Анотація до роботи:

Усенко О. В. Глибинні процеси утворення розплавів в тектоносфері. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора геологічних наук за фахом 04.00.22. - Геофізика. Інститут геофізики ім С.И.Суботіна НАН України. Київ, 2008.

Дисертація присвячена вивченню фізико-хімічних процесів формування розплавів у верхній мантії й корі й відновленню глибинних процесів за складом магматичних порід, що залягають на поверхні.

За незалежними критеріями виділені глибини диференціації розплавів у мантії. Висунуто й теоретично обґрунтовано припущення, що окислені флюїди можуть утворюватися в результаті вивільнення кисню в процесі плавлення. Запропоновано модель, що розглядає астеносферу як відкриту систему, а тонкий шар на її покрівлі як реактор, у якому здійснюється збір і взаємодія активних компонентів. Встановлено, що структура силікатного розплаву при високих Р и Т у першому наближенні відповідає структурі водяного розчину в умовах поверхні, що дозволяє на якісному рівні відновлювати кислотність-лужність й окислювально-відновлювальні умови, які визначають сукупність активних компонентів, напрямок протікання реакцій. Винесення речовини до поверхні й перерозподіл речовини мантії в процесі кожної активізації, проявляється в інверсії геохімічної спеціалізації розплавів заключного етапу. Кристалізація розплаву астеносфери супроводжується відновленням залишкових окислених флюїдів, що підтверджує можливість росту алмазів з лужних водно-карбонатних розчинів.

Запропонований підхід уможливлює встановлення умов і фізико-хімічних взаємодій в астеносфері за складом магматичних порід і мінералів. Розроблено методику, що дозволяє за складом магматичних порід визначити розташування покрівлі астеносфери на момент відділення розплаву. Відновлено глибинний процес при формуванні Донбасу (0,4-0,17 млрд. років), Дніпровсько-Донецької западини (0,39-0,36 млрд. років), Криму (0,22-0,05 млрд. років). Встановлено глибини розміщення покрівлі астеносфери й склад флюїду. Відновлено глибинний процес при формуванні зеленокам'яних структур Придніпровського блоку УЩ, Криворізько- Кременчуцької зони, Приазовського масиву.

1. Глибини розміщення осередків плавлення й диференціації розплавів у мантії встановлено за незалежними критеріями: особливостями поведінки багатокомпонентних систем у широкому діапазоні Т і Р; умовами формування ксенолітів; розташуванню сейсмічних границь у мантії. Зміні поведінки розплавів і фізичним границям у мантії відповідають рівні ~50 (границя кора-мантія), ~100, ~150, ~200 км.

2. Показано, що початкове плавлення (яке в мантії є можливим при Р 7 ГПа) супроводжується вивільненням кисню, що призводить до появи окислених флюїдів. Розплав, що формується є розчином електроліту, який вибірково розчиненює мінерали лерцоліту. Тому склад початкового розплаву залежить не тільки від Р (при відповідній Т), а й від складу флюїду, що утворюється.

3. Покрівлю астеносфери визначено як шар, у якому при диференціації розплавів відбуваються фізико-хімічні взаємодії. Хімічний склад магматичних порід, що кристалізується на поверхні, зумовлюється Р, Т, а також концентраціями хімічних елементів і сполук на покрівлі астеносфери.

4. Встановлено, що структура силікатного розплаву при високих Р й Т у першому наближенні відповідає структурі водяного розчину в умовах поверхні. Це дозволяє на якісному рівні визначати кислотність-лужність й окислювально-відновні умови, напрямок протікання та послідовність реакцій, що протікають на покрівлі астеносфери. Формування структурних одиниць в розплаві, з якого кристалізуються мінерали на поверхні, також відбувається на покрівлі астеносфери. Чіткі уявлення про сукупність процесів, що відбуваються за даних РТ-умов (на рівнях диференціації ~50, ~100, ~150, ~200 км), надають можливість для впевненого висновку про глибину розташування покрівлі астеносфери за складом магматичних порід.

