НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ--

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

Бубняк ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 551.24 (447.8)

Тектоніка зони зчленування Східно-Європейської платформи та

Українських Карпат

спеціальність 04.00.04 – Геотектоніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геології і геохімії горючих копалин НАН України

Науковий керівник: доктор геолого–мінералогічних наук

Ступка Орест Степанович, Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, завідувач відділу проблем геології Карпат

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук Гінтов Олег Борисович, Інститут геофізики НАН України ім. С. І. Субботіна, головний науковий співробітник

кандидат геолого-мінералогічних наук Токовенко Володимир Сергійович, Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України, старший науковий співробітник

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Захист відбудеться 13.04.2006 р. о 10 годині на засіданні

спеціалізованої Вченої ради Д 26.162.02 в Інституті геологічних наук НАН України за адресою: Україна, 01054, м. Київ. вул. О. Гончара, 55б.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: Україна, 01054, м. Київ. вул. О. Гончара, 55б.

Автореферат розіслано 7.03.2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геологічних наук Т.М. Сокур

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Близько 70континентальної кори перекриті осадовими товщами потужністю понад 2 км. Вивчення осадових басейнів має не тільки теоретичне, а й практичне значення. Більшість із цих басейнів уміщують корисні копалини – нафту, газ, вугілля, різноманітні солі, мідисті пісковики тощо. Значну групу цих басейнів становлять такі, що виникли в умовах стискування. За останні 20 років досягнуто значного прогресу у вивченні механічних та реологічних властивостей порід як океанської, так і континентальної літосфери. Поряд з традиційними геологічними методами почали широко застосовувати математичне моделювання з використанням потужних комп’ютерів для вивчення процесів, що могли привести до формування орогенів та навколишніх басейнів. Досліджували як загальні закономірності розвитку басейнів, що виникли в різних умовах, так і окремі басейни. Неповний перелік районів, де проводили такі дослідження, охоплює Кордільєри, Альпи, Апеннінський півострів, басейн Ебро в Іспанії, Західні та Південні Карпати. Таких досліджень нема для території Українських Карпат. Тому, ми змоделювали вигин літосфери заходу України, що надалі можна використати для створення геодинамічних моделей, класифікації форландових басейнів України та для вивчення закономірностей поширення корисних копалин, передусім вуглеводнів.

Територія заходу України є доволі зручним об’єктом для дослідження геодинамічних умов на різних етапах еволюції та в різному масштабі, бо тут на невеликій території (близько 100 км в поперечному перетині) відбувається змінювання розтягу (Закарпатський прогин) стискуванням (Карпати) і субдукцією континентального типу, що відступає (Передкарпатський прогин). У вертикальному вимірі простежуємо заміну пасивної континентальної окраїни залишковим басейном (Карпати) і передовим прогином.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за бюджетними темами Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України з 1987 по 1997 рр. у відділі геології нафти і газу, з 1997 р. і до сьогодні у відділі проблем геології Карпат. Здобувач брав участь у розробці таких державних бюджетних тем: “Еволюція Українських Карпат з позицій регіональної геодинаміки” (державний реєстраційний номер 0101U002463), “Тектонічний розвиток Карпато-Причорноморського сегмента континентальної окраїни океану Тетис у мезозої (державний реєстраційний номер 0201U005047” – 2000 р.), “Геодинаміка південно-західної окраїни Східно-Європейської платформи й умови формування покладів нафти і газу” 1995 р., “Створення геолого-геофізичних і геохімічних моделей формування нафтогазоносних провінцій України (Дніпровсько-Донецької, Передкарпатської і Причорноморсько-Кримської” (державний реєстраційний номер УТГФ 39-89-91/2, № ВНТІУ 01890077252 – 1990 р. та договірної теми “Вивчення тектоніки і перспектив нафтогазоносності Українського сегмента Балтійсько-Придністровського перикратону”.

Дослідження також проводили за ґрантом Американської асоціації нафтових геологів “Тектонічна еволюція акреційної призми Зовнішніх Українських Карпат”.

