Електропровідність земної кори та верхньої мантії території України

Спостерігається істотна відмінність обох моделей електропровідності.. Якщо на періоді 150 с аномалія розпадається на низку фрагментів, що відрізняються, як за глибиною, так і за електропровідністю, то на періоді 2000 с Кіровоградська аномалія має вигляд єдиного об'єкта, витягнутого вздовж меридіану.

Примітною особливістю Придніпровського блока та частини Оріхово-Павлоградської шовної зони УЩ є дуже високі значення уявного питомого електричного опору, що сягають кількох сотень тисяч омметрів. Криві МТЗ до періоду 2500 с характеризуються тільки асимптотичними висхідними гілками, і це можна пояснити обтіканням індукованими струмами блока високого опору по більш електропровідних периферійних частинах. До того ж, за високих значень опору фундаменту і малих значень сумарної поздовжньої електропровідності осадових відкладів або кори вивітрювання рівень перешкод різко зростає, що й помічено на експериментальних кривих МТЗ. Виявлено особливий вид аномалії на УЩ - блок високого опору. Товщина ізолятора оцінюється до 10 - 20 км.

У Східному регіоні України на території ДДЗ і Донецьком складчастому спорудженні виділені великі зони Донбаської аномалії високої електропровідності з S від 500 до 20000 См у земній корі. Їхнє просторове розташування істотно розрізняється для періодів 150 та 2000 с. На періоді геомагнітних варіацій 150 с найбільш провідні зони знаходяться у межах Донбасу та північної частини Приазовського масиву, на періоді 2000 с аномальна зона простягається уздовж ДДЗ далеко за межі Донбасу до м. Полтава. Вона являє собою чергування слабко (1000 См) і сильно (10000 См) провідних ділянок.

Східна частина УЩ (Оріхово-Павлоградська шовна зона і Приазовський масив) у геоелектричному відношенні є сукупністю добре й погано провідних ділянок кори. Тут Приазовська аномалія електропровідності частково збігається із Західноприазовською регіональною магнітною аномалією. Оріхово-Павлоградська зона характеризується аномалією високої електропровідності з S=5000 См на незначній глибині.

На заході Криму виділена Тарханкутська аномальна зона підвищеної електропровідності, складна конфігурація якої в деталях не збігається для періодів 150 та 2000 с. Сумарна поздовжня провідність геоелектричної неоднорідності варіює від 500 до 3000 См. Найбільш провідні ділянки розташовані здебільшого в акваторії Чорного моря (Каркінітська і Казантипська затоки), у Каркінітсько-Північнокримському прогині та в Альмінській кімерійській западині. На періоді 2000 с аномалія має підковоподібний вигляд, її сумарна поздовжня провідність - 5000 См.

Від Тарханкутського півострова до Новоселівського підняття в субширотному напрямку простягається аномалія електропровідності Степового Криму завширшки 20 - 30 км із сумарною поздовжньою провідністю 5000 См на глибині 5 км. Далі вона змінює напрямок на північний захід і частково трасується уздовж вузького гребенеподібного опускання підошви кори. На профілі ГСЗ на цій ділянці простежується глибинний розлом подібного простягання [Соллогуб, 1975].

Модель електропровідності на періоді 150 с містить аномальну зону в Гірському Криму із сумарною поздовжньою провідністю 1000 См на глибині 2 км. Вона розташовується в зоні згущення ізоліній щільності епіцентрів землетрусів за даними [Тихоненков, 1997].

У східній частині Криму на періодах 150 та 2000 с виділена Керченська зона електропровідності на глибині 2 і 5 км із сумарною поздовжньою провідністю 2500 і 5000 См відповідно. Ця зона географічно збігається з положенням грязьових вулканів Керченсько-Таманського регіону і, можливо, контрольована тектонічними порушеннями, коренева система яких залягає на глибині 5 - 7 км [Юровский, 1997].

У підрозділі 5.3 розглянуто глибинні геоелектричні розрізи уздовж профілів 1-11 досліджень, які характеризуються аномально низькими та аномально високими значеннями питомого електричного опору порівняно з нормальним розподілом, що характерний для докембрійських, герцинських і кімерійських структур.

