознак скорочення ії товщини. Волинський блок характеризується високими значеннями сейсмічних швидкостей у верхній корі та в її низах, що пов'язується з присутністю великого інтрузивного тіла Коростенського плутону. Подільський блок архейської консолідації виділяється трохи зниженими значеннями сейсмічних швидкостей у корі та співвідношення V_p/V_s. В підкоровому шарі північної частини профілю ЕВ-97 (під Прип'ятською западиною) зафіксована похила сейсмічна границя, що занурюється в південному напрямку. Вона має, швидше за все, тектонічну природу і може бути ознакою елементу шовної зони між великими блоками докембрійського кратону.

В ході 2D гравітаційного моделювання на профілі ЕВ-97 було виявлено розбіжність встановленої структури швидкісного розрізу та характеру спостереженого поля сили тяжіння. Воно досить чітко виявилось в Коростенському плутоні, де високошвидкісний характер кори не погоджується з гравітаційним мінімумом, а також у Подільському блоці, який, навпаки, характеризується в цілому підвищеними значеннями поля сили тяжіння при знижених швидкостях у корі. Ця розбіжність пояснюється відхиленням співвідношення швидкість/густина від стандартного розподілу в архейському Подільському блоці, де поширені гранулітові породи, а також в інтрузивному масиві Коростенського плутону. В останньому випадку це явище може бути частково пояснено ефектом квазіанізотропії, що проявляється в середовищах з перешаровуванням пластів з високою і низькою швидкостями. В таких умовах сейсмічні хвилі поширюються переважно по високошвидкісним прошаркам, що приводить до завищення модельних значень швидкості щодо середньозваженої швидкості в масиві.

Кінцева густинна модель по профілі ЕВ-97, що побудована з урахуванням наявних значень швидкості та густини порід в окремих частинах моделі, підтвердила існування трьох головних корових блоків. Розподіл між ними простежується до глибини 12-15 км. Глибше, у середній і нижній корі, зв'язок із приповерхневими структурами відсутній; тут переважає субгоризонтальна шаруватість. Мінімальні глибини до поверхні Мохо отримані під Коростенським плутоном, а максимальні, більше 50 км, характеризують товсту кору Подільського блоку.

За розподілом співвідношення V_p/V_s оцінювався процентний вміст SіО₂ в основних блоках кори, що разом з результатами швидкісного та густинного моделювання було використано для прогнозу складу кори. Результати моделювання підтвердили уявлення про Подільський блок як про ядро гранулітової консолідації. Найбільш складною будовою кори на профілі ЕВ-97 відзначається Коростенський плутон. У перетині профілю тіло плутона потужністю 12-17 км поділяється Центральним розломом на дві частини з різною долею гранітного компонента. Вперше для Коростенського плутону встановлена складна будова нижньої кори та перехідної зони до верхньої мантії, яка зв'язана, ймовірно, з формуванням інтрузивного масиву. Особливості будови Коростенського плутону знаходять логічне пояснення в контексті широко розповсюдженої концепції формування рапаківі-анортозитових масивів внаслідок виникнення осередків плавління в нижній корі-верхній мантії. В зв'язку з цим здається цілком закономірним розташування Коростенського плутону у вузлі перетину тектонічних зон різного напрямку - двох діагональних та однієї меридіональної. Підкреслюється важлива роль попередника сучасного Південно-Прип'ятського розлому, що неодноразово активізувався протягом протерозою та палеозою. Приблизно два міліарда років тому він контролював південно-східне обмеження Осницько-Микашевицького поясу. Трохи пізніше, на субплатформній стадії розвитку кори цей розлом був, ймовірно, каналом для проникнення магм (переважно кислого складу), що сформували Коростенський плутон. У палеозої розлом активізувався знову при пізньодевонському рифтогенезі, коли утворилася Прип'ятська западина. На відміну від Дніпровського грабена, де базифікація кори відбувалася уздовж осі грабена, масових інтрузій у кору Прип'ятської западини не було, або, якщо це явище мало місце, то лише локально і вздовж південного борту западини.

Розділ 5. Будова літосфери південної окраїни Східно-Європейської платформи за гравіметричними та сейсмічними даними.

В цій главі наведені основні результати гравітаційного моделювання літосфери уздовж південної границі Східно-Європейського кратону. Вважається, що кора тут була перероблена та нарощена до древнього кратону в пізньому палеозої-тріасі (Nіkіshіn et al., 1996). Характерною рисою регіону досліджень є наявність ряду дуже глибоких западин і прогинів, сформованих у результаті складної еволюції та різноманітних тектонічних процесів. Серед них потужністю осадів більше 20 км виділяються Донбас і вал Карпинського загального субширотного напрямку, які відокремлюють древній кратон від молодої Скіфської платформи.

Ключовою структурою району досліджень є Донбас - частково інвертований сегмент Прип'ятсько-Дніпровсько-Донецької западини (ПДДЗ), сформованої внаслідок пізньодевонського рифтогенезу на Сарматському щиті. Післярифтове прогинання басейну та утворення осадів тривало протягом карбону; особливо активно воно відбувалось в південно-східній (Донецькій) частині басейну. Наступна інверсія тектонічних рухів, що охопила Донбас та його південно-східне продовження - вал Карпинського, традиційно зв'язувалася з герцинським тектогенезом (рання перм), одночасним з уральським орогенезом.

