Швидкісна будова мантії під територією України за даними сейсмічної томографії

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат дисертації

на здобуття вченого ступеня кандидата геологічних наук

Швидкісна будова мантії під територією України за даними сейсмічної томографії

Загальна характеристика роботи

мантія родовище вуглеводні

Актуальність проблеми. Тривимірні швидкісні моделі мантії Землі - основне джерело інформації про глибинну структуру нашої планети. На разі відомі глобальні та регіональні сейсмотомографічні моделі, отримані різними авторами. Головним чином це моделі активних регіонів Землі: районів субдукції літосферних плит, гарячих точок, колізійних областей тощо. Недостатньо вивченою залишається мантія платформ, зокрема, Східно-Європейської платформи (СЄП), що суттєво обмежує знання про швидкісні властивості мантії всієї Землі в цілому.

В зв'язку з цим гостро стоїть проблема отримання сейсмотомографічної моделі мантії під платформами. Дисертаційна робота присвячена представленню Р-швидкісної моделі мантії під територією України (південно-західної частини СЄП) та її структурному аналізу. Інтерес до цього регіону обумовлений його розташуванням. Як південно-західна окраїна СЄП він є областю взаємодії декількох геодинамічних систем, а саме - герцинської Західно-Європейської платформи, частково Піренейсько-Ельбурської та Добруджинсько-Кримсько-Кавказько-Копетдагської гілок Альпійсько-Гімалайського рухливого поясу.

Тривимірна Р-швидкісна модель мантії під територією України до глибини 850 км була отримана за допомогою методу сейсмічної томографії, розробленого В.С. Гейком, та є частиною загальної моделі для мантії Євразії.

На сьогодні інтерпретація сейсмотомографічних побудов зводиться до виділення високо- та низькошвидкісних шарів та аномалій з подальшим їх прив'язуванням до великих тектонічних та геодинамічних одиниць (платформи, літосферні плити та інш.). В результаті проведеного аналізу була удосконалена схема інтерпретації сейсмотомографічних моделей, що вперше дозволило отримати швидкісні структури ділимості мантії - «мантійні блоки».

Одна з практичних задач, що вирішуються за допомогою методів сейсмічної томографії - прогнозування розміщення родовищ корисних копалин. В роботі представлені критерії визначення прогнозних областей регіонального масштабу для пошуку родовищ нафти, газу та проявів кімберліт-лампроїтового магматизму на основі просторової кореляції вірогідних субвертикальних зон підвищеної проникливості виділенних по 3D Р-швидкісній моделі мантії, з розташуванням родовищ корисних копалин.

Таким чином, питання, що розглядаються в дисертаційній роботі, є актуальними в науковому та практичному відношенні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження автора виконувались в рамках робіт та тем відділу сейсмічної небезпеки Інституту геофізики НАН України ім. С.І. Субботіна:

– «Референтна тривимірна Р-швидкісна модель мантії Євразії і північної Африки та її тектонічне і геодинамічне тлумачення» (2002-2006 рр., № держреєстрації 0102U000485);

– «Створення комплексної тривимірної геофізичної моделі літосфери в зв'язку з магматизмом, тектонікою та утворенням корисних копалин Українського щита» (2002-2006 рр., № держреєстрації 0102U002478);

– «Сейсмічні та геофізичні спостереження на платформній території України у 2004-2008 рр.» (2004-2008 рр., № держреєстрації 0104U000379);

– «Оцінка перспектив корінної алмазоносності Українського щита за даними геофізичних, петрологічних, мінералогічних, геохімічних та геохронологічних досліджень земної кори та верхньої мантії» (2006 р., № держреєстрації 0104U0002978);

– «Сейсмічна томографія верхньої мантії України» (2006 р., № держреєстрації 0105U005321);

– «Глибинна будова та геодинаміка наскрізних широтних зон розломів для оцінки перспектив пошуку корисних копалин» (2007-2011 рр., № держреєстрації 0107U002193);

– «Геофізичні і геодинамічні критерії виділення площ і перспективних ділянок на енергетичні та мінеральні ресурси та алмази» (2007-2008 рр., № держреєстрації 0107U006543);

– Російсько-українська програма «Удосконалення методики моніторингу хвильових процесів, вивчення будови і динаміки структур, що їх генерують» (2008 р., № держреєстрації 0108U004825).