Підрозділ 5.4. На території України за даними магнітотелуричних і магнітоваріаційних досліджень можна виділити зони, в межах яких проявляються анізотропні властивості електропровідності в земній корі.

В північній частині Волинського блока УЩ між Овруцьким прогином і Коростенським плутоном виділена анізотропна зона I типу субширотного простягання. Значення К_ан у середньому коливаються від 1:2 до 1:10.

На межі Подільського та Білоцерківського блоків УЩ, на південь від Чернівецько-Коростенської аномалії електропровідності в земній корі виділена анізотропна зона I типу з К_ан від 1:4 до 1:50. На південь від цієї зони субширотно простягається зона II типу з К_ан від 2:1 до 6:1.

Анізотропна зона III типу виявлена в межах Білоцерківсько-Одеського, Кіровоградського блоків і Голованівської шовної зони УЩ (К_ан = 1:5).

Три анізотропні зони судмеридіонального простягання розташовані в межах південної частини Голованівської шовної зони УЩ (К_ан=1:4, 1:6).

В більшості випадків зони анізотропії електричних властивостей територіально не перетинаються з глибинними аномаліями електропровідності в земній корі на території України. Проте, в деяких випадках, ці зони збігаються із субвертикальними поверхневими провідниками, особливо в зоні Гайворон-Добровеличківської аномалії високої електропровідності, а саме: у районі перетинання Хмельницького та Жмеринського розломів Подільського блока УЩ; у районі Ободнівського розлому в Білоцерківському блоці; Першотравневого, Гвоздавського та Центрального розломів у Голованівській шовній зоні УЩ.

У розділі 5 розглянуто погоджені 2D та квазі-3D моделі глибинної електропровідності різних геологічних регіонів України на основі аналізу даних МВП і МТЗ. Виділено ряд зон у земній корі та верхній мантії, які характеризуються аномально низькими значеннями електричного опору.

Розділ 6. Аномалії високої електропровідності земної кори виявлено майже в усіх геологічних структурах України, незалежно від їхнього віку та просторового розподілу. Водночас висока електропровідність мантії певною мірою тяжіє до молодих структур, наприклад, геоелектрична астеносфера зафіксована повсюдно в кімерійських та альпійських утвореннях і тільки фрагментарно під докембрійським УЩ.

Карта аномалій електропровідності в земній корі та верхній мантії території України: 1 - межі тектонічних одиниць, їх номери; 2 - аномалії високої електропровідності; 3 - субвертикальні аномалії електропровідності за даними МТЗ і МВП; 4 - параметри аномалій: перед косою - глибина залягання покрівлі провідника (в км), за косою - значення інтегральної електропровідності (в См) за даними МТЗ і МВП; 5 - аномалії, які зумовлені мантійними провідниками

Глибина залягання провідників коливається від поверхні до низів кори, а провідність змінюється в широких межах - від 500 до 20000 См.

Все це свідчить про те, що джерела глибинної електропровідності різних аномалій у досліджуваному регіоні викликані різними причинами. Природа високої аномальної провідності зумовлена переважно комбінованою дією електронної провідності графіту або вуглів та іонною провідністю флюїдів різного походження. Просторовість території, де спостерігаються аномалії електропровідності, свідчить про існування розгалуженої сітки електричної зв'язності різного масштабу - від плівок на зернах кристалів усередині породи до сітки тріщин і розломів різного залягання.

В мантії території України електропровідні шари пов'язані не тільки з тектонічною активністю та наявністю частково розплавленої електропровідної фази, а й з графітизованими зонами деплетованої мантії вище рівня межі стійкості алмаз-графіт.