Донбас був основним об'єктом глибинних сейсмічних досліджень по профілю DOBRE, що проводились в 1999-2001 рр. з метою вивчення процесів континентального рифтогенезу, особливо його інверсійної фази. У ході цих робіт, що включали глибинні сейсмічні дослідження відбитими (за методикою загальної глибинної точки - ЗГТ) та заломленими (за методикою глибинного сейсмічного зондування - ГСЗ) хвилями, було отримано принципово нову інформацію про будову самого грабена, глибинну структуру та механізм формування Донбасу (DOBREfractіon Workіng Group, 2003; Maystrenko et al., 2003), що дало підставу для перегляду сформованих уявлень про Донбас. Проведення сейсмічного експерименту на профілі DOBRE ініціювало перегляд та узагальнення геофізичної інформації регіону досліджень. Був переінтерпретований великий обсяг сейсмічних спостережень ЗГТ у Донбасі та в перехідній зоні до Дніпровського грабену (Стовба і Стифенсон, 1999); було виконано 3D гравітаційне моделювання (Єгорова та ін., 1999; 2000; Yegorova et al., 2004) та проведено переінтерпретацію сейсмічних матеріалів по окремих профілях ГСЗ минулих років (Баранова та Павленкова, 2003; Баранова та Єгорова, 2004).

Характерною рисою поверхні Мохо, що була побудована за результатами колишніх інтерпретацій матеріалів ГСЗ (всього в районі Дніпровсько-Донецької западини та Донбасу в 60-70-х рр. минулого століття було відпрацьовано 14 профілів ГСЗ), є невеликий, на кілька кілометрів, підйом підошви кори під Дніпровським грабеном стосовно рівня Н 40 км на бортах рифту. Під Донбасом, навпаки, передбачалося потовщення кори до 50 км (Ільченко, 1997). За тими самими даними, у консолідованій корі, потужність якої зменшується від 30-35 км в Дніпровському грабені до 20-25 км у Донбасі, відзначається закономірне збільшення швидкостей під центральною частиною басейну, яке у Дніпровському грабені пов'язане із присутністю тіла високої швидкості в середній/нижній корі.

Розподіл рифтової зони ПДДЗ на складові елементи проявляється в потенціальних полях. Їхній характер та амплітуда аномалій значною мірою обумовлюються потужністю осадів басейну, що приховують неоднорідності фундаменту. Вплив цього ефекту максимальний в місцях дуже великої потужності осадів. У магнітному полі Дніпровського грабену, де потужність осадів досягає 6-10 км, виділяються два великих витягнутих максимуми - у районі м. Чернігова та Полтави, що збігаються із гравітаційними максимумами. Вони обумовлені девонськими эфузивами в низах осадового чохла і, ймовірно, такого ж віку інтрузивними утвореннями основного та ультраосновного складу рифтогеної природи. У Донбасі і на валу Карпинського, де потужність осадово-метаморфізованих комплексів зростає до 20 км і більше, виділяється регіональний лінійний мінімум магнітного поля, обмежений локальними максимумами бортових зон.

Основними особливостями гравітаційного поля ПДДЗ, в якому основні елементи рифтової зони виявилися найбільш виразно, є вже згадувані в попередньому розділі мінімум Прип'ятської западини, який розташований у крайній північно-західній частині зони, інтенсивний Чернігівський максимум над Брагінським виступом фундаменту, а також серія осьових максимумів Дніпровського грабену; ці максимуми обумовлені інтрузивними тілами високої густини в консолідованій корі (Старостенко та ін., 1986). В центральній частині Донбасу виділяється велика позитивна гравітаційна аномалія амплітудою більше 40 мГал, яка фіксує вугленосні метаморфизовані товщі карбону високої густини, що відслонюються на денній поверхні. Далі на схід вона продовжується смугою позитивних аномалій Буге валу Карпинського та північної частини Каспійського моря. Гравітаційне поле південної частини Прикаспійської западини має мозаїчний характер; у ньому виділяються витягнуті та ізометричні мінімуми над великими соляними структурами та максимуми, що обумовлені, ймовірно, підйомом поверхні Мохо до глибин 32-35 км під тонкою кристалічною корою високої густини.

Отже, багатофазний розвиток рифтової системи ПДДЗ та валу Карпинського по-різному виявився в будові самого грабена, в особливостях геофізичних полів і глибинної структури різних її елементів. Рифтова фаза найбільш чітко виявилася в Дніпровському грабені. Картина стає більше складною при переході до Донбасу, де глибинні неоднорідності літосфери маскуються 20-кілометровою товщою осадово-метаморфізованих порід палеозою. Ситуація ще більш ускладнювалась невизначеністю глибинної структури Донбасу. Через недостатність системи спостережень профілів ГСЗ, інтерпретація сейсмічних матеріалів минулих років, включно з визначенням поверхні Мохо, здійснювалась в основному по відбитих хвилях. Глибинні дослідження відбитими хвилями методом ЗГТ у Донбасі взагалі не провадились.