Було отримано грант для молодих вчених НАНУ для проведення науково-дослідних робіт на 2005-2006 рр., (№ МН1/06, «Сейсмічна томографія верхньої мантії України»).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - провести структурний аналіз 3D Р-швидкісної моделі мантії під територією України, виявити ділимість мантії, визначити критерії виділення прогнозних областей регіонального масштабу для пошуку родовищ вуглеводнів та проявів кімберліт-лампроїтового магматизму.

Об'єктом досліджень є Р-швидкісна модель мантії до глибини 850 км під територією України.

Предметом досліджень є розподіл Р-швидкостей в мантії.

Задачі дослідження: Для досягнення мети необхідно вирішити такі задачі.

1. Проаналізувати 3D Р-швидкісну модель мантії до глибини 850 км під територією України.

2. На основі морфологічного аналізу удосконалити схему інтерпретації тривимірної сейсмотомографічної моделі мантії.

3. Розробити алгоритм виділення «мантійних блоків» - швидкісних структур ділимості мантії, показати можливість їх існування шляхом співставлення з тектонічними структурами земної кори.

4. Дослідити швидкісну будову мантії та визначити можливість виділення вірогідних субвертикальних зон підвищеної проникливості для флюїдів в мантії.

5. Проаналізувати просторову кореляцію вірогідних субвертикальних зон підвищеної проникливості з розміщенням родовищ вуглеводнів та проявів кімберліт-лампроїтового магматизму.

Методи дослідження:

– структурний аналіз швидкісної моделі мантії;

– морфологічний аналіз швидкісних шарів;

– порівняльний аналіз швидкісної моделі мантії з тектонічною будовою

земної кори;

– просторово-кореляційний аналіз розміщення родовищ та перспективних районів для пошуку вуглеводнів та проявів кімберліт-лампроїтового магматизму з вірогідними субвертикальними зонами підвищеної проникливості.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше проведено структурний аналіз 3D Р-швидкісної моделі мантії під територією України до глибини 850 км.

2. Вперше для інтерпретації 3D швидкісної моделі мантії використано морфологічний аналіз швидкісних шарів.

3. Вперше використовуються швидкісні критерії для виділення «мантійних блоків» по 3D моделі мантії: Волино-Подільського, Росино-Бузького, Інгуло-Середньопридніпровського, Приазовського, Причорноморського, Західно-Чорноморського, Кримського, Східно-Чорноморського, Придністровського, Чернігівського, Дніпровського, Донецького, Волино-Подільської плити.

4. Вперше показана можливість існування субвертикальних зон підвищеної проникливості для флюїдів першого та другого типів в мантії під територією України.

5. На підґрунті просторової кореляції між вірогідними субвертикальними зонами підвищеної проникливості та розташуванням родовищ таких корисних копалин, як нафта і газ та проявів кімберліт-лампроїтового магматизму вперше сформульовані крітерії виділення прогнозних областей регіонального масштабу для пошуку даних родовищ по 3D Р-швидкісній моделі мантії.

Достовірність та обґрунтованість наукових виcновків забезпечені теоретичною базою побудови 3D Р-швидкісної моделі мантії, методом Тейлорового наближення рішення задачі сейсмічної томографії часів приходу Р-хвиль, запропонованим В.С. Гейком, використанням морфологічного аналізу швидкісних шарів, комплексним підходом, який включає спільний аналіз швидкісної будови мантії і тектонічної будови земної кори.

Практична цінність. Результати аналізу розподілу Р-швидкостей в мантії можуть бути використані при проведені вивчення глибинної будови земних надр в комплексі з іншими геофізичними методами, для моделювання геодинамічних процесів в мантії, визначення зон підвищеної сейсмічності та прогнозних областей регіонального масштабу при пошуках родовищ корисних копалин флюїдного генезису.

Апробація результатів дисертації. Основні положення досліджень доповідались на наступних наукових конференціях: «Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища», (Київ, 2005, 2006); «European Geosciences Union General Assembly» (Відень, Австрія, 2006); «Фундаментальные проблемы геотектоники» XL Тектонического совещания (Москва, Росія, 2007); «Девятые геофизические чтения имени В.В. Федынского», (Москва, Росія, 2007); «Десятые геофизические чтения имени В.В. Федынского», (Москва, Росія, 2008); «Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезы» (Москва, Росія, 2008); «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными» (Петрозаводськ, Росія, 2008 г.); «European Geosciences Union General Assembly 2006» (Відень, Австрія, 2009); «New Views on the Earth's Interior» (Лондон, Велика Британія, 2009).