ВИСНОВКИ

У дисертації показано, що геологічна будова, тектонічні процеси, склад порід земної кори та верхньої мантії тісно пов'язані з розподі-лом електропровідності в шарах Землі. У світовій науковій практиці основними методами дослідження електропровідності кори та мантії є електромагнітні зондування та профілювання, в яких використовують природні джерела іоносферно-магнітосферних токів. Установлено, що в простих випадках - горизонтально-шаруватого середовища та плоскої однорідної первинної електромагнітної хвилі - вхідний імпеданс середовища однозначно визначається співвідношенням тангенціальних компонент електричної та магнітної складових. Проте в реальних умовах, коли середовище неоднорідне, а джерело не є плоскою хвилею і з урахуванням сферичності Землі, визначення імпедансів і розподілу електропровідності в середовищі істотно утруднено. Останнім часом з'явилися нові теоретичні розробки оцінки імпедансу середовища в таких складних умовах. У дисертації проведено випробування нової теорії на відомому експериментальному матеріалі.

У результаті досліджень були проаналізовані кілька тисяч даних у пунктах експериментальних спостережень і побудовані численні глибинні квазітривимірні моделі електропровідності для двох періодів електромагнітного поля та геоелектричні розрізи (2D моделі) уздовж обраних профілів.

У результаті виявлені та оцінені геоелектричні параметри аномалій електропровідності УЩ: Коростенської, Чернівецько-Коростенської, Гайворон-Добровеличківської, Кіровоградської та Приазовської. Вони залягають на різних горизонтах від поверхні до 30 км і характеризуються як субвертикальним, так і субгоризонтальним простяганням. Разом з тим несподівано виявилося, що південно-західна частина УЩ характеризується наявністю шару високої провідності на астеносферних глибинах. Було помічено, що породи найдавнішого Придніпровського блока у східній частині УЩ мають вищий опір, ніж породи молодших блоків. На схилах щита в земній корі виділені Волинська та частина Чернівецько-Коростенської, Яворівська аномалії електропровідності.

В зоні розвитку герцинської складчастості Донбасу на глибині 2 та 10 км виділені провідні горизонти. Варто уваги, що глибинний об'єкт простягається далеко за межі Донбасу в рифейській частині ДДЗ.

Кімерійські структури Криму та Добруджі характеризуються аномаліями електропровідності як у земній корі, так й у верхній мантії: Тарханкутська, Добрудзька та ряд інших аномалій Криму неглибокого залягання.

В альпійських структурах аномалія Західних Карпат приурочена до зони зчленування Флішових Карпат і Внутрішніх покривів, у тім числі Пенінської та Мармароської зон. Аномалія Південних Карпат тяжіє до зони зчленування Внутрішніх покривів, що розділяють Паннонію та Трансільванію, і Південних Карпат, але не до Передкарпатського прогину. Аномалія західної частини УЩ і ВПП (Чернівецько-Коростенська) гальванічно пов'язана із Флішовою зоною Східних Карпат і Мармароським поясом. Західні відгалуження аномалії розташовані в зоні глибинного Подільського розлому та зчленування південно-західної окраїни СЄП зі Скіфською плитою.

Геоелектрична модель корової електропровідності не завжди відповідає поверхневій геології. Наприклад, Пенінський і Мармароський пояс, а також Флішові Карпати не є безперервною зоною підвищеної електропровідності в земній корі. Аномалія докембрійського УЩ вклинюється в альпійські Карпати.

Особливо слід відзначити кореляцію Трансєвропейської шовної зони із серією аномалій високої електропровідності в земній корі Східних Карпат і Добруджі.

За даними МТЗ автор виділив кілька зон анізотропії електропровідності у межах УЩ. Анізотропія провідності порід може досягати одного порядку. Зазначені зони територіально здебільшого не перетинаються із глибинними аномаліями електропровідності в земній корі. Проте в деяких випадках ці зони збігаються із субвертикальними поверхневими провідниками, особливо в межах Гайворон-Добровеличківської аномалії високої електропровідності.

Аналіз геоелектричних і геолого-геофізичних уявлень дав змогу зробити припущення щодо природи зон високої електропровідності як у межах щита, так і в корі та мантії тектонічно активних регіонів. У межах території України може спостерігатися висока електропровідність, зумовлена особливим складом порід, а також сульфідизацією, графітизацією, поширенням провідних флюїдів або комбінацією цих процесів.