Тривимірним гравітаційним моделюванням були охоплені Донбас і вал Карпинського з прилеглими до них східною частиною Воронезького масиву та південною частиною Прикаспійської западини на півдні та Приазовським масивом і молодими структурами Скіфської платформи та Передкавказзя на півночі. Використовувалась модель, що складається з двох шарів змінної густини - легких осадків мезо-кайнозою та ущільнених палеозойських порід. Спеціально для цієї роботи автором було побудовано зведені карти підошов цих шарів за даними публікацій і матеріалів, наданих трестом «Спецгеофізика» та Центром ГЕОН МІНГЕО РФ (м. Москва). Гравітаційні ефекти шарів моделі віднімались зі спостереженого поля; таким чином було отримано різницеві гравітаційні аномалії, які сформували уздовж південної границі кратону смугу додатніх аномалій, простежених від Донбасу через вал Карпинського в північну частину Каспійського моря; додатня аномалія виділилася також уздовж південної частини центрального грабена Прикаспійської западини. Ці аномалії обумовлені густинними неоднорідностями в літосфері, що утворились в результаті тектонічних процесів на південній границі СЄП протягом нижнього палеозою-мезозою. Такими процесами були: пізньопалеозойський (середній-нижній девон) рифтогенез Донбасу та центральної частини Прикаспійської западини; ранньопермський уральський орогенез, що вплинув на південну частину Прикаспійської западини та, ймовірно, східну частину валу Карпинського; кіммерійська активізація та альпійський тектогенез, що обумовили колізійні процеси між Скіфською платформою і валом Карпинського.

Результатами гравітаційного моделювання в Донбасі було показано, що його різницева гравітаційна аномалія обумовлена присутністю тіла високої густини/швидкості в кристалічній корі під центральною частиною грабена (Yegorova et al., 1999; Єгорова та ін., 2000). Цю інтерпретацію було підтверджено сейсмічними дослідженнями на профілі DOBRE (DOBREfractіon'99 Workіng Group, 2003; Maystrenko et al., 2003), що виявили в нижній корі тіло високої швидкості, насичене численними елементами відбиття; це так звана "рифтова подушка", що утворилась проникненням основних та ультраосновних магм у фазі активного рифтогенезу в пізньому девоні. Вважається, що процеси рифтогенезу були широкомасштабним явищем у середньому-пізньому девоні на Східно-Європейській платформі і визначались активністю декількох мантійних плюмів (Nіkіshіn et al., 1996; Wіlson and Lyashkevіch, 1996). А.В. Чекунов (1994) розглядав мантійний діапір під Прикаспійською западиною як материнський стосовно до ДДЗ. Тому інтенсивна різницева аномалія в центральній частині Прикаспійської западини, за аналогією з Донбасом, пояснювалася впливом нижньокорового тіла високої густини, яке було сформовано проникненням мантійних розплавів при рифтогенезі в середньому-пізньому девоні (Yegorova et al., 2004). Така інтерпретація не суперечить уявленням про існування потрійної системи рифтів з двома елементами під ПДДЗ-Донбасом і під Прикаспійською западиною та третім елементом, що йде на південь від місця з'еднання двох перших (Зоненшайн та ін., 1990).

Різницева гравітаційна аномалія уздовж валу Карпинського напевне має іншу природу. Як показало швидкісно-густинне моделювання по профілю Волгоград-Нахічевань, особливістю глибинної будови валу Карпинського є потужна перехідна зона від нижньої кори до верхньої мантії на глибині 40-48 км з V_p = 7.5-7.7 км/с та 3.2 г/см³ (Баранова і Павленкова, 2003; Yegorova et al., 2004), яка відсутня під Донбасом. Це свідчить, що вал Карпинського навряд чи є продовженням рифтової зони ПДДЗ-Донбаса, а швидше за все, може бути елементом перехідної зони, що сформувалась в мезо-кайнозої уздовж південної межі СЄП при акреції Скіфської плити до докембрийського кратону.

Висновки

Найбільш істотні результати роботи наведені у висновках наприкінці кожного розділу. На їх основі сформульовані підсумкові висновки, які викладені нижче.

1. Виконано комплексне вивчення літосфери та верхньої мантії Європи на основі 3D гравітаційного моделювання масштабу 1:5 000 000 з побудовою густинної моделі, що зв'язує дані глибинних сейсмічних досліджень кори з неоднорідностями верхньої мантії, виявленими сейсмологією, геотермією та електромагнітними дослідженнями. Від тривимірної густинної моделі розраховувався гравітаційний ефект, відніманням якого з вихідного поля сили тяжіння було отримано мантійні гравітаційні аномалії різної інтенсивності та знаку, що пов'язані з існуванням густинних неоднорідностей у верхній мантії. Вперше виявлено кореляційний зв'язок між мантійними гравітаційними аномаліями та потужністю кори і літосфери, величиною наземного теплового потоку і розрахованих температур верхньої мантії, а також з швидкісними неоднорідностями верхньої мантії та віком останньої тектоно-магматичної активізації. Показано, що температурний режим верхньої мантії є основним чинником, що визначає розподіл густинних неоднорідностей нижче підошви кори.