Об’єкт досліджень – зона зчленування Східно-Європейської платформи та Українських Карпат, міоценові комплекси заходу України, структури фундаменту платформової частини Особливу увагу приділено вивченню Передкарпатського передового прогину як основної структури зони зчленування.

Предмет досліджень – геодинаміка, тектоніка, структурна геологія та тектонофізика південно-західної частини Східно-Європейської платформи, Передкарпатського прогину та зовнішньої частини Українських Карпат.

Мета досліджень – детальна реконструкція геодинамічних процесів, що привели до формування перехідної зони від Східно-Європейської платформи до Українських Карпат.

Завдання досліджень.

1. Дослідити процеси, що привели до формування прогину на підставі моделювання вигину літосфери заходу України, тобто з’ясування природи прогину як структури першого порядку.

2. Реконструювати тектонічне опускання фундаменту Передкарпатського прогину для різних часових проміжків міоцену.

3. Вивчити еволюцію полів палеонапружень під час формування прогину.

4. З’ясувати, чи впливав розвиток насувів в орогені Українських Карпат на формування структур передового прогину.

5. Зіставити результати досліджень регіону з результатами вивчення сусідніх регіонів та регіонів з подібними тектонічними умовами.

Фактичний матеріал та методи досліджень. За основу роботи взято опубліковані та неопубліковані геолого-геофізичні дані, зокрема, опубліковані топографічні карти масштабу 1  , Геологічну карту Українських Карпат та прилеглих прогинів (масштаб 1  ), Структурно-тектонічну карту західних областей України (масштаб 1  ), карти положення розділу Мохоровичича, інших геофізичних меж. Неопубліковані дані – це стратиграфічні розрізи свердловин та дані гравітаційних аномалій. Суттєву частину даних становлять отримані внаслідок власних польових досліджень тріщинуватості гірських порід орогену, Внутрішньої зони Передкарпатського прогину, південно-західного схилу Східно-Європейської платформи (див. рисунок).

У дисертаційній роботі використано багаторівневий підхід, що охоплює математичне моделювання вигину літосфери, числові методи дослідження тектонічного опускання фундаменту Зовнішньої зони Передкарпатського прогину, мезоструктурний аналіз відслонень. За цього підходу широко використовували комп’ютерну техніку для кожного рівня.

Розташування точок спостережень і профілів, уздовж яких проводили дослідження, викладені в дисертаційній роботі:

1 – моделювання вигину літосфери заходу України; 2 – числове дослідження тектонічного опускання фундаменту Зовнішньої зони Передкарпатського прогину;
3 – профіль уздовж р. Опір, де проводили детальні мезоструктурні дослідження;
4 – окремі точки спостережень, де заміряно тріщинуватість гірських порід.

Наукова новизна одержаних результатів:

· уперше реконструйовано механізм континентальної зони субдукції в межах заходу України для міоценового часу;

· показано перебіг тектонічного опускання фундаменту Зовнішньої зони Передкарпатського прогину для міоценового часу;

· досліджено просторові зміни осей максимального напруження в сусідній із прогином частині орогену;

· на прикладі української частини Карпат підтверджено вплив насувоутворення на формування структури передового прогину.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати про розвиток зони зчленування Східно-Європейської платформи та Українських Карпат можна використати для детальних досліджень під час розшуків корисних копалин, локалізації об’єктів дослідження секвенційної стратиграфії, а також тектонічного районування регіону. Зіставлення полів палеонапружень із сучасними полями напружень дають змогу поліпшити результати сейсмотектонічних досліджень, оскільки досить часто сучасні рухи відбуваються по розломах або тріщинуватих зонах, закладених у попередні епохи. Поля напружень та палеонапружень необхідно враховувати під час моніторингу інженерних споруд, насамперед, трубопроводів та шахт.

Особистий внесок здобувача. Фактичний матеріал для моделювання вигину літосфери заходу України, зібраний і перетворений автором у цифрову форму, зручну для комп’ютерного опрацювання, проведеного під керівництвом д.-р Р. Зутемеєр (Амстердамський Вільний університет, Нідерланди). Зібрано та опрацьовано дані зі свердловин, пробурених у Зовнішній зоні Передкарпатського прогину для числових досліджень тектонічного опускання. Виконано польові дослідження тріщинуватості в межах Українських Карпат, Внутрішньої зони Передкарпатського прогину та південно-західного схилу Східно-Європейської платформи, інтерпретовано отримані результати.