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновку та переліку використаної літератури. Дисертація містить 140 сторінок друкованого тексту, 3 таблиці, 55 рисунки і 146 найменувань використаних джерел.

Особистий внесок автора. Швидкісна модель мантії під територією України є частиною роботи з побудови тривимірної Р-швидкісної модели мантії під Євразією, яка була виконана в лабораторії відділу сейсмічної небезпеки інституту геофізики НАН України ім. С.І. Субботіна під керівництвом В.С. Гейко. В роботах 2, 6, 7, 11, 13, 15, 17 автор приймала участь в побудові швидкісної моделі мантії, в 1, 3, 4, 9, 10, 14, 18 - в побудові моделі, постановці задачі, інтерпретації моделі та висновках. В роботах [5, 8, 12, 16, 19-23] постановка задачі, узагальнення отриманих результатів та висновки належать дисертанту.

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 10 статтях у наукових виданнях, а також в 14 тезисних доповідях, надрукованих в матеріалах різних конференцій.

Автор висловлює найщирішу подяку своєму науковому керівникові кандидату фіз.-мат.наук Цвєтковій Т.О. за постановку задач, необхідну підтримку, наукові консультації та постійну увагу під час підготовки роботи. Автор не може не згадати колишнього наукового керівника, нині покійного доктора фіз.-мат. наук Гейко В.С., який розробив метод сейсмічної томографії на основі Тейлорової апроксимації, що був використаний для побудови швидкісної моделі мантії. Автор щиро вдячна своїм колегам молодшим наук. спів. Л.М. Заєц та І.В. Бугаєнко за підтримку під час роботи. Особливу вдячність автор висловлює доктору геол.-мін. наук Т.К. Бурахович за своєчасну і необхідну допомогу при роботі над авторефератом. Автор вдячна доктору геол. наук С.М. Куліку за допомогу та поради. Також автор щиро вдячна кандидату геол.-мін. наук А.М. Кузіну за підтримку та цінні поради.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У «Вступі» викладено актуальність роботи, сформульовані основні задачи, наукова новизна, практична цінність та загальна характеристика роботи.

У Розділі 1 «Сучасне представлення результатів методів сейсмічної томографії, проблем походження родовищ вуглеводнів та алмазів, зв'язок з процесом дегазації» коротко розглянуті теоретичні основи методу сейсмічної томографії, розробленого В.С. Гейком, показані його переваги у порівнянні з методом класичної лінеарізації.

Метод Тейлорової лінеарізації задачі сейсмічної томографії, розроблений В.С. Гейко, включає: побудову узагальненого поля часу в форматі загальної середньої точки; сканування побудованого поля; обернення отриманих розрізів (годографів заломлених хвиль у вертикально неоднорідному середовищі). Рішення може бути представлене в сферичній або декартовій системі координат.

Подано огляд робіт, присвячених томографічним швидкісним моделям мантії, що були отримані різними методами та авторами. Показано, що мантія під територією України вивчена недостатньо. Інформація про швидкісну будову мантії даного регіону може бути отримана з глобальних швидкісних моделей мантії для Землі в цілому або з моделей для регіонів Середземномор'я. В огляді в основному були розглянуті Р-швидкісні моделі мантії. В той же час приділено увагу моделям, що отримані різними методами сейсмічної томографії з використанням поверхневих і S хвиль. Показано, що інтерпретація томографічних різних швидкісних моделей проводиться за однаковою схемою, а саме: виділяють високо- та низькошвидкісні аномалії під тектонічними структурами регіонального масштабу, не приділяючи достатньої уваги особливостям будови швидкісних шарів. Такий підхід до інтерпретації значно зменшує інформативність швидкісних моделей мантії і не розкриває інші потенційні можливості, що в них закладені.

