Анотація до роботи:

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.

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 r » 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

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

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

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

4. 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.

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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

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

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. 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.

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

38. 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.

39. 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.

40. 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.