ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2007, № 4, с. 21-27
УДК 550.372(477)
ТРЕХМЕРНАЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМНОЙ КОРЫ
УКРАИНСКОГО ЩИТА
© 2007 г. С. Н. Кулик, Т. К. Бурахович
Институт геофизики им. С.И.Субботина НАН Украины, г. Киев Поступила в редакцию 15.05.2006 г.
По экспериментальным данным МВП построена трехмерная геоэлектрическая модель земной коры Украинского щита. Аномалии высокой электропроводности располагаются на глубинах от поверхности фундамента до 30 км с удельным электрическим сопротивлением от 1 до 100 Ом м. В верхней мантии юго-западной части УЩ предполагается существование с верхней кромкой на глубине 70 км слоя высокой электропроводности с р = 25 Ом м.
РАС8: 91.25.Qi, 91.35.Cb
ВВЕДЕНИЕ
За последние 15 лет геофизические организации геологических служб Украины осуществили площадную и профильную съемку методами МТЗ и МВП по сети 50 х 50 км2 с детализацией отдельных регионов (Карпатского и Южного по сети 25 х 25 км2) и наблюдения на ряде профилей, соответствующих геотраверсам глубинного сейсмического зондирования при расстоянии между пунктами регистрации 5-25 км. В результате съемки получены комплексные значения импе-дансов МТ-поля в диапазоне периодов 0.1-1000 с и индукционные векторы для периодов 150 и 1000 или 2000 секунд в более чем 2500 пунктах е: а1., 1999].
Сегодня накоплен громадный экспериментальный материал [Азаров и др., 1998; Ингеров и др., 1988; Дьяконова и др., 1986; Трегубенко и др., 1989; Baysorovich е: а1., 1998; Белявский и др., 2001]. Эти работы показали, что в геоэлектрическом отношении и земная кора, и верхняя мантия на территории Украины являются существенно неоднородными.
Ранее были построены глубинные геоэлектрические модели суммарной продольной проводимости земной коры и верхней мантии территории Украины, которые содержат области с аномально высокими значениями электропроводности: Коростенская (Н = 15 км, = 500 См), Гайворон-Добровеличковская (Н = 0.1 км, 5 = 2000 См), Кировоградская (Н = 10-25 км, 5 = 100-20000 См), Приазовская (Н = 1-2 км, 5 = 2000 См), Волынская (Н = 2.5 км, 5 = 1000 См), Черновицко-Коростен-ская (Н = 15 км, 5 = 1000 См; Н = 70 км, 5 = 2000 м), Яворовская (Н = 15 км, 5 = 1000 См; Н = 70 км, 5 = = 1200 См), Донбасская (Н = 2 км, 5 = 500-20000 См; Н = 10 км, 5 = 1000-10000 См), Тарханкутская (Н = = 10 км, 5 = 5000 См; Н = 60 км, 5 = 5000 См),
Керченская (Н = 2 км, 5 = 2500 См; Н = 5 км, 5 = = 5000 См), Горного Крыма (Н = 2 км, 5 = 1000 См), Степного Крыма (Н = 5 км, 5 = = 5000 См), Доб-руджская (Н = 15 км, 5 = 5000 См; Н = 70 км, 5 = = 1000 См), Карпатская (Н = 15 км, 5 = 20000 См; Н = 70 км, 5 = 6000 См) [Белявский и др., 2001]. Построение этих моделей стало возможным благодаря П. Вайдельту и И.М. Варенцову, которые предоставили нам весь комплекс программного обеспечения квазитрехмерного моделирования IEM3D. Геоэлектрические и геометрические параметры аномальных областей послужили основой для построения первых вариантов объемных 3D-моделей.
ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Для вычисления магнитных компонент МТ-поля для трехмерной аномальной области высокой электропроводности, возбуждаемой плоской электромагнитной волной, была использована программа Mtd3fwd Рендалла Макки [МасЫе е: а1., 1994].
Распределение удельного электрического сопротивления поверхностных отложений было определено из значений суммарной продольной проводимости и мощности осадочной толщи. Величина удельного электрического сопротивления кристаллических пород Украинского щита (УЩ) в наших исследованиях принята на уровне 1000 Ом м. Это значение было получено в результате анализа многочисленных кривых глубинного магнитотеллурического зондирования на УЩ и его склонах.
Некоторые вытянутые зоны высокой электропроводности, имеющие гальваническую связь с поверхностными проводящими отложениями, пространственно коррелируют с частями глубин-
Рис. 1. Зоны анизотропии геоэлектрических свойств западной и центральной частей УЩ:
1 - границы УЩ; 2 - глубинные разломы (1 - Андрушевский; 2 - Хмельницкий; 3 - Трояновский; 4 - Жмеринский; 5 - Белоцерковский; 6 - Подольский; 7 - Одесско-Тальновский; 8 - Гвоздовский; 9 - Первомайский; 10 - Центральный; 11 - Кировоградский; 12 - Западно-Ингулецкий; 13 - Ободновский); 3 - зоны анизотропии; 4 - субвертикальные аномально проводящие зоны.
ных региональных разломов УЩ - Андрушев-ским, Хмельницким, Трояновским, Жмеринским, Ободновским, Одесско-Тальновским, Гвоздавским, Первомайским, Центральным, Западно-Ингулец-ким, Криворожско-Кременчугским. Так как эти электропроводящие структуры выделены только по данным локальных магнитотеллурических зондирований, то их глубины проникновения и углы падения трудно оценить по имеющемуся экспериментальному материалу.