Апробація результатів дисертації. Головні результати дисертаційної роботи представлені на 29-му Міжнародному геологічному конгресі (Кіото, Японія, 1992 р.), міжнародних семінарах ПАНКАРДІ (Відень, Австрія, 1996; Краків, Польща, 1998; Сопрон, Угорщина, 2001), міжнародній конференції “Карпатські Геодані” (Яремча, Україна, 2002), міжнародній науковій конференції “Геологія і геохімія горючих копалин України” (Львів, Україна, 2001), їх доповідали на наукових семінарах відділу проблем геології Карпат Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України, семінарі Західно-Української геофізично-розвідувальної експедиції, щорічних конференціях та круглих столах Геологічної комісії Наукового товариства ім. Шевченка (Львів, 1997–2003), засіданнях вчених рад Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України.

Публікації. На тему дисертаційної роботи опубліковано 30 праць. З них 7 у фахових виданнях та 19 тез доповідей на конференціях, у тому числі 13 міжнародних.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел зі 185 позицій, додатка. Робота містить 54 рисунки та три таблиці, загальний обсяг текстової частини 160 друкованих сторінок.

Виконання дисертаційної роботи розпочате під керівництвом академіка, професора Г.Н. Доленка, завдяки якому вибрано тематику дослідження і який надав допомогу на початкових стадіях наукової діяльності. Робота завершена під керівництвом доктора геолого-мінералогічних наук О.С. Ступки, якому дисертант вдячний за вичерпні консультації та дискусії з різноманітних питань тектоніки.

Дисертант вдячний за консультації, підтримку та постійний інтерес до роботи член-кореспонденту НАН України, професору Ю.М. Сеньковському.

Автор вдячний за допомогу, обговорення, спільні екскурсії та дискусії співробітникам Інституту геології і геохімії та інших геологічних закладів Львова та України В. М. Щербі, О. С. Щербі, І. В. Кілину, А. П. Медвєдєву, Б. І. Ярошу, М. В. Бой-чуку, Є. І. Чижу, Б. П. Різу-ну, Л. Т. Бойчевській, З. М. Ляшкевич, М. О. Альо-хіній, П. Н. Царненку, В. І. Гаврилишину, Ю. В. Колтуну, О. М. Бокуну, Г. І. Романів, І. Т. Поппу, Я. О. Кульчицькому, Ю. З. Крупському, В. О. Котику, В. А. Ващенку, а також складає подяку працівникам Амстердамського Вільного університету д-р Р. Зутемеєр та проф. С. Клутінгу за можливість ознайомлення з новими методами дослідження проблем геодинаміки та допомогу в моделюванні. Професори В. Зухевич, Н. Ощипко та д-р. М. Цешковський ознайомили автора з новими методами вивчення тріщинуватості під час спільних досліджень в Українських та Польських Карпатах. Геологи В. В. Кузовенко та В.Є. Шляпінський надали консультації з питань геологічної будови Зовнішніх Українських Карпат. В. Д. Чебан та П. М. Бодлак надали частину матеріалів для моделювання. Автор вдячний за перегляд та рецензії головних статей проф. В. В. Колодію, докторам Д. М. Дриганту та С. С. Круглову, а також доцентам кафедри Фізики Землі В. В. Фурману та М. М. Хом’яку за обговорення деяких питань математичного моделювання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. ОГЛЯД ДОСЛІДЖУВАНОЇ ПРОБЛЕМИ

У першому розділі розглянуто етапи становлення понять, пов’язаних з перехідними зонами від давніх платформ (кратонів) до геосинклінальних складчастих зон. Уперше складчасті та геосинклінальні області чітко протиставив Е. Ог 1900 р. Ключові терміни зони зчленування – передовий прогин та форланд – у геологічну літературу увів відомий австрійський геолог Е. Зюс. Поняття “передовий прогин” для українського відтинку Карпат першими застосували М. С. Шатський та О. Д. Архангельський. А. А. Богданов 1955 р. виділив формації, типові для крайових прогинів. Особливу роль у вивченні перехідних зон від платформ до складчастих областей відіграли праці О. В. Пейве про глибинні розломи.