Це дало змогу дійти висновку, що зони підвищеної електропровідності можуть слугувати пошуковою ознакою у картуванні корисних копалин і проявів тектонічних процесів. Зони, перспективні на алмазоносність, такі: Волинська, Коростенська, Кіровоградська, Приазовська аномалії електропровідності. Зони, перспективні на золотопрояви, - Кіровоградська, Донбаська та Приазовська аномалії електропровідності. Нафтогазові області - Кіровоградська, Донбаська, Тарханкутська, Керченська, Яворівська аномалії електропровідності та ін. Навіть у комплексі з іншими глибинними геофізичними та геологічними методами визначити природу електропровідності досить складно. Проте сам факт виявлення зон істотно високої електропровідності, визначення фізичних і геометричних параметрів і зв'язку з іншими геофізичними або геологічними аномаліями є великим науковим результатом, що може лягти в основу побудови геолого-тектонічних гіпотез і уявлень.

Геоелектрика в Україні нині знаходиться у стані переходу від уже вичерпаних методів досліджень і подань, пов'язаних з одномодальними тензорними описами електромагнітного поля, уявлень про плоске середовище та джерела до нових бімодальних описів неоднорідного первинного поля і тривимірного середовища, до реєстрації не тільки шестискладового електромагнітного поля, а й їх градієнтів і, як наслідок, до необхідності постановки нової системи спостережень та обробки даних. Із цього погляду може виявитися найбільш придатною методика синхронної реєстрації п'яти компонентів поля для підмножин (або “кущів” за термінологією) мережі пунктів спостережень [Варенцов, 2003]. Проте цей етап тільки розпочинається.

Можна стверджувати, що в цій роботі повністю використані точність і роздільна здатність проведеного раніше експерименту. Нових результатів можна досягти тільки на основі нового підходу до експериментальних спостережень, обробки даних і методики інтерпретації.

Основні результати дисертаційної роботи.

1. Розроблено методику побудови квазітривимірних плівкових моделей аномалій електропровідності земної кори та верхньої мантії на основі аналізу індукційних параметрів, їх частотного та просторового розподілу.

2. Сумісний аналіз квазітривимірних та двовимірних моделей дає об'ємне уявлення про глибинний розріз кори та мантії Землі. Експериментальні дані, які ми використовували, не мають достатньої точності для побудови детальніших об'ємних тривимірних моделей.

3. Уперше виділено аномальні зони та побудовано їх глибинні геоелектричні моделі:

Чернівецько-Коростенська з параметрами в корі (Н=15 км, S=1000 См) та в мантії (Н=70 км, S=2000 См);

Коростенська з параметрами в корі (Н=15 км, S=500 См);

Волинська з параметрами в корі (Н=2,5 км, S=1000 См);

Яворівська з параметрами в корі (Н=15 км, S=1000 См) та в мантії (Н=70 км, S=1200 См);

Тарханкутська з параметрами в корі (Н=10 км, S=5000 См) та в мантії (Н=60 км, S=5000 См);

Керченська з параметрами в корі (Н=2 км, S=2500 См; Н=5 км, S=5000 См);

Гірського Криму з параметрами в корі (Н=2 км, S=1000 См);

Степового Криму з параметрами в корі (Н=5 км, S=5000 См);

Придніпровського блока УЩ аномально високого опору в корі; частини складчастого Донбасу аномально високого опору в корі.

Вперше побудовано нові моделі аномалій електропровідності:

Гайворон-Добровеличківська з параметрами в корі (Н=0,1 км, S=2000 См);

Кіровоградська з параметрами в корі (Н=10-20 км, S=500-5000 См; Н= 25 км, S=100-20 000 См);

Приазовська з параметрами в корі (Н=1-2 км, S=2000 См);

Донбаська з парамерами в корі (Н=2 км, S=500-20000 См; Н=10 км, S=1000-10000 См);

Добрудзька з параметрами в корі (Н=15 км, S=5000 См) та в мантії (Н=70 км, S=1000 См);

Карпатська з параметрами в корі (Н=15 км, S=20 000 См) та в мантії (Н=70 км, S=6000 См).

4. Уперше показано, що зони високої електропровідності, які виходять на поверхню, просторово корелюють з глибинними регіональними розломами УЩ, які виділені за геологічними даними, - Андрушевським, Хмельницьким, Троянівським, Жмеринським, Ободнівським, Одесько-Тальнівським, Гвоздавським, Першотравневим, Центральним, Західноінгулецьким, Криворізько-Кре-меньчузьким.