2. Запропоновано класифікацію тектонічних структур континенту, яка відображає загальний хід еволюції літосфери Європи в часі та просторі, що виявляється в омолодженні в західному і південно-західному напрямках віку активізації - від консолідованого Східно-Європейського кратону до молодих структур Північної Атлантики та Альпійсько-Середземноморського поясу із активізованою верхньою мантією. Такий тип розвитку відноситься до деструктивного, у його ході потужність кори та літосфери скорочується внаслідок переробки наступними тектоно-магматичними активізаціями з відповідним збільшенням амплітуди від'ємної мантійної гравітаційної аномалії. Гірські споруди, що характеризуються додатніми мантійними аномаліями, належать до конструктивної стадії розвитку континентальної літосфери, при якій у межах вузьких шовних зон відбувається нарощування (акреція) кори і літосфери.

3. Мантійні гравітаційні аномалії Європейського континенту та прилеглої частини Північної Атлантики були кількісно проінтерпретовані розрахунком інтегральних значень густини верхньої мантії, які обумовлені головним чином змінами температури і складу. За розподілом поперечних хвиль було оцінено складову густини, що обумовлена варіаціями температур верхньої мантії. Закономірне відхилення цього компонента від інтегральних значень густини верхньої мантії, отриманих по мантійних аномаліях, може вказувати на зміну складу верхньої мантії. Закономірна зміна цього компонента - приблизно від -2% під докембрійськими областями до -0.5 % під герцінидами Західної Європи - пояснено особливостями деплетування верхньої мантії в ході її еволюції.

4. Мантійні гравітаційні аномалії було проінтерпретовано також змінами потужності шару літосфери, що включає густинні неоднорідності, зафіксовані мантійними аномаліями. Використовувалась кореляційна залежність, яка була виявлена для найбільш вивченої західної частини континенту, між мантійними гравітаційними аномаліями і потужністю літосфери. З її допомогою було отримано оцінки значень потужності літосфери для всієї Європи, які в цілому добре погоджуються з розподілом цього параметру за даними інших методів. Встановлено закономірну зміну потужності літосфери континенту залежно від тектонічної ситуації, віку останньої активізації та характеру ендогенного режиму. Літосфера потоншується з омолодженням віку тектоно-магматичної активізації внаслідок тектонічної ерозії коренів літосфери, змінюючись від 200 км і більше під докембрійським кратоном до 60 км під активізованими структурами эпігерцинської Європи (Центральний Французький та Рейнський масиви).

5. Для двох регіонів Східно-Європейського кратону виконане тривимірне гравітаційне моделювання масштабу 1:1 000 000. Це західна частина Українського щита і рифтова зона Дніпровсько-Донецькой западини - Донбасу, у межах яких було проведено глибинні сейсмічні дослідження на профілях EUROBRІDGE-97 (ЕВ-97) і DOBRE. Регіональне тривимірне моделювання кори району профілю EB-97 (західна частина Українського щита та більша частина Осницько-Мікашевицького вулканічного поясу з накладеною Прип'ятською западиною) показало, що основні особливості спостереженого поля сили тяжіння можуть бути обумовлені густинними неоднорідностями верхньої кори. Детальне 2D гравітаційне моделювання, що було виконане по профілі ЕВ-97, підтвердило існування в корі трьох основних структурних елементів - Осницько-Мікашевицького поясу, Волинського блоку з Коростенським плутоном та Подільського блоку - із притаманними особливостями будови, що пояснюються різною історією розвитку в докембрії. Вперше в Україні за розподілом співвідношення V_p/V_s було оцінено вміст кремнезему (SіО₂) в основних блоках кори, що, разом з даними швидкісного і густинного моделювання, було використано для прогнозу складу кори. Результати моделювання підтвердили уявлення про Подільський блок як ядро архейської гранулітової консолідації. Своєрідність структури Коростенського плутону, що виявилася в складній будові не тільки верхньої кори, а також її нижньої частини та підкорового шару, добре пояснюються з позиції гіпотези формування рапаківі-анортозитових масивів внаслідок виникнення осередків часткового плавлення у верхній мантії-нижній корі. Показано важливу роль Південно-Прип'ятського розлому, який неодноразово активізувався у пізньому протерозої та палеозої. На субплатформній стадії розвитку розлом був, ймовірно, каналом проникнення магм Коростенського плутону; у палеозої він активізувався знову при пізньодевонському рифтогенезі, що спричинив формування Прип'ятської западини.

6. В ході 3D гравітаційного моделювання в масштабі 1:1 000 000 уздовж південної окраїни Східно-Європейського кратону вперше було виділено смугу різницевих аномалій, що простежені від Донбасу через вал Карпинського до північної частини Каспійського моря, а також аномалію в Прикаспійській западині. Ці аномалії обумовлені серією густинних неоднорідностей у літосфері, які були сформовані тектонічними подіями, що відбувалися уздовж південної границі кратону в палеозої-кайнозої. Різницева аномалія, яка була виділена уздовж центральної частини грабена Донбасу, обумовлена, найімовірніше, тілом високої швидкості/густини, яке утворене основними та ультра основними породами, які вкорінились в нижню кору під час палеозойського (нижній девон) рифтогенезу. Це тіло було виявлено глибинними сейсмічними дослідженнями та гравітаційним моделюванням на профілі DOBRE. Аналогічна природа різницевої аномалії передбачається також для Прикаспійської западини. Тіло високої швидкості/густини в літосфері валу Карпинського, як довели результати переінтерпретації матеріалів ГСЗ по профілю Волгоград-Нахічевань, має іншу природу. Це потужна, до10 км, перехідна зона від нижньої кори до мантії із V_p=7.4-7.6 км/с та 3.2 г/см³. Ці нові для валу Карпинського дані дозволяють розглядати його як елемент шовної зони, що була сформована уздовж південної границі древнього кратону на стику з молодою Скіфською платформою в мезо-кайнозої.