Надалі вчення про перехідні зони розвинуті в працях Ю. М. Пущаровського, Г. А. Кузнєцова, В. А. Наумова, А. Л. Ставцева, Є. В. Павловського, Л. П. Зонен-шайна, В. П. Поникарова, А. К. Уфлянда та ін. У праці “Крайові прогини, їх тектонічна будова та розвиток” Ю. М. Пущаровський уперше описав крайові прогини всієї земної кулі. Поняття “зона перикратонних опускань” у геологічну літературу ввів Є. В. Павловський 1953 р. Поняття крайової системи сформулював Ю. М. Пущаровский, а змінив та доповнив Л. П Зоненшайн, який уважав, що крайові системи виникають не тільки на межі геосинкліналей та молодих платформ, а й узагалі на межах геосинклінальних і платформних областей будь-якого віку; закладення крайових систем належить не до епохи перетворення геосинклінальних систем у підняття складчастої зони, а до значно раніших періодів, коли геосинкліналь інтенсивно прогиналася. Тепер крайові системи Л. П. Зоненшайна ототожнюють з пасивними континентальними окраїнами.

Поняття крайової системи Л. П. Зоненшайна суттєво доповнив А. Я. Радзи-вілл, який у крайові системи ввів крайові вулканічні пояси. Це дало змогу про-аналізувати розвиток крайових систем від магматичних до амагматичних у часі та просторі, а також виділити ряди крайових систем та елементарні крайові системи, що відповідають певному етапу розвитку геосинклінальної області. Вперше роз-глянуто еволюцію складних крайових систем. Ця структура в межах заходу України названа Передкарпатською складною крайовою системою.

У 1976 р. О. Л. Ставцев виділив крайові лускувато-насувні зони – най-поширеніший тип структурних обмежень давніх платформ. Учений описав п’ять типів зон зчленування: 1) крайові лускувато-насувні зони; 2) крайові шви; 3) вузлові зчленування; 4) крайові обвалення; 5) крайові опускання.

У досліджуваному районі 1949 р. А. А. Богданов розділив Передкарпатський прогин на внутрішню та зовнішню зони. Такий поділ став традиційним на багато років. Пізніше з’явилися схеми поділу на три зони. Н. А. Діденко виділи внвутрішню, центральну та зовнішню зони. В. С. Буров зі співавторами, В. В Глуш-ко зі співавторами виділили Більче-Волицьку, Стебницьку та Бориславсько-Покутську. Класичне трактування появи передових прогинів, що ґрунтується на фіксистському підході, описане в праці Д. П. Рєзвого. Оригінальну схему поділу Передкарпаття запропонував Ю. З. Крупський. Механізм утворення Передкар-патського прогину розглянуто в серії праць В. Г. Корнєєвої.

Розвиток тектоніки літосферних плит привів до нових концепцій утворення гірських споруд та структур, що їх оточують. Переглядають механізми утворення геосинклінальних басейнів, створюють нові їх класифікації. Поняття “басейни форланду” вперше в геологічну літературу увів В. Дікінсон 1974 р. Учений виділив два головні типи басейнів: периферійні та протидугові. Концепцію розвитку форландових басейнів першого порядку запропонував Р. Прайс 1973 р. За цим автором, вигин літосфери басейнів форланду є реагуванням на навантаження покривів сусідньої гірської системи. Інші механізми, які пропонують з метою пояснити виникнення басейнів форланду, – це підкорова ерозія, термопружний стиск, еклогітизація, базифікація.