5. Впродовж активізації відбувається винесення активних компонентів, що призводить до інверсії складу розплавів заключних етапів та деплетування мантійного субстрату.

6. Показано, що кристалізація розплаву астеносфери супроводжується відновленням залишкових окислених флюїдів, що підтверджує можливість росту алмазів з лужних водно-карбонатних розчинів.

7. Розроблено методику, яка дозволяє встановлювати глибину диференціації комагматичних серій порід й, таким чином, глибину розміщення покрівлі астеносфери при утворенні розплавів. Її встановлення на кожному етапі активізації дозволяє відновлювати глибинний процес у цілому. Цю методику можна використовувати при вирішенні багатьох задач: враховувати розміщення покрівлі астеносфери при побудові геофізичних моделей, а також перевіряти гіпотези, що включають розрахунки тепломасопереносу. Виявлення особливостей диференціації порід регіону включає визначення складу флюїдів і мантійного субстрату. Це дозволяє робити висновки про еволюцію складу розплавів астеносфери та ймовірність виявлення певних корисних копалин у даному регіоні.

8. Встановлено, що магматичні комплекси Донбасу утворено впродовж шести етапів: ~400, ~385, ~325, ~290, ~220, ~165 млн років тому. Покрівля астеносфери послідовно розташовувалась на глибинах ~200, ~150, ~100, ~50, ~100, ~50 км. Диференціаціия відбувалась в лужному середовищі за участю вуглекислого флюїду.

9. В девоні можна виділити два етапи розвитку ДДЗ: франський і фаменський. На початку франського етапу покрівлю астеносфери було розміщено під корою, далі — у корі. На фаменському — на глибині 100 км. Під час діференціації відбувається зміна складу флюїду. Глибинні лужно-карбонатні флюїди відокремлюються в самостійну фазу й подальша диференціація здійснюється в лужному середовищі за участю фторидно-натрових. Коли розплави поступають в кору флюїд представлено нейтральними хлоридно-натровими водяними розчинами, які в південно-східній частині ДЗЗ взаємодіють з розплавом астеносфери і на другому етапі.

10. В Криму виділено п'ять етапів розвитку, до початку яких віднесено етапи магматизму: пізній палеозой; верхній триас –нижня юра (початок — 210-220 млн. років тому); середня-верхня юра (початок — 155-160 млн. років тому); нижня крейда — альб (початок —100-110 млн. років тому); палеоген (початок — 50-60 млн. років тому). Проведений аналіз магматичних комплексів дозволяє відновити глибину розміщення покрівлі астеносфери, що розташовувалася послідовно на ~200, ~ 100, ~50, ~100, ~50 км.

11. Для з'ясування глибинного розвитку Придніпровського блоку УЩ було проведено адаптацію розробленої методики для умов архея. Встановлено, що утворення порід ЗКС ПБ відбувається при надлишку O₂, SiО₂, H₂O і СО₂, співвідношення яких залежить від тиску в місці диференціації. Формування ЗКС є результатом тривалого розвитку. У цей час (~3,4- 2,8 млрд років тому) під територією ПБ безперервно існує астеносфера зі змінною глибиною покрівлі. Єдиний цикл, у процесі якого формуються толеїтова, коматіїтова й андезит-базальтова туфолавова та верхня коматіїтова формації включає як мінімум 17 етапів винесення речовини з астеносфери, покрівля якої розташовується на різних рівнях.

12. Формування порід ККЗ (початок, вірогідно, 2,8 млрд років тому) також є налідком тривалого процесу. Фіксується 13 етапів, що слідують один за одним, однак загальна тривалість процесу не з'ясована, бо відсутні визначення абсолютного віку порід. Відбувається зміна флюїдного режиму диференціації розплавів астеносфери, що проявляється в дефіциті (щодо умов формування ЗКС) води, яка нівелює кислотність-лужність розплаву. Вперше в межах ПБ формуються окислені залізисті эксплозії, силікатні розплави й лужні залишкові флюїди.