Список основних праць, опублікованих по темі дисертації

Егорова Т.П. Трехмерная плотностная модель литосферы Европы. I // Физика Земли. - 2001. - №5. - с.3-16.

Егорова Т.П. Трехмерная плотностная модель литосферы Европы. II // Физика Земли. - 2001. - № 5. - с.17-29.

Егорова Т.П. Характеристика литосферы осадочных бассейнов Европы по данным регионального гравитационного моделирования // Геофиз. журн. - 2001. - Т.21, № 3. - с.55-71.

Егорова Т.П. Трехмерное гравитационное моделирование строения земной коры Днепровско-Донецкой впадины и Донбасса. I. Осадочная толща // Геофиз. журн. - 2000. - Т.22, №5. - c.109-119.

Егорова Т.П. Физические свойства габброидов Коростенского плутона в связи с оценкой их рудоносности // Геофиз. журн. - 1993, -Т.15, № 4. - С.54-61.

Егорова Т.П., Козленко В.Г., Павленкова Н.И., Старостенко В.И. Построение объемной плотностной модели Европы (первые результаты) // Интерпретация гравитационных и магнитных полей. - Киев: Наукова думка. - 1992. - С. 107-117.

Егорова Т.П., Курганова Л.В., Старостенко В.И. Объемное плотностное моделирование Кропивенского рудного тела: опыт применения методики с быстрым преобразованием Фурье // Геофиз. журн. - 1992. - Т.14, № 1. - С.48-52.

Егорова Т.П., Козленко В.Г., Павленкова Н.И., Старостенко В.И. Построение объемной плотностной модели Европы: методика и первые результаты // Литосфера Центральной и Восточной Европы. Обобщение геофизических исследований. - Киев: Наукова думка. - 1993. - С.36-60.

Баранова Е.П., Егорова Т.П. Козленко В.Г., Костюкевич А.С., Старостенко В.И. Скоростно-плотностные модели основных типов геоструктур. Украинский щит. Кировоградский блок // Сейсмогравитационное моделирование при изучении литосферы. - Киев: Наукова думка. - 1994. - С.116-123.

Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Pavlenkova N.I., Starostenko V.I. 3-D density model for the lithosphere of Europe: construction method and preliminary results // Geophysical Journal International. - 1995. - №121. - р.873-892.

Егорова Т.П., Старостенко В.И., Козленко В.Г. Трехмерное гравитационное моделирование при изучении литосферы Альпийского пояса Западной Европы // Физика Земли. - 1996. - №3. - с.3-20.

Старостенко В.И., Мацелло В.В., Аксак И.Н., Кулиш В.И., Легостаева О.В., Егорова Т.П. Автоматизация ввода изображений геофизических карт в компьютер и создание их цифровых моделей // Геофиз. журн. - 1997. - Т.19, № 1. - с.3-13.

Егорова Т.П., Старостенко В.И., Заворотько А.Н., Оганесян М.Г., Курганова Л.В. Физико-геологическое моделирование габброидов Коростенского плутона // Сейсмо-гравитационное моделирование при изучении литосферы. - Киев: Наукова думка. - 1994. - С.139-150.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., Kozlenko V.G., Pavlenkova N.I. Three-dimensional gravity modelling of the European Mediterranean Lithosphere // Geophysical Journal International. - 1997. - №129. - р.355-367.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., Kozlenko V.G. Large-scale 3-D gravity analysis of the inhomogeneities of the European-Mediterranean upper mantle // Pure and Applied Geophysics. - 1998. - №151. - p.549-561.

Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Starostenko V.I. Density heterogeneities of the European upper mantle inferred from 3-D large-scale gravity modeling // Upper Mantle Heterogeneities from Active and Passive Seismology (ed. K.Fuchs). Contribution Nr. 336 International Lithosphere Program. - Kluwer Academic Publishers. - 1997. - Р.249-256.

Егорова Т.П., Старостенко В.И. Строение литосферы переходной зоны от Западной Европы к Восточно-Европейской платформе // Физика Земли. - 1998. - № 6. - с.19-36.

Yegorova T.P., Stephenson R.A., Kozlenko V.G., Starostenko V.I., Legostaeva O.V. 3-D gravity analysis of the Dnieper-Donets Basin and Donbas Foldbelt, Ukraine // Tectonophysics. - 1999. - №313. - р. 41-58.

Yegorova T.P., Starostenko V.I. Large-scale three-dimensional gravity analysis of the lithosphere below the transition zone from Western Europe to the East-European Platform // Tectonophysics. - 1999. - №314. - Р.83-100.