Приведено сучасне розуміння процесу дегазації Землі в контексті проблем походження та розміщення родовищ нафти, газу і алмазів. Процес дегазації супроводжує еволюцію Землі від її зародження до теперішнього часу. В результаті дегазації відбувається тепломасопереніс між геосферами і виніс речовини за межі планети. Дія флюїдів на літосферу проявляється у вигляді магматичних явищ, що визначають гідротермальну активність і металогенію блоків земної кори, процесів гранітизації, метаморфізму, метасоматичних змін, тобто тих процесів, які відповідають за утворення родовищ різних корисних копалин (металічних і неметалічних).

Найбільш цінними є родовища алмазів мантійного походження, які пов'язані з лужно-ультраосновними породами - кімберлітами та лампроїтами. Як правило, лужно-ультраосновні породи та інші магматичні породи різних вікових та речовинних асоціацій просторово тяжіють до лінійних зон тектонічної активізації, які служать каналами надходження мантійних флюїдів в земну кору.

Органічна та неорганічна теорії походження родовищ нафти та газу також пов'язують їх виникнення з дією мантійних флюїдів. Глибинна дегазація проявляється в активних, або проникливих зонах земної кори. Згідно неорганічній теорії за певних умов в межах цих зон на великих глибинах виникають осередки нафтоутворення. З цих осередків маси синтезованих вуглеводнів та інші продукти піднімаються по проникливим зонам вгору в область менших тисків. Родовища нафти та газу виникають при наявності пористих та тріщинуватих гірських порід - колекторів та флюїдоупорів (покришок).

У Розділі 2 «Тектонічна будова території України» розглянуті основні тектонічні структури на території України, наведено стислий огляд кожної з структур з наданням основної інформації про тектонічний та геологічний розвиток, геологічну будову та геофізичні дані про потужність земної кори.

Більша частина території України розміщена на південному заході Східно-Європейської платформи поблизу зони геодинамічної взаємодії сучасних Євразійської та Африканської літосферних плит. На території України в межах платформи знаходяться Український щит (УЩ) зі схилами, південно-західний схил Воронізького масиву, Дніпрово-Донецький авлакоген (ДДА), Причорноморська западина, Волино-Подільська плита. До обрамлення Східно-Європейської платформи належать Скіфська плита, Кримська гірська система, Переддобруджинський та Передкарпатський прогини, Карпатська гірська система.

За літературними джерелами була складена схема розміщення тектонічних структур. Для УЩ використаний поділ, що наводиться в монографії О.Б. Гінтова «Полевая тектонофизика и ее применение при изучении деформации земной коры Украины» (2005). В межах щита він виділяє Волинський, Подільський, Бузько-Росинський, Інгулецький, Середньопридніпровський, Приазовський мегаблоки. Для території України за межами щита використана схема, що наведена в роботі «Минералы Украины: Краткий справочник» (Н.П. Щербак и др., 1990)

Розділ 3 «Швидкості Р-хвиль в мантії до глибини 850 км під територією України» присвячений розгляду швидкісної моделі мантії по горизонтальних та вертикальних перетинах. Як сказано вище, модель була отримана за допомогою методу сейсмічної томографії, запропонованого В.С. Гейком.

В основі розгляду швидкісної моделі знаходяться такі загальновизнані геосферні границі: 410 і 670 км - границя перехідної зони верхньої мантії, 840 км - границя зони розділу 1.

На першому етапі швидкісна модель розглядалася по горизонтальних перетинах, які представлені в дійсних швидкостях Р-хвиль V_p, починаючи з глибини 50 км до 850 км з кроком в 25 км. Для опису моделі мантії по горизонтальним перетинам використовувались терміни «високо-» (Н) та «низькошвидкісні» (L) області. Другий етап включає розгляд вертикальних перетинів, які в межах виділеної області представлені широтними та довготними розрізами через 1°. На вертикальних розрізах швидкісна модель мантії показана у відхиленнях від узагальнених середніх швидкостей (дV_p=V_ср-V_p), отриманих для мантії під Євразією, що в подальшому виконує роль референтної моделі [9].