5. Уперше виділено зони в земній корі Волинського, Подільського, Білоцерківсько-Одеського, Кіровоградського блоків та Голованівської шовної зони УЩ з анізотропією електричних властивостей. В деяких випадках ці зони співпадають з субвертикальними поверхневими провідниками.

6. Геологічні структури України незалежно від їхнього віку та просторового положення вміщують аномалії високої електропровідності в земній корі. Природа високої аномальної провідності переважно пов'язана з комбінованою дією електронної провідності графіту або вуглецю та іонної провідності флюїдів різного походження.

Геоелектрична астеносфера зафіксована в кімерійських та альпійських утвореннях і тільки фрагментарно під докембрійським Українським щитом.

МАТЕРІАЛ, ПОДАНИЙ В ДИСЕРТАЦІЇ, ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Геоэлектрическая модель тектоносферы Евразийского складчатого пояса и сопредельных территорий /Н. Я. Азаров, В. В. Белявский, М. Н. Бердичевс-кий, В. Б. Борисова, Т. К. Бурахович, Л. Л. Ваньян, И. М. Варенцов, Н. С. Го-лубцова, В. В. Гордиенко, О. В. Завгородняя, К. М. Каримов, А. В. Кашурни-ков, С. Н. Кулик, И. М. Логвинов, Б. Б. Таль-Вирский, Ю. А. Трапезников, А. Г. Чарушин, Г. А. Чернявский, И. П. Шпак/ Отв. ред. В. В. Белявский, С. Н. Кулик. -- Киев: Знання, 1998. -- 264 с.

2. Белявский В. В., Бурахович Т. К., Кулик С. Н., Сухой В. В. Электромагнитные методы при изучении Украинского щита и Днепровско-Донецкой впадины. - Киев: Знання, 2001. - 227 с.

3. Кулик С. Н., Бурахович Т. К. Электропроводность земной коры Украины // Наук. праці Ін-ту фундаментальних досліджень. - Київ: Знання, - 1999. - С. 46 - 55.

4. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель Кировоградской аномалии электропроводности // Геофиз. журн. - 1999. - 21, № 2. - С. 120 - 125.

5. Бурахович Т. К. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель Карпатского региона // Геофиз. журн. - 2004. - 26, № 4 . - С. 63 - 74.

6. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель западной части Украинского щита // Геофиз. журн. - 1999. - 21, № 6. - С. 77 - 79.

7. Бурахович Т. К., Гордиенко И. В., Кулик С. Н., Логвинов И. М., Тарасов В. H. Электропроводность земной коры северо-запада Украинского щита // Докл. НАH Украины. - 1997. - № 10. - С. 125 - 128.

8. Бурахович Т. К., Гордиенко В. В., Кулик С. Н., Логвинов И. М. Тектоносфера южного Прикарпатья // Геофиз. журн. - 1994. - 16, № 2. - С. 46 - 56.

9. Гордиенко В. В., Бурахович Т. К., Кулик С. Н., Логвинов И. М. Природа Волынской аномалии электропроводности // Геофиз. журн. - 1993. - 15, № 1. - С. 71-80.

10. Бурахович Т. К., Гордиенко В. В., Кулик С. Н., Логвинов И. М., Тарасов В. H. Магнитотеллурические исследования зон молодой активизации тектоносферы северной части Молдавской плиты // Геофиз. журн. - 1997. -17, № 5. - С. 44 - 49.

11. Бурахович Т. К., Гордиенко В. В., Завгородняя О. В., Кулик С. Н., Логви- нов И. М. Тектоносфера северного Прикарпаття // Геофиз. журн. - 1993. - 15, № 3. - С. 50 - 60.

12. Бурахович Т. К., Кулик С. Н., Логвинов И. М., Пинчук А. П., Тарасов В. H. Геоэлектрическая модель тектоносферы Припятского Прогиба // Геофиз. журн. - 1996. - 18, № 5. - С.71 - 79.

13. Бурахович Т. К., Кулик С. Н., Логвинов И. М. Геоэлектрическая модель земной коры и верхней мантии Придобруджского прогиба и Северной Добруджи // Геофиз. журн. - 1995. - 17, № 4. - С.81 - 87.

14. Шуман В. Н., Ланкис Л. К., Кулик С. Н., Лысенко Е. С., Бурахович Т. К. Скалярные параметры импедансного типа в горозонтально-неоднородной среде // Геофиз. журн. - 1999. - 21, № 2. - С. 26 - 37.

15. Кулик С. Н., Ланкис Л. К., Бурахович Т. К. Искажения кривых МТЗ поверхностным и глубинным S-эффектом (H-поляризация) //Геофиз. журн. - 1996. - 18, № 3. - С. 67 - 69.

16. Кулик С. Н., Бурахович Т. К. Частотные характеристики аномальных полей метода магнитовариационного профилирования // Геофиз. журн. - 1998. - 20, № 1. - С.123 - 125.

17. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Результаты интерпретации данных естественного электромагнитного поля на территории Украинского кристаллического щита // Геофиз. журн. - 2001. - 23, № 5. - С. 101 - 107.

18. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Анізотропія глибинної електропровідності Українського кристалічного щиту // Наук. праці Ін-ту фундаментальних досліджень. - Київ: Т-во “Знання” України, 2001. - С. 15 - 23 .

19. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Модель электропроводности земной коры Украины // Физика Земли. - 2000. - № 10. - С. 48 - 56.

20. Burakhovich T. K., Kulik S. N., Khazan Ya. M. Electrical conductivity anomalies in the crust and upper mantle of Ukraine //Acta Geoph. Polonica. - 2001. - 50, № 4. - Р. 547 - 565.

21. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель западной части Украины // Геофиз. журн. - 2001. - 23, № 4. - C. 83 - 90.

22. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Модель электропроводности земной коры восточной части Украины // Геофиз. журн. - 2000. - 22, № 5. - С. 39 - 47.

23. Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Квазитрехмерная геоэлектрическая модель тектоносферы Крыма // Геофиз. журн. - 1999. - 21, № 3. - С. 123 - 126.

24. Белявский В. В., Бурахович Т. К., Кулик С. Н. Геоэлектрика и геодинамика // Физика Земли. - 2002. - № 12. - С. 33 - 39.

АНОТАЦІЇ

Бурахович Т.К. Електропровідність земної кори та верхньої мантії території України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика. Інститут геофізики ім. С. І. Субботіна НАН України, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено побудові глибинної геоелектричної моделі земної кори та верхньої мантії (до глибин 200 км) територій України та суміжних регіонів, виявленню зон і шарів аномально високої електропровідності, а також поясненню природи їх виникнення.

Дані магнітоваріаційного профілювання та магнітотелуричного зондування було проаналізовано приблизно в 2500 пунктах спостережень.

Розроблено методику побудови геоелектричних моделей земної кори та частини верхньої мантії, яка ґрунтується на використанні апарату квазітривимірного плівкового та двовимірного моделювання в зоні низькочастотних природних електромагнітних полів. Сумісний аналіз квазітривимірних плівкових і двовимірних моделей дав об'ємне уявлення про глибинний розріз кори та мантії Землі.

Виділено та побудовано глибинні геоелектричні моделі земної кори і верхньої мантії України, які містять зони з аномально низькими значеннями електричного опору: Коростеньська, Гайворон-Добровеличківська, Кіровоградська, Приазовська, Волинська, Чернівецько-Коростеньська, Яворівська, Донбаська, Тарханкутська, Керченська, Гірського Криму, Степового Криму, Добрудзька, Карпатська.

Виявлено зони аномально високого опору порід земної кори в межах Придніпровського блока УЩ та частини складчастого Донбасу.

Відокремлено зони, що характеризуються анізотропними властивостями уявного електричного опору, які досягають одного порядку в земній корі УЩ.

Аномалії високої електропровідності в надрах кори виявлено практично в усіх геологічних структурах України незалежно від їх віку та просторового розподілу. Геоелектрична астеносфера зафіксована практично повсюдно в кімерійських та альпійських утвореннях і тільки фрагментарно під докембрійським Українським щитом.

Природа високої аномальної провідності, переважно, пов'язана з комбінованою дією електронної провідності графіту або вуглецю та іонної провідності флюїдів різного походження. Просторовість території, зайнятої аномаліями електропровідності, свідчить про існування розгалуженої сітки електричної зв'язності різного масштабу - від плівок на зернах кристалів усередині породи до сітки тріщин та розломів різного залягання.

Ключові слова: аномалія електропровідності, магнітотелуричне зондування, магнітоваріаційне профілювання, квазітривимірне плівкове моделювання, астеносфера, земна кора, верхня мантія, індукційні параметри, Україна.

Бурахович Т.К. Электропроводность земной коры и верхней мантии территории Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора геологических наук по специальности 04.00.22 - геофизика. Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена созданию глубинной геоэлектрической модели земной коры и верхней мантии (до глубины 200 км) территории Украины и сопредельных регионов, обнаружению областей и слоев аномально высокой электропроводности, а также объяснению природы их возникновения.

Проанализированы данные магнитовариационного профилирования и магнитотеллурического зондирования примерно в 2500 пунктов наблюдений.

Разработана методика построения геоэлектрических моделей земной коры и части верхней мантии, которая основана на использовании аппарата квазитрехмерного пленочного и двумерного моделирования в области естественных низкочастотных электромагнитных полей.

Совместный анализ квазитрехмерных пленочных и двумерных моделей дал объемное представление о глубинном разрезе коры и мантии Земли.

Выделены и построены глубинные геоэлектрические модели земной коры и верхней мантии территории Украины, которые содержат области с аномально низкими значениями электрического сопротивления: Коростенская (Н=15 км, S=500 См), Гайворон-Добровеличковская (Н=0,1 км, S=2000 См), Кировоградская (Н=10 - 25 км, S=100 - 20 000 См), Приазовская (Н=1 - 2 км, S=2000 См), Волынская (Н=2,5 км, S=1000 См), Черновицко-Коростенская (Н=15 км, S=1000 См; Н=70 км, S=2000 м), Яворовская (Н=15 км, S=1000 См; Н=70 км, S=1200 См), Донбасская (Н=2 км, S=500 - 20 000 См; Н=10 км, S=1000 - 10 000 См), Тарханкутская (Н=10 км, S=5000 См; Н=60 км, S=5000 См), Керченская (Н=2 км, S=2500 См; Н=5 км, S=5000 См), Горного Крыма (Н=2 км, S=1000 См), Степного Крыма (Н=5 км, S=5000 См), Добруджская (Н=15 км, S=5000 См; Н=70 км, S=1000 См), Карпатская (Н=15 км, S=20 000 См; Н=70 км, S=6000 См).

Обнаружены области аномально высокого сопротивления пород земной коры в пределах Приднепровского блока Украинского щита и части складчатого Донбасса.

Выделен ряд зон, которые характеризуются анизотропными свойствами удельного электрического сопротивления, достигающими одного порядка, в земной коре Волынского, Подольского, Белоцерковско-Одесского и Кировоградского блоков и Голованевской шовной зоны Украинского щита.

Зоны высокой электропроводности, выходящие на поверхность, пространственно коррелируют с глубинными региональными разломами Украинского щита, выделенными по геологическим данным, - Андрушевским, Хмельницким, Трояновским, Жмеринским, Ободновским, Одесско-Тальновским, Гвоздавским, Первомайским, Центральным, Западно-Ингулецким, Криворожско-Кременчугским.

Аномалии высокой электропроводности в земной коре обнаружены практически во всех геологических структурах Украины, независимо от их возраста и пространственного распределения. Геоэлектрическая астеносфера зафиксирована повсеместно в киммерийских и альпийских образованиях и только фрагментарно под докембрийским Украинским щитом.

В основном природа высокой аномальной проводимости вызвана комбинированным действием электронной проводимости графита или углей и ионной проводимостью флюидов различного происхождения. Обширность территорий, занятых аномалиями электропроводности, указывает на существование разветвленной сети электрической связности различного масштаба - от пленок на зернах кристаллов внутри породы до сети трещин и разломов различного залегания.

Ключевые слова: аномалия электропроводности, магнитотеллурическое зондирование, магнитовариационное профилирование, квазитрехмерное пленочное моделирование, астеносфера, земная кора, верхняя мантия, индукционные параметры, Украина.

Burakhovich T.K. Conductivity of the Earth crust and upper mantle on the territory of Ukraine. - Manuscript.

A Dissertation presented in fulfillment of the requirements for the scientific degree of Doctor in Geological Science in the specialty 04.00.22 - geophysics.

S. I. Subbotin Institute of Geophysics of National Academy of Science of Ukraine, Kiev, 2005.

The dissertation is devoted to building of high depth geoelectrical models of the Earth crust and upper mantle (up to the depth of 200 km) of Ukraine and adjacent territories, to finding of regions and layers of anomalously high electric conductivity and also to explanation of the nature of their origin.

The data of magnitovariation profiling and magnitotelluric sounding at approximately 2500 locations was analyzed.

We developed a methodology for building geoelectric models of the Earth crust and upper mantle, which is based on using the apparatus of 2D and quasi-3D film modeling in a low-frequency range of natural electromagnetic fields.

Complex analyses of 2D and quasi-3D film models yielded 3D view of the high depth cross-section of the Earth crust and mantle.

Regions of anomalously low magnitudes of electric resistivity were found and their high depth geoelectric models of the Earth crust and upper mantle of Ukraine were built. They are: Korosten (Н=15 km, S=500 S), Gayvoron-Dobrovelichkovo (Н=0,1 km, S=2000 S), Kirovograd (Н=10-25 km, S=100 - 20 000 S), Peryazovyan (Н=1 - 2 km, S=2000 S), Volynian (Н=2,5 km, S=1000 S), Chernovtsy-Korosten (Н=15 km, S=1000 S; Н=70 km, S=2000 S), Yavorov (Н=15 km, S=1000 S; Н=70 km, S=1200 S), Donbas (Н=2 km, S=500 - 20 000 S; Н=10 km, S=1000 - 10 000 S), Tarkhankutyan (Н=10 km, S=5000 S; Н=60 km, S=5000 S), Kerch (Н=2 km, S=2500 S; Н=5 km, S=5000 S), Mountainous Crimean (Н=2 km, S=1000 S), Steppe Crimean (Н=5 km, S=5000 S), Dobruja (Н=15 km, S=5000 S; Н=70 km, S=1000 S), Carpathians (Н=15 km, S=20 000 S; Н=70 km, S=6000 S).

Within Dnieper block of U.Sh. and a part of folding Donbass were found regions of anomalously high resistivity of rocks in the Earth crust.

We discovered a set of zones, which are characterized by anisotropic properties of specific electric resistivity. Anisotropy reaches one order of magnitudes in the Earth crust of Volyn, Podol, Belotserkov-Odessa, Kirovogradian blocks and Golovanevsk suture zone of Ukrainian crystal shield.

Zones of high electric conductivity that reach the surface are spatially correlated with high depth fractures of U.Sh. that are determined from geological data - Andrushevsky, Khmelnian, Trojanovsky, Zhmerinsky, Obodnovsky Odessa-Talnovian, Gvozdovian, Pervomaysky, Central, West Ingulian, Krivoy Rog-Kremenchug.

Anomalies of high electric conductivity in the core of the Earth crust were found in basically all geological structures of Ukraine independently from their age and spatial location. Geoelectrical asthenosphere is detected almost everywhere in Kimmerian and alpides formations and only occasionally under precambrian Ukrainian shield.

In general, a nature of high anomalous conductivity is caused by combined effect of electron conductivity of graphite or coals and ionic conductivity of fluids of different origin. The vast extent of territories occupied by anomalies of electric conductivity points to existence of a broad network of electric connectivity of different scales - from films on crystal grains inside rocks to network of cracks and fractures of different topology.

Key words: conductivity anomaly, magnetotelluric sounding, magentovariation profiling, quasi-3D film modeling, asthenosphere, the Earth crust, upper mantle, induction parameters, Ukraine.

Размещено на Allbest.ru