Егорова Т.П., Стифенсон Р.А., Козленко В.Г., Старостенко В.И., Заворотько А.Н., Легостаева О.В. Трехмерное гравитационное моделирование строения земной коры Днепровско-Донецкой впадины и Донбасса. II. Неоднородности консолидированной коры // Геофиз. журн. - 2000. - Т. 22, №6. - c.81-92.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., 2002. Lithosphere structure of Europe and North Atlantic from regional three-dimensional gravity modeling // Geophysical Journal International. - 2002. - № 154. - Р.11-31.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., 2002. Lithosphere structure of the sedimentary basins in Europe according to large-scale 3-D gravity modeling // Tectonophysics. - №346. - Р.5-21.

Егорова Т.П., Козленко В.Г. Детализация плотностной модели осадочной толщи юго-восточной части Днепровско-Донецкой впадины и западной части Донбасса // Геофиз. журн. - 2003. - Т.25, № 3. - С.139-152.

Егорова Т.П., Старостенко В.И., Козленко В.Г., Улиниеми Ю. Литосфера Украинского щита и Припятской впадины региона EUROBRIDGE-97 по данным гравитационного моделирования // Геофиз. журн. - 2003. - Т.25, №4. - с.26-58.

Yegorova T., Starostenko V., Kozlenko V.G., Yliniemi, J. Lithosphere structure of the Ukrainian Shield and Pripyat Trough in the region of Eurobridge'97 region (Ukraine and Belarus) from gravity modeling // Tectonophysics. - 2004. - №381. - p.29-59.

Yegorova T.P., Stephenson R.A., Kostyuchenko S.L., Baranova E.P., Starostenko V.I., Popolitov, K.E. Structure of the lithosphere below the southern margin of the East European Craton (Ukraine and Russia) from gravity and seismic data // Tectonophysics. - 2004. - № 381. - p.81-100.

Kostyuchenko S., Morozov A., Stephenson R.A., Solodilov L.N., Vedrentsev A.G., Popolitov K.E., Aleshina A.F., Vishnevskaya V.S., Yegorova T.P. The evolution of the southern margin of the East European Craton based on seismic, gravity, and magnetic data in pre-Mesozoic time // Tectonophysics. - 2004. - №381. - p.101-118.

Баранова Е.П., Егорова Т.П. Сейсмо-гравитационная модель земной коры Восточного Донбасса по результатам переинтерпретации материалов ГСЗ по профилю Суровикино-Песчанокопская // Геофиз. журн. - 2004. - Т.26, №2. - c.87-100.

Egorova T.P., Starostenko V.I., Kozlenko V.G., Pavlenkova N.I. 3-d density model for the crust and upper mantle of Europe // Annales Geophysicae. Abstract Supplement 1 to v. 11, p. I Solid Earth Geophysics and Natural Hazards (abstracts of the 18-th General Assembly of the EGS. - 1993. - Р.76.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., Kozlenko V.G., Pavlenkova N.I. 3-D density model for the lithosphere of southern part of Western Europe // Annales Geophysicae. Abstract Supplement 1 to v. 12, p. I Solid Earth Geophysics and Natural Hazards (abstracts of the 19-th General Assembly of the EGS). - 1994. - Р.34.

Yegorova T.P., Starostenko V.I., Kozlenko V.G., Pavlenkova N.I. Density inhomogeneities of the European-Mediterranean upper mantle inferred from large-scale 3-D gravity modeling // Abstracts of International Workshop “Geodynamics of Lithosphere & Earth's Mantle”. -1996. - Chateau of Trest, Czech Republic. - Р.72.

Егорова Т.П., Старостенко В.И., Козленко В.Г. Плотностные неоднородности верхней мантии Европы по данным трехмерного гравитационного моделирования // Тезисы докладов международной конференции «Структура верхней мантии Земли». - 1997. - Москва. - с.41-42.

Yegorova T.P., Kozlenko V.G., Stephenson R.A., Starostenko V.I., Legostaeva O.V. Deep structure of the Dnieper-Donets Basin: integrated interpretation of seismic and gravity data // Terra Nova. Abstracts of oral and poster presentations of the EUG-9. - 1997. - v.9. - Strasbourg (France). - p.142.

Yegorova T.P., Starostenko V.G., Legostaeva O.V., Stephenson R.A. Structure of the lithosphere beneath the Dnieper-Donets Basin according to gravity data // Annales Gephysicae. Abstract supplement I to v.16. - 1998. - p.67.

Yegorova T., Kozlenko V., Starostenko V., Stephenson R.A. Gravity back-stripping analysis used in 3-D basin modelling of the Dnieper-Donets Basin and Donbas Foldbelt, Ukraine // Geophysical Research Abstracts. 25-th General Assembly EGS (Nice). - 2000. - v.3. - CD-Room.

Yegorova T.P., Kostyuchenko S., Stephenson R., Starostenko V., Baranova E.P. Structure of the lithosphere beneath the southern margin of the East-European craton, Ukraine and Russia, from gravity and seismic data // Geophysical Research Abstracts. 26-th General Assembly EGS (Nice). - 2001. - v.3. - CD-Room.