При розгляді горизонтальних перетинів були виділені високошвидкісна Н, та низькошвидкісна L області. Межа між ними проведена по ізолінії референтної швидкості для кожної глибини. Всередині кожної з областей виділені області, що є складаючими їх частинами з нумерацією, яка контролюється розмірами вкладених областей (Н, Н1, Н12…, Н2, Н22…). На глибині 300-400 км спостерігається інверсія швидкостей. Нижче введена інша нумерація, щоб підкреслити різницю між двома областями мантії (1Н, 12Н…1L, 12L). Таким чином, кожна область і підобласть характеризується глибинами розповсюдження і взаєморозташуванням. Розміщення областей і їх границь проаналізовано у відповідності з тектонічною будовою земної кори. Це надає, з одного боку, можливість прив'язки до фактичних структур абстрактного поділу моделі на швидкісні області мантії, що необхідно для розуміння їх просторового розміщення. З іншого боку, така, на перший погляд, формальна прив'язка до тектонічних структур наповнила, деякою мірою, динамічним сенсом швидкісну модель мантії. Використані в роботі терміни: «взаємодія», «занурення», «підняття» та ін. в контексті мантійних структур необхідно розуміти формально.

Проведений аналіз швидкісної моделі мантії під територією України по горизонтальним перетинам дозволив охарактеризувати її наступним чином:

– швидкісна модель мантії представлена високо- і низькошвидкісними областями, виділеними відносно референтної моделі;

– верхню частину верхньої мантії (сейсмічну літосферу) представляє високошвидкісна область Н2, яка розповсюджується до глибини 300-350 км під Інгульським і Середньопридніпровським мегаблоками УЩ, 400 км та більше - під Волинським, Подільським і Приазовським мегаблоками, а під окраїнними структурами (Волино-Подільскої плити, Українськими Карпатами, Скіфською плитою) - до 150-100 км та менше;

– верхню частину верхньої мантії (до 300-400 км) західного та південного обрамлення СЄП (Карпато-Балкано-Альпійський пояс) представляє низькошвидкісна область L1, яка «занурюється» у високошвидкісну область Н2;

– на глибині 350-400 км відбувається інверсія швидкісної будови: високошвидкісну область Н2 змінює низькошвидкісна область 1L, яка характеризує перехідну зону верхньої мантії платформи. На глибині 400-450 км ця область розповсюджується під Інгульським і Середньопридніпровським мегаблоками УЩ і обмежена Голованівською та Оріхово-Павлоградською шовними зонами; нижче вона заповнює частину мантії не тільки під щитом, але і під всією південно-західною окраїною СЄП. Глибина розповсюдження підошви низькошвидкісної області 1L змінюється від 600 км (під Волинським і Подільським мегаблоками) до 700 км (під Приазовським і південною окраїною платформи);

– на глибині 450-550 км в низькошвидкісну область перехідної зони верхньої мантії «занурюється» високошвидкісна 1Н, яка є відгалуженням та характеризує перехідну зону верхньої мантії молодого обрамлення СЄП. Західна довготна границя 1Н під УЩ в земній корі просторово співпадає з Кіровоградською зоною глибинних розломів, північна її границя - з УЩ і ДДА;

– в зоні розділу 1 на глибині 700-850 км відбувається інверсія будови швидкісної структури мантії, що пов'язана з переходом в середню мантію: низькошвидкісну перехідну зону змінює високошвидкісна під Бузько-Росинським, Інгульським, Середньопридніпровським мегаблоками, ДДА, Причорноморською западиною; під іншою частиною знаходиться область, що визначає «занурення» низькошвидкісної перехідної зони;

– виділяються три основні напрямки впливу оточення мантійних областей під територією України, що проявляються взаємопроникненням: західний з боку Карпато-Балканської системи в область під Волино-Подільською плитою, Українськими Карпатами, Волинським, Подільським мегаблоками УЩ; північний з боку Феноскандії розповсюджується до мантійної області під північною окраїною Волинського мегаблоку і Ратненським валом; південно-східний з боку південно-східного оточення СЄП в область під Приазовським мегаблоком, Донбасом, частиною Скіфської плити під Азовським морем;

– однією з головних особливостей швидкісної моделі мантії є приуроченість змін контурів швидкісних аномалій до границь тектонічних структур або їх об'єднань, виділених в земній корі.

Швидкісна модель мантії до глибини 850 км складається, згідно вертикальним перетинам, з високошвидкісного шару сейсмічної літосфери, переважно низькошвидкісного шару перехідної зони верхньої мантії; зони розділу 1, що представлена як високо-, так і низькошвидкісними шарами.