На завершення розділу охарактеризовано праці, в яких розглядали еволюцію західних областей України з геодинамічних позицій. Перші такі дослідження стосувались внутрішніх частин орогенних областей, що ґрунтувались, головно, на вивченні магматичних порід. Група дослідників під керівництвом академіка Г. Н. Доленка аналізувала питання реконструкції зони Беньофа. Значно менше праць присвячено утворенню власне форланду Передкарпаття. Серед них треба назвати статтю І. Д. Гофштейна, в якій розвиток карпатської дуги та структур облямування описано за типом острівної дуги. Передовий прогин у цій ситуації розглянуто як аналог глибоководного жолобу. На підставі геофізичних та геологічних даних А. В. Друмя для дуги Східних Карпат реконструював “основну площину ско-лювання” – аналог континентальної зони субдукції або зони підсуву платформи під ороген. Нову схему розвитку передових прогинів запропонувала група дослідників, очолювана Є. І. Паталахою. Учені виділили “внутрішні” та “зовнішні” крайові прогини. За основу взяли модель двохетапного розвитку передового прогину, що ґрунтується на циклі Вільсона. З позицій геодинаміки розвиток Українських Карпат та їхнього форланду розглянув Ю. З. Крупський. На підставі чималого фактичного матеріалу науковець побудував якісну модель розвитку заходу України з позицій тектоніки літосферних плит. На його думку, виникнення Передкарпатського прогину – результат зіткнення пасивної континентальної окраїни наприкінці палеогену з мікроплитою Панонсько-Трансільванської западини.

Однак, не лише за концепціює літосферних плит розглядають виникнення басейнів форланду та передових прогинів. Наприклад, С. С. Круглов пояснив еволюцію орогенних областей і суміжніх структур з позицій пульсівної Землі.

2. Тектонічне положення та осадове виповнення досліджуваного регіону

Досліджуваний район адміністративно розташований у межах Львівської, Тернопільської, Івано-Франківської, Чернівецької та частково Закарпатської областей і охоплює дві структури першого порядку: платформу та ороген. До платформової частини належать Східно-Європейська та Західно-Європейська платформи; до орогенної – Українські Карпати. На ці дві структури накладений Передкарпатський передовий прогин.

Фундамент Східно-Європейської платформи утворений метаморфізованими осадовими, осадово-вулканогенними та інтрузивними породами від архею до нижнього протерозою. Неметаморфізований та слабкодеформований осадовий чохол складається з порід пізньопротерозойського, палеозойського, мезозойського та кайнозойського віків. Від щита фундамент платформи поступово занурюється під відклади осадового чохла та під карпатський ороген. Осадовий чохол відображає складну історію розвитку південно-західного краю платформи, починаючи від кембрію до сьогодні. На структури платформи в перехідній зоні від Українських Карпат накладений Передкарпатський прогин. Прогин традиційно поділяють на дві зони: внутрішню та зовнішню. Останніми роками з’явилися схеми з тричленним поділом Передкарпатського прогину. Підставою для цих схем є історія розвитку та структурні особливості. Зокрема, у разі двочленного поділу вважають, що внутрішня частина розвивалась на флішовій основі, а зовнішня – на платформній. Крім того, внутрішня зона зім’ята в складки разом із флішовою основою, а зовнішня не зазнала складчастості, а лише розбита системою розломів. Ці зони поділяють на низку підзон. У випадку тричленного поділу в окрему одиницю виділена Самбірська зона, в якій розвинені відклади лише нижнього–середнього міоцену, в основі нема флішових утворень. Внутрішня зона виповнена нижніми моласами, а зовнішня –верхніми.

Українські Карпати поділять на Зовнішні та Внутрішні. Підставою для такого поділу є час завершальної складчастості. Для Внутрішніх Карпат завершальними були крейдові, а для Зовнішніх – неогенові. Межею між зазначеними елементами є Пенінська зона. Відклади цієї зони зазнали впливу обох складчастостей. Зовнішні Карпати, на яких частково накладений передовий прогин, утворений флішовими відкладами крейдово-палеогенового віку. Наймолодші частини розрізів у деяких місцях складені нижньоміоценовими утвореннями. Флішовий комплекс розбитий великими насувами, що ускладнені структурами менших порядків – складками, лусками, розломами.