Yegorova T.P. Density heterogeneities of the European upper mantle // Geophysical Research Abstracts, EGS-AGU-EUG Joint Assembly (Nice). - 2003. - v.5. - CD-Room.

Егорова Т.П., Старостенко В.И. Плотностная модель литосферы Европы // Тезисы докладов Международной конференции «Научное наследие академика Г.А.Гамбурцева и современная геофизика». - 2003. - Москва. - С.43-44.

Стифенсон Р.А., Стовба С.Н., Егорова Т.П., Старостенко В.И., Толкунов А.П., Майстренко Ю.П., Баер У., Омельченко В.Д // Глубинное строение и эволюция Днепровско-Донецкого палеорифта по геофизическим данным, включая результаты сейсмического эксперимента по профилю DOBRE. Тезисы докладов шестых геофизических чтений им. В.В.Федынского. - 2004. - Москва. - С.37-38.

Егорова Т.П., Старостенко В.И., Стифенсон Р.А., Стовба С.Н., Баранова Е.П. Глубинное строение и эволюция Днепровско-Донецкой впадины, Донбасса и вала Карпинского // Тезисы докладов восьмых геофизических чтений им. В.В.Федынского. - 2006. - Москва. -С.14-15.

Анотація

Єгорова Т.П. Літосфера Європи за результатами тривимірного гравітаційного моделювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика. Інститут геофізики ім. С.І. Суботіна НАН України, Київ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена побудові тривимірної регіональної густинної моделі літосфери Європейського континенту та прилеглих структур Північної Атлантики масштабу 1:5 000 000. Модель базується на даних ГСЗ про структуру кори та інформації щодо неоднорідностей верхньої мантії за даними інших геофізичних методів. Розроблено методику 3D гравітаційного моделювання з визначенням різницевих аномалій, мантійна природа яких підтверджується їхньою стійкою кореляцією з неоднорідностями верхньої мантії за даними геотермії і сейсмології. Доведено, що температурний режим є основним чинником, який визначає розподіл густини нижче підошви кори. При кількісній интепретації мантійних аномалій були розраховані інтегральні значення густини підкорового шару та оцінено частини густини, які обумовлені змінами температурного режиму і варіаціями складу верхньої мантії. Закономірна зміна "речовинної" складової густини верхньої мантії пояснюється особливостями деплетування верхньої мантії при формуванні земної кори континенту. Залежність мантійних аномалій від товщини літосфери дозволила оцінити зміну цього параметра в межах усього континенту та прилеглої частини Атлантики. Отже показано, що густина може бути ще одним важливим параметром (на додаток до таких параметрів як температура та швидкість сейсмічних хвиль), що характеризує будову і склад верхньої мантії. Розроблена автором методика гравітаційного моделювання застосовувалася також при 3D моделюванні масштабу 1:1 000 000 двох регіонів, розташованих у межах України - району профілю EUROBRІDGE-97 та площі уздовж південної границі Східно-Європейської платформи. Це дозволило одержати суттєво нові результати про глибинну будову, формування основних структур та геотектонічний розвиток регіонів, що вивчалися.

Ключові слова: Європейський континент, Східно-Європейська платформа, земна кора, верхня мантія, тривимірне гравітаційне моделювання, мантійні гравітаційні аномалії, густина верхньої мантії.

Аннотация

Егорова Т.П. Литосфера Европы по результатам трехмерного гравитационного моделирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора геологических наук по специальности 04.00.22 - геофизика. Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена построению трехмерной плотностной модели литосферы Европейского континента и прилегающей части Северной Атлантики. Выполнено комплексное изучение литосферы и верхней мантии континента на основе 3D гравитационного моделирования масштаба 1: 5 000 000, связующего данные глубинных сейсмических исследований о структуре коры с неоднородностями верхней мантии, выявленными сейсмологией, геотермией и другими методами. Модель земной коры континента представлена двумя региональными слоями переменной плотности - осадками и консолидированной корой, на акваториях модель дополнялась слоем морской воды. Трехмерное гравитационное моделирование континента выполнялось по усовершенствованной автором методике с использованием одноградусного осреднения данных о модели и исходного поля силы тяжести. В результате было рассчитано гравитационное влияние слоев модели и получен интегральный эффект коры континента. Вычитанием корового эффекта из исходного поля силы тяжести (аномалии Буге на суше и аномалии в свободном воздухе на акваториях) выделены разностные гравитационные аномалии амплитудой от +150 до -250 мГал, указывающие на существование плотностных неоднородностей ниже поверхности Мохо. Мантийная природа разностных аномалий подтверждается их корреляцией с неоднородностями верхней мантии по данным геотермии, сейсмологии и других методов. Показано, что температурный режим является основным фактором, влияющим на распределение плотностных неоднородностей ниже подошвы коры. Количественная интерпретация мантийных гравитационных аномалий осуществлялась с использованием двух подходов. В первом по ним рассчитывались интегральные значения плотности самого верхнего слоя мантии, которые обусловлены изменениями температуры и состава. Оценка составляющей плотности, обусловленной изменениями температур верхней мантии, показала ее отклонение от интегральных значений плотности, объясняемое, главным образом, изменением состава верхней мантии. Впервые установлено закономерное изменение составляющей плотности верхней мантии, обусловленной изменениями состава, в пределах Европейского континента. Увеличение вклада этой компоненты от -2% под докембрийскими областями до -0.5% под герцинидами Западной Европы объясняется особенностями деплетирования верхней мантии в ходе ее эволюции, приведшей к формированию земной коры континента. При другом подходе к интерпретации мантийные аномалии объяснялись изменениями глубин литосферного слоя, который включал плотностные неоднородности, зафиксированные мантийными аномалиями. С помощью корреляционной зависимости, установленной для части Западной Европы между мантийными гравитационными аномалиями и мощностью литосферы, были получены оценочные значения мощности литосферы для всего континента.

Для двух регионов Восточно-Европейского кратона выполнено 3D гравитационное моделирование масштаба 1:1 000 000. В пределах этих регионов были отработаны профили глубинных сейсмических исследований современного уровня EUROBRIDGE-97 (ЕВ-97) и DOBRE. Оба региона исследований расположены в Украине. Район профиля ЕВ-97 охватывает западную часть Украинского щита (УЩ) и Припятскую впадину; другой включал Донбасс и часть Днепровско-Донецкой впадины. Профиль ЕВ-97 пересекает шовную зону между двумя основными блоками докембрийского кратона и освещает глубинное строение крупного рапакиви-анортозитового массива Коростенского плутона в северной части УЩ. В ходе гравитационного моделирования - регионального 3D и детального 2D моделирования по профилю ЕВ-97 - была получена новая информация о строении и составе коры (особенно нижней ее части) сложного Коростенского плутона и окружающих структур. Комплексная интерпретация результатов гравитационного и скоростного моделирования с прогнозом состава основных блоков коры показала, что особенности строения земной коры плутона объясняются формированием рапакиви-анортозитовых массивов в результате возникновении очагов частичного плавления в нижней коре-верхней мантии на субплатформенной стадии развития коры, сопровождавшейся подвижками блоков по системе активизированных разломов.

На примере Южно-Припятского разлома и Коростенского плутона показана унаследованная роль докембрийских структур, которые на протяжении докембрия и палеозоя неоднократно активизировались в связи с тектоническим развитием зоны сочленения двух крупных блоков кратона. 3D моделирование, выполненные вдоль южной границы Восточно-Европейской платформы, выявило серию плотностных неоднородностей в литосфере Донбасса и вала Карпинского, а также под Прикаспийской впадиной. Эти неоднородности под Донбассом (прослеживаемые далее в северо-западном направлении и под Днепровским грабеном) и Прикаспийской впадиной связаны, скорее всего, с мантийными выплавками, внедрившимися в нижнюю кору на активной фазе позднедевонского рифтогенеза. Вал Карпинского, скорее всего, не является продолжением этой рифтовой системы; он рассматривается как элемент шовной зоны, сформированной в мезо-кайнозое между докембрийским кратоном и молодой Скифской платформой.

Ключевые слова: Европейский континент, Восточно-Европейская платформа, земная кора, верхняя мантия, трехмерное гравитационное моделирование, мантийные гравитационные аномалии, плотность верхней мантии.

Summary

Yegorova T.P. Lithosphere of Europe according to three-dimensional gravity modelling. - Manuscript.

Dissertation for the scientific degree of doctor of geological sciences in speciality 04.00.22 - geophysics. The S.I.Subbotin Institute of Geophysics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2006.

The dissertation is devoted to the setting up of regional (1:5 000 000 scale) density model for the lithosphere of European continent and adjoining part of Northern Atlantic. The model is based on seismic data on crustal structure and information on the upper mantle heterogeneities from geothermal, seismological and other studies. For this 3D regional gravity study the methodology, incorporated the gravity calculations from the crust and its separate layers, as well as deriving the residual anomalies of deep origin, has been developed. Mantle origin of residual gravity anomalies is confirmed by their steady correlation with upper mantle heterogeneities revealed by geothermal study and seismology data. It was shown with confidence that temperature regime is the main factor determining distribution of density heterogeneities below the crustal base. As a result of quantitative interpretation of mantle gravity anomalies, integral values of density have been calculated for the uppermost mantle layer and there were estimated its components caused by variations of temperature regime and composition of the upper mantle. Revealed regularity in variation of “compositional” component of the upper mantle density beneath Europe is explained by processes of depletion of the upper mantle during formation of the continental Earth's crust. Lithosphere thickness for the whole continent and adjoining part of Northern Atlantic was estimated from mantle gravity anomalies using the correlation revealed between these anomalies and thickness of the lithosphere from seismological study. Thus, it was shown with confidence that density of the upper mantle can be served as another valuable parameter (in addition to the temperature and seismic velocities) characterizing structure and composition of the upper mantle. Developed approach was applied also by setting up the 3D density models of 1:1 000 000 scale for two regions, located in the Ukraine. These are region of the EUROBRIDGE-97 profile within the western part of the Ukrainian Shield and domain along the southern margin of East-European platform. During these studies new information on the deep structure, formation of main units and geotectonic history of the study regions were derived.

Key words: European continent, East-European platform, Earth's crust, upper mantle, 3D gravity modeling, mantle gravity anomalies, density of the upper mantle.

Размещено на Allbest.ru