Вертикальні перетини найбільш наглядно відображають шарувато-блокову будову швидкісного середовища, що описується глибиною залягання підошви шарів і швидкісними характеристиками всередині кожного з них. Різка зміна глибини залягання підошви шару сейсмічної літосфери, низькошвидкісного шару перехідної зони верхньої мантії відбивається в земній корі у вигляді границь основних тектонічних структур або їх об'єднань. До цих зон приурочені також зміни швидкісних характеристик шарів. В мантії під територією України виділяються швидкісні структури, які на поверхні відповідають таким тектонічним одиницям або їх об'єднанням: Волино-Подільській плиті, Волинському і Подільському мегаблокам, Бузько-Росинському мегаблоку, Інгульському і Середньопридніпровському мегаблокам, Приазовському мегаблоку, Чернігівському підняттю, Дніпровському грабену ДДА, Донбасу, Придністровській западині, Причорноморській западині, північно-західній, центральній (Кримський п-ов) і північно-східній частинам Скіфської плити.

В Розділі 4 «Блокова будова мантії, зв'язок з родовищами вуглеводнів і проявами кімберліт-лампроїтового магматизму в Україні» проведена інтерпретація за результатами аналізу швидкісної моделі мантії, представленого в Розділі 3.

Узагальнюючи роботи, присвячені питанню блокової ділимості земної кори і мантії в контексті геолого-геофізичного середовища, можливо сформулювати таке розуміння терміна «блок» - великі, об'ємні структури, які мають характерні властивості і співвідносяться між собою як система взаємодіючих неоднорідностей.

Основна задача дисертації - показати, що швидкісна будова мантії представлена системою неоднорідностей (структур); при цьому вони відповідають вимогам, які застосовуються при виділені блоків, що і доводить правомірність вживання поняття «мантійний блок».

Отож, «мантійний блок» на основі тривимірної швидкісної моделі мантії визначається наступним чином.

«Мантійний блок» - область мантії, яка виділяється за зміною градієнтних характеристик швидкісного середовища, а саме за зміною глибини залягання швидкісних шарів і швидкісних значень всередині кожного шару.

Для мантії під територією України, використовуючи це визначення, були виділені такі «мантійні блоки»: Волино-Подільський, Росино-Бузький, Інгуло-Середньопридніпровський, Приазовський, Волино-Подільської плити, Придністровський, Причорноморський, Чернігівський, Дніпровський, Донецький, Східно-Чорноморський, Західно-Чорноморський, Кримський (табл. 1).

Таблиця 1

Примітки: min або max уV_p - мінімальне або максимальне значення нев'язки швидкості; H_уVp - глибина розположення мінімального чи максимального значення нев'язки швидкості; H - глибина залягання підошви шара.

Волино-Подільський «мантійний блок» в земній корі відповідає об'єднанню Волинського і Подільського мегаблоків, північна границя просторово корелює з Волинською шовною зоною, східна - з Брусилівською, західна і північна - з границями УЩ.

Росино-Бузький «мантійний блок» - відповідає Бузько-Росинському мегаблоку УЩ, західна границя просторово корелює з Брусилівською шовною зоною, східна - з Голованівською, північна і південна - з границями щита.

Інгуло-Середньопридніпровський «мантійний блок» - об'єднує Інгульський і Середньопридніпровський мегаблоки, західна границя просторово корелює з Голованівською шовною зоною, східна з Оріхово-Павлоградською шовною зоною. Північна і південна границі співпадають з границями щита.

Приазовський «мантійний блок» цілком відповідає Приазовському мегаблоку.

Особливу увагу приділено питанню інтерпретації границь «мантійних блоків». Було зроблено припущення що вони можуть бути субвертикальними зонами підвищеної проникливості для мантійних флюїдів. Таке припущення базується на наступних фактах:

– простежується просторова кореляція границь «мантійних блоків» з границями тектонічних структур або їх об'єднань в земній корі;

– простежується просторова кореляція отриманих границь з проявами дії на земну кору мантійних флюїдів (різновіковий основний-ультраосновний магматизм, в том числі і кімберліт-лампроїтовий) і розміщенням родовищ вуглеводнів.

Неоднорідність будови мантії по горизонталі і вертикалі під УЩ підтверджується також геохімічними методами (по С.М. Цимбалу).

Шовні зони і зони глибинних розломів є флюїдопровідними системами літосфери. Просторова кореляція між ними і границями «мантійних блоків» дає можливість робити припущення, що міжблокові зони в мантії можуть служити каналами для проходження флюїдів.