3. МОДЕЛЮВАННЯ ВИГИНУ ЛІТОСФЕРИ ДЛЯ ЗАХОДУ УКРАЇНИ

У розділі наведено результати моделювання вигину літосфери західної частини України, виконаного вздовж трьох регіональних профілів. Ці профілі вибрані так, щоб збігались з іншими профілями, де отримано дані про глибинну будову, пробурені свердловини, проведено геофізичні дослідження в свердловинах. У першій частині розділу розглянуто принципи моделювання, типи використовуваних моделей. У роботі використана модель пружної літосфери та обґрунтовано вибір цієї реологічної моделі. Внаслідок континентальної колізії літосфера може бути розламана. Крім літостатичного навантаження орогену, що насувається, та осадів плита зазнає дії глибинних сил, що прикладені до її краю. Врахування цих сил дає ліпші результати моделювання. Важливим моментом у вивченні вигину літосфери є моделювання гравітаційних аномалій та порівняння їх зі спостереженими. Модель опускання літосфери ґрунтується на двовимірній моделі згину тонкої пластини, що перекриває нев’язкий флюїд (астеносферу). Вигин тонкої пластини є функцією вертикального навантаження, викликаного вагою насувів та осадів, або іншими видами перерозподілу мас, горизонтальної сили та ефективної пружної потужності, що може змінюватись у латеральному напрямі. Диференціальне рівняння четвертого порядку, що описує вигин розв’язано числовим методом найменших квадратів. Моделювання виконано із застосуванням програми “Кобра”, автором якої є Р. Зутемеєр (Нідерланди). Для розв’язування сформульованої задачі зібрано опубліковані та неопубліковані дані стосовно трьох регіональних профілів (див. рисунок). Опубліковані дані отримано з топографічних карт масштабу 1  ; Структурно-тектонічної карти заходу України. Інші дані охоплюють положення розділу Мохо. Загальноприйняті використані параметри – густина мантії, кори, води та осадових утворень. Неопубліковані дані – це гравітаційні аномалії та положення фундаменту Передкарпатського прогину за геофізичними даними. Положення фундаменту намагалися контролювати даними зі свердловин. Процедура моделювання вигину літосфери полягала в побудові теоретичних кривих опускання фундаменту басейну вздовж профілів. Додатковим елементом моделювання було обчислення для теоретичного профілю опускання значень гравітаційних аномалій і порівняння їх зі спостереженими.

Для профілю № 3, окрім обчислення опускань та гравітаційного моделювання змодельовано напруження, що виникають під час згину пружної частини літосфери, та досліджено їхній вплив на тектонічні процеси, що в цьому випадку відбуваються.

Результати по трьох профілях засвідчують, що навантаження покривів, осадів та води не можуть спричинити опускання, яке простежується в сучасній структурі зони переходу від платформи до складчастої зони. Наприклад, отримана ефективна пружна потужність для профілю № 1 становить 20 км, а в районі опускання вона зменшується до 5–7 км. Значення вертикальної перерізувальної сили – 0,9 1013 Н/м. Подібні результати отримані для профілю № 2. Мінімальне значення ефективної пружної потужності – 5 км. Для профілю № 3 топографічні висоти (максимальні) становлять 1150 м у гірській частині, 340 м на платформі та 300 м у зовнішній зоні Передкарпатського прогину. Для цього профілю характерні найменші значення гравітаційних аномалій – 109,2 мГал. Отримані результати, що найліпше збігаються з кривизною вигину літосфери для цього профілю складають 0,7·1012 Н/м, а найменше значення ефективної пружної потужності – 5 км. Значення змодельованих напружень вигину для цього профілю – 4 ГПа.

Фундамент, що круто занурюється під Карпати можна пояснити наявністю ослабленої літосфери, що виражена в низьких значеннях ефективної пружної потужності (від 16 до 5 км). Мала товщина літосфери в досліджуваному районі, можливо, зумовлена її вигином. Найбільше ослаблена частина літосфери, що збігається з найменшими значеннями ефективної пружної потужності, пов’язана з районами максимального згину літосфери. Передбачувані напруження як функція моменту згинання та ефективної пружної потужності катастрофічно зростають під зовнішніми частинами Українських Карпат, цим пояснюють реактивацію старших розломів у фундаменті Передкарпатського прогину. Ми припускаємо, що скиди були реактивовані під впливом напружень, які виникли під час згину літосфери. Результати моделювання чітко засвідчують, що деформація плити контрольована значеннями ефективної пружної потужності.