На территории УЩ по данным магнитотеллурических и магнитовариационных исследований выделяется ряд зон, в пределах которых проявляются анизотропные свойства в земной коре (рис. 1).
В северной части Волынского блока УЩ между Овручским прогибом и Коростенским массивом выделяется анизотропная зона 1-го типа (соответствует вытянутой структуре, в которой электропроводность вдоль простирания значительно больше, чем вкрест). Коэффициент анизотропии (Кан) в среднем колеблется от 1 : 2 до 1 : 10.
На границе Подольского и Росинского блоков УЩ, южнее Черновицко-Коростенской аномалии электропроводности также выделяется анизотропная зона 1-го типа (Кан от 1 : 4 до 1 : 50). Южнее этой зоны субширотно протягивается другая анизотропная зона II типа (соответствует вытянутой структуре, в которой электропроводность вдоль простирания значительно меньше, чем вкрест) со значениями Кан в пределах от 2 : 1 до 6 : 1.
Анизотропная зона 3-го типа (соответствует анизотропному горизонтальному слою) проявляется на территории Бужского, Ингульского блоков и Голованевской шовной зоны УЩ (Кан = 1 : 5).
Три анизотропные зоны 1-го I типа расположены в пределах южной части Голованевской шовной зоны (Кан = 1 : 4, 1 : 6). Эти области имеют судмеридиональное простирание.
Выделенные области анизотропии электрических свойств в большинстве случаев территориально не пересекаются с глубинными аномалиями электропроводности в земной коре. Однако зоны анизотропии в некоторых случаях совпада-
ют с субвертикальными поверхностными проводниками, в особенности в зоне Гайворон-Доброве-личковской аномалии высокой электропроводности (а именно, в районе пересечения Хмельницкого и Жмеринского разломов Подольского блоков, а также в районе Ободновского разлома в Буж-ском блоке, Первомайского, Гвоздовского и Центрального разломов в Голованевской шовной зоне УЩ).
Примечательной особенностью Среднепри-днепровского блока и части Орехово-Павлоград-ской шовной зоны УЩ являются очень высокие значения кажущегося удельного электрического сопротивления, доходящие до нескольких сотен тысяч Ом м. Выявлен особый вид аномалии на Украинском щите - блок высокого сопротивления.
Трехмерная модель аномальных зон земной коры Украинского щита была построена на основе анализа площадного распределения индукционных параметров геомагнитного поля вариаций на периодах 150, 1000 и 2000 секунд. Методика моделирования предполагает априорное задание параметров одномерного нормального разреза [Белявский и др., 2001].
На западном склоне УЩ в интервале глубин 3-6 км размещается Волынская аномалия электропроводности, которая имеет сложные пространственные контуры и характеризуется значением удельного электрического сопротивления р = = 10 Ом м (рис. 2а).
На северо-западе на границе Волынского и Ро-синского мегаблоков УЩ располагается в интервале глубин от 15 до 30 км Коростенская аномалия электропроводности (рис. 2в). Среднее значение удельного электрического сопротивления р равно 30 Ом м. В пространственном отношении эта геоэлектрическая структура совпадает с Ко-ростенским массивом.
На западе щита в том же интервале глубин земной коры выявлена большая по площади и сложная по своему строению Черновицко-Коро-стенская аномалия электропроводности (рис. 2а, 26, 2в, 2г, 2д). Часть аномалии с р = 5 Ом м располагается в пределах Росинского и Подольского блоков, она содержит объект высокого сопротивления порядка 1000 Ом м. Западная часть этой структуры, которая характеризуется средним р около 20 Ом м, выходит за границы УЩ и простирается в двух направлениях - на юг и на юго-восток вдоль Подольского глубинного регионального разлома до Голованевской шовной зоны. Черновицко-Коростенская аномалия содержит в своей юго-западной части ветвь, которая отличается самым низким значением р около 1 Ом м в интервале глубин от 3 км до 30 км. Это ответвление находится вблизи сочленения Ру-
синского, Бурского мегаблоков и Голованевской шовной зоны.
Первые проявления Кировоградской аномалии электропроводности в пределах УЩ очевидны на глубинах 10-20 км (рис. 26, 2в). Аномалия на севере рассматриваемой площади проявляется в виде 5-образного тела с р = 1 Ом м в пространстве между Криворожско-Кременчугским и Ин-гулецким разломами и в виде аномалии Г-образ-ной формы интенсивностью 30 Ом м, приуроченной к Днепровско-Донецкому авлакогену (ДДА) (рис. 26). На глубинах 13-17 км рисунок и интенсивность аномалий электропроводности практически не меняется, разве что средняя часть 5-об-разной структуры исчезает (рис. 2в). На глубинах 17-20 км аномальный участок 1 резко сокращается и виден лишь в виде прямоугольника, приуроченного к самому северному выходу Ингулецкого разлома в районе примыкания его к границе сочленения УЩ с ДДА.
На юге структуры Кировоградской аномалии электропроводности с кровлей на глубине 10 км выделяется сложная субширотная зона (рис. 26). Она располагается уже в пределах Причерноморской впадины. Наиболее проводящая часть этой структуры с р = 5 Ом м находится в области Первомайского и Криворожско-Кременчугского глубинных региональных разломов. Необходимо подчеркнуть, что отдельные части этих двух разломов прослеживаются, как электропроводящие, на разных глубинах. Если в пределах УЩ Первомайский разлом отвечает поверхностному проводнику, то в области Причерноморской впадины он характеризуется высокой электропроводн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.