Для УЩ границі «мантійних блоків», які на поверхні просторово корелюють з шовними зонами і границями щита, були визначені як вірогідні субвертикальні зони підвищеної мантійної проникливості першого типу.

Вірогідні субвертикальні зони підвищеної проникливості другого типу визначаються наявністю високошвидкісного шару перехідної зони верхньої мантії молодого оточення СЄП. Таких шарів виділено три: північний, західний, південно-східний. Південна границя північного розповсюдження високошвидкісного шару під УЩ і Волино-Подільською плитою просторово корелює з Волинською шовною зоною і Ратненським валом. Східна границя західного шару - з довготною зоною, що проходить під центральними частинами Волинського і Подільського мегаблоків. Західна границя південно-східного шару - з Кіровоградською зоною глибинних розломів, північна границя цього шару - з північною границею УЩ. Ці мантійні границі були інтерпретовані як вірогідні субвертикальні зони підвищеної проникливості другого типу.

Вірогідні субвертикальні зони підвищеної проникливості першого і другого типу для УЩ корелюють з зонами проявів основного і ультраосновного магматизму, в том числі і кімберліт-лампроїтового. Внаслідок цього можна припустити, що такі зони є прогнозними ознаками регіонального масштабу для виявлення перспективних областей при пошуках алмазів. Це підтверджується їх співпадінням з уже відомими проявами магматизму і перспективними алмазоносними областями на щиті.

Вірогідні вертикальні зони підвищеної проникливості, які знаходяться за межами УЩ, просторово корелюють з розміщенням родовищ вуглеводнів і перспективними областями для їх пошуку, що є ще одним з обґрунтувань флюїдопроникливості цих зон. Це дає можливість використовувати їх при обґрунтуванні перспектив прогнозних областей регіонального масштабу для пошуків вуглеводнів.

ВИСНОВКИ

Виконане в рамках дисертаційної роботи вивчення 3D швидкісної моделі дозволило виявити низьку нових особливостей швидкісної будови, побудувати схему поділу мантії, завдяки чому показати можливість розширення сфери використання сейсмотомографічних моделей для вирішення прикладних геолого-геофізичних задач.

Найбільш важливі результати роботи наведені у висновках в кінці кожного розділу. Основні результати дисертації наведені нижче.

1. Вперше з'ясована 3D швидкісна будова мантії до глибини 850 км під територією України в результаті аналізу Р-швидкісної моделі, отриманної методом Тейлорової апроксімації рішення сейсмічної задачі, розробленим В.С. Гейком; детально проаналізовано розподіл і поведінку Р-швидкостей. Показано, що кількісні і якісні параметри розподілу швидкостей в мантії мають суттєві просторові відмінності під тектоничними одиницями, виділеними в земній корі.

2. Вдосконалена схема інтерпретації тривимірної швидкісної моделі мантії на основі використання морфологічного аналізу шарувато-блокової структури швидкісного середовища. Вона зводиться до наступних етапів: побудова карти глибин залягання підошви шару сейсмічної літосфери; побудова карти глибин залягання підошви шару перехідної зони верхньої мантії; побудова схеми розміщення швидкісних аномалій в шарі перехідної зони верхньої мантії; спільний аналіз отриманних карт і схем, пошук зон градієнтної зміни глибин залягання підошв швидкісних шарів і швидкісних характеристик.

В результаті такого аналізу показано поділ швидкісного середовища мантії. Надана схема інтерпретації може бути використана при аналізі різних тривимірних сейсмотомографічних моделей.

3. Вперше для території України виділені швидкісні структури поділу мантії - «мантійні блоки»: Волино-Подільської плити, Волино-Подільський, Росино-Бузький, Інгуло-Середньопридніпровський, Приазовський, Придністровський, Причорноморський, Східно-Чорноморський, Кримський, Західно-Чорноморський, Чернігівський, Дніпровський, Донецький.

4. Вперше показана можливість існування і виділені субвертикальні зони першого і другого типу, для яких припускається підвищена мантійна проникливість. Зони першого типу є границями «мантійних блоків». Зони другого типу визначаються розповсюдженням на глибинах, що відповідають перехідній зоні верхньої мантії, високошвидкісних шарів з боку оточуючих мантійних областей СЄП.

5. Вперше показана просторова кореляція вірогідних субвертикальних зон підвищеної проникливості і розміщення родовищ вуглеводнів, проявів кімберліт-лампроїтового магматизму та перспективних областей для їх пошуку.

Просторова кореляція вірогідних субвертикальних зон підвищеної мантійної проникливості з реальними проявами впливу мантійних флюїдів, якими є ці родовища, дали можливість на якісному рівні оцінити і підтвердити правомірність виділення «мантійних блоків» і самих цих зон.

6. Вперше було запропоновано використовувати як прогнозну ознаку регіонального масштабу при пошуках проявів кімберліт-лампроїтового магматизму вірогідні субвертикальні зони підвищеної проникливості першого і другого типів. При пошуках родовищ вуглеводнів - вірогідні субвертикальні зони підвищеної проникливості першого типу.

Отримані в дисертації нові наукові результати і висновки щодо швидкісної будови мантії, її поділу можуть бути використані для досліджень в області геодинамічного моделювання, виявлення флюїдопроникливих зон і вирішення пов'язаних з ними питань сейсмічності, розміщення родовищ корисних копалин.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті в наукових виданнях.

1. Гейко В. С. Региональная 3-D P-скоростная модель мантии Сарматии (юго-запад Восточно-Европейской платформы) / В. С. Гейко, Т. А. Цветкова, Л. А. Шумлянская, И. В. Бугаенко, Л. Н. Заец // Геофизический журнал. - 2005. - Т. 27, № 6. - С. 927-939.

2. Шумлянська Л. О. 3D P-скоростное строение южной окраины Восточно-Европейской платформы / Л. О. Шумлянська, Т. О. Цветкова, В. І. Бугаєнко, Л. М. Заєц // Сучасні економічні можливості розвитку та реалізації мінерально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини : зб. наук. праць / під ред. Л. С. Галецького. - К. : Ін-т геол. наук НАН України, 2005. - С. 295-299.

3. Шумлянская Л. А. Трехмерная модель верхней мантии Украины по временам прихода Р-волн / Л. А. Шумлянская, В. С. Гейко, Т. А. Цветкова, И. В. Бугаенко, Л. Н. Заец // Геофизический журнал. - 2006. - Т. 28, № 1. - С. 3-16.

4. Сейсмологическая модель тектоносферы Евразийского складчатого пояса / Белявский В. В., Егоркин А. В., Бердичевский М. Н. [та ін.] // Наукові праці Інституту фундаментальних досліджень. - К. : Логос, 2007. - Вип. 12. - С. 26-39.

5. Шумлянская Л. А. Трехмерная скоростная структура мантии Украины и нефтегазоносность / Л. А. Шумлянская, Л. Н. Заец, Т. А. Цветкова // Геофизический журнал. - 2007. - Т. 29, № 1. - С. 122-131.

6. Гейко В. С. 3-D P-скоростное строение верхней мантии Восточного Средиземноморья / В. С. Гейко, И. В. Бугаенко, Л. А. Шумлянская, Л. Н. Заец, Т. А. Цветкова // Геофизический журнал. - 2007. - Т. 29, № 4. - С. 13-30.

7. Бугаенко И. В. Трехмерная P-скоростная модель мантии Черного моря и прилегающей территории / И. В. Бугаенко, Л. А. Шумлянская, Л. Н. Заец, Т. А. Цветкова // Геофизический журнал. - 2008. - Т. 30, № 5. - С. 145-160.

8. Шумлянская Л. А. Мантийные блоки и зоны повышенной проницаемости мантии Украинского щита / Л. А. Шумлянская // Геофизический журнал. - 2008. - Т. 30, № 2. - С. 135-144.

9. Цветкова Т. А. Сейсмотомография Восточно-Европейской платформы: трехмерная Р-скоростная модель мантии под Фенноскандией - I / Т. А. Цветкова, Л. А. Шумлянская, И. В. Бугаенко, Л. Н. Заец // Геофизический журнал. - 2009. - Т. 31, № 1. - С. 53-72.

10. Шумлянская Л. А. Мантийные структуры под территорией Украины / Л. А. Шумлянская // Наукові праці Інституту фундаментальних досліджень. - К. : Логос, 2008. - Вип. 13. - С. 28-36.

Размещено на Allbest.ru