Порівняльний тектонічний аналіз Передкарпаття з іншими перед гірськими районами, передусім польської частини, та отримані результати моделювання дають підстави висловити припущення, що розвиток Українських Зовнішніх Карпат та їхнього передового прогину був пов’язаний із континентальною зоною субдукції, що відступає.

4. ІСТОРІЯ ОПУСКАННЯ КАЙНОЗОЙСЬКИХ УТВОРЕНЬ БАСЕЙНІВ ФОРЛАНДУ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ

В четвертому розділі дисертаційної роботи показано перебіг тектонічного опускання фундаменту Передкарпатського прогину та прилеглої частини Східно-Європейської платформи. В попередньому розділі розглянуто особливості формування зони зчленування платформи та складчастого облямування як структури першого порядку. Для детального вивчення тектонічного опускання використано методику бекстріпінгу (backstriping), що українською мовою означає зворотний пошаровий аналіз. Традиційно вважають, що потужність осадових товщ є мірою тектонічного опускання. Таке припущення неправильне для товщ, що зазнають суттєвого ущільнення. Наприклад, це стосується розрізів, складених глинистими та піщаними породами. Неврахування ущільнення може призвести до значних помилок. Під час аналізів тектонічного опускання треба виконати низку корекцій: перша – корекція щодо ущільнення; друга – визначення глибини, на якій формувалась досліджувана товща – палеобатиметрична; третя – стосується коливань рівня моря. Пористість гірських порід прогресивно зменшується за експотенціальним законом. Побудовано низку графіків, що характеризують ці зміни. Палеобатиметричні дані отримано з геохімічних, палеонтологічних, геологічних досліджень. Найліпшими індикаторами палеоглибин є бентосні організми. Останніми роками інтенсивно використовують дані палеоіхнології для аналізу опускання. Сліди життєдіяльності організмів є часто єдиними індикаторами палеоглибин. Рівень моря не є сталим, тому ця поправка важлива. З використанням принципу ізостазії вичленовують вагу осадів, води, води в порах. Тобто отримують опускання, зумовлене лише тектонічними процесами.

Для вирішення проблеми тектонічного опускання фундаменту Передкарпатського прогину зібрано дані зі 130 свердловин, що згруповані по 18 профілях, які перетинають зовнішню зону Передкарпатського прогину. Ці дані охоплюють стратиграфічні розрізи свердловин, літологічний склад порід, відсоток кожного типу порід. Абсолютний вік порід отримано з опублікованих стратиграфічних схем досліджуваного регіону. Палеоглибини формування кожного стратиграфічного підрозділу визначено на підставі комплексного аналізу опублікованих та власних спостережень. Сучасну пористість отримано із даних геофізичних досліджень у свердловинах. Коливання рівня моря одержано з опублікованих графіків Хага та Вейла.

Отримані результати вказують, що тектонічне опускання фундаменту Передкарпатського прогину не було однорідним ні в просторі, ні в часі. У багатьох випадках його контролювала наявність скидів у фундаменті. Максимальні значення тектонічного опускання характерні для дашавського часу (1800–2000 м), а мінімальні – для тираського (100 м). Криві тектонічного опускання є типовими для басейнів передових прогинів. Результати також засвідчують взаємозв’язок насувоутворення в Карпатському орогені та збільшення тектонічного опускання у форланді Карпат.

5. ПОЛЯ ПАЛЕОНАПРУЖЕНЬ У ЗАХІДНОМУ РЕГІОНІ УКРАЇНИ

У п’ятому розділі наведено результати вивчення палеонапружень та їхнього використання для створення геодинамічної моделі. У першій частині розділу коротко розглянуто праці попередників та зазначено невирішені проблеми. Наголошено на важливості використання тріщин як найпоширеніших структурних елементів у земній корі. Дослідження тріщинуватості як палеоіндикатора передбачають декілька етапів: збирання польових даних, статистичне опрацювання, відтворення полів палеонапружень. Збирання даних – це заміри орієнтації тріщин, їхній морфологічний опис, попередня класифікація. Заміри тріщин виконано