13. Оцінка умов формування порід Чернігівського комплексу карбонатитів (західна частина ПМ) та Октябрського масиву (східна частина ПМ) дозволяє стверджувати, що в період 2,1 -1,75 млрд років відбувається не меньш як восьмикратна зміна розташування покрівлі астеносфери під ПМ вцілому. Диференціація розплавів відбувається за участю ультралужних флюїдів.

Публікації автора:

1. Тепловое поле территории Украины / Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Усенко О.В./ Под ред. Гордиенко В.В.- К:Знание Украины, 2002.- 170 с.

2. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Глубинные процессы в тектоносфере Украины // К.: ИГФ НАН Украины - 2003.- 147 с.

3. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Логвинов И.М., Тарасов В.Н., Усенко О.В. Геотермический атлас Украины / Киев: ИГФ НАН У, 2004.-60 с.

4. Украинский щит (геофизика, глубинные процессы) / Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Ковачикова С., Логвинов И.М., Тарасов В.Н., Усенко О.В. / Под ред. Гордиенко В.В./ Киев: Корвин-Пресс, 2005.- 210 с.

5. Днепровско-Донецкая впадина (геофизика, глубинные процессы) / Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Ковачикова С., Логвинов И.М., Пек Й.., Усенко О.В. / Киев: Корвин-Пресс, 2006.- 156 с.

6. Усенко О.В. Палеогеотермический градиент и степень метаморфизма углей Донецкого бассейна // Доповіді НАН України.— 1999.— №10.— С. 114-118.

7. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Геосинклинальный процесс на примере герцинской геосинклинали Донбасса // Геофиз. ж. —2000.— 22, № 5.— С.33-38.

8. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Тарасов В.Н., Усенко О.В. Тепловое поле, современная активизация и полезные ископаемые Волыно-Подольской плиты // Геофиз. ж.- 2002.- 24, № 1.- С. 79-92.

9. Усенко О.В. Тепловой поток и современная активизация Донецкого бассейна // Геофиз. ж. -2002.- 24, № 5.- С.102-111.

10. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Процесс рифтогенеза на примере герцинского Днепровско-Донецкого рифта // Геофиз. ж.- 2002.- 24, № 4.- С. 42-59.

11. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Тарасов В.Н. Тепловое поле Крыма и молодая активизация Крыма// Геофиз. ж.- 2003.- 25, № 1.- С. 79-91.

12. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Завгородняя О.В., Логвинов И.М., Тарасов В.Н., Усенко О.В. Комплексная геофизическая модель земной коры северо-западной части Днепровского бассейна// Геофиз. ж.- 2003.- 25, № 3.- С. 36-45.

13. Усенко О.В. Докембрийский карбонатитовый комплекс Приазовья // Доповіді НАН України. – 2003. – №6. – С.115-122.

14. Усенко О.В. Палеозойский кимберлитовый магматизм Донбасса и Приазовья // Доповіді НАН України. – 2003. – №8. – С.125-132.

15. Усенко О.В. Магматизм как индикатор типа эндогенного режима // Доповіді НАН України.- 2004.- № 7.- С. 118-124.

16. Усенко О.В. Состав магматических пород как отражение глубинного процесса (на примере герцинских геосинклинали Донбасса и рифта ДДВ) // Геофиз. журнал. –2004. - 26, №3. – С.111-119.

17. Усенко О.В. Эволюция магматизма Приазовского массива Украинского щита и Донецкого бассейна. Часть I // Геофиз. журн. – 26, 2004. – № 6. – С.108-120.

18. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Глубинные процессы в альпийской геосинклинали Украинских Восточных Карпат // Геофиз. ж. – 27, 2005. - № 1.- С.146-160.

19. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Глубинные процессы в киммерийской геосинклинали Скифской плиты // Геофиз. ж. – 27, 2005. - № 2.- С.245-254.

20. Усенко О.В. Эволюция магматизма Приазовского массива Украинского щита и Донецкого бассейна. Часть II. // Геофиз. журн. – 27, 2005. - № 2.- С.255-271.

21. Усенко О.В. Роль флюидов в процессе дифференциации расплавов // Доповіді НАН України.- 2005.- № 4 .- С. 108-113.

22. Завгородняя О.В.,Гордиенко И.В.,Логвинов И.М., Тарасов В.Н., Усенко О.В. Геоенергетичні ресурси України // В сб.: Фунламентальні орієнтири науки:Біологія та науки про Землю та навколишнє середовище. К.: Академперіодика, 2005, с.178-199.

23. Усенко О.В. Физико-химические особенности формирования магм в архее // Доповіді НАН України.- 2006.- № 2 .- С. 121-128.

24. Усенко О.В. Этапы развития Приднепровского блока Украинского щита// Доповіді НАН України.- 2006.- № 3 .- С. 117-125.

25. Усенко О.В. Этапы развития Криворожско-Кременчугской зоны // Доповіді НАН України.- 2006.- № 4 .- С. 127-132.

26. Усенко О.В. Химические реакции при плавлении и дифференциации расплавов // Доповіді НАН України.- 2006.- № 9.- С. 132-139.

27. Усенко О.В. Условия формирования зеленокаменных структур Приднепровского блока Украинского щита // Геофиз. ж.— 28, 2006.- №6.- С. 74-93.

28. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В., Усенко О.В. Тепловое поле Центральной и Восточной Европы // Строение и динамика литосферы Восточной Европы. Результаты исследований по программе EUROPROBE / Гл. ред. Павленкова Н.И. -Москва: ГЕОКАРТ: ГЕОС, 2006, - С. 624-658.

29. Усенко О.В. Физико-химические процессы в астеносфере // Геофиз. ж.— 29, 2007.- №2.- С. 54-70.

30. Гордиенко В.В., Усенко О.В. О геолого-геофизических критериях определения глубин магматических очагов в верхней мантии// Геофиз. ж.— 29, 2007.- №3.- С. 41-48.

31. Гордиенко В.В., Усенко О.В. О геофизическом и геологическом контроле доальпийских глубинных процессов // Геофиз. ж.— 29, 2007.— № 5.- с.153-161.

32. Gordienko V.V., Gordienko I.V., Zavgorodnjaja O.V., Usenko O.V.The heat flow of the Donets basin // The Earth’s thermal field and related research methods Moskow, RUFN, 1998, р.266-267.

33. Tarasow V.N.,Gordienko V.V., Zavgorodnjaja O.V., Usenko O.V. Helium isotopes and terrestrial heat flow in the Ukraine // The Earth’s thermal field and related research methods Moskow, RUFN, 1998, р.184-186.

34. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Расчетные модели и данные палеотермометров герцинской геосинклинали Донбасса // Материалы конференции «Тепловое поле Земли и методы его изучения», Москва: РУДН, 2000.- С. 90-95

35. Burakhovich T.K., Gordienko V.V., Gordienko I.V., Zavgorodnjaja O.V., Logvinov I.M., Usenko O.V. Integrated geophysical models of the Donbas tectonosphere// Геофиз. ж.,—22, 2000. - №4, c. 80-8.

36. Gordienko I.V., Gordienko V.V., Usenko O.V. Heat flow, pattern and fault structures in Donbas The Earth’s thermal field and related research methods // Moskow, RUFN, 2002, - р. 284-286.

37. Гордиенко В.В., Усенко О.В. Глубины очагов магматизма и сейсмических границ в верхней мантии Земли // Материалы всеукраинской научной конференции «Мониторинг небезпечних гелогічних процесів та екологічного стану середовища» / Киев: Киевский госуниверситет, 2006.- С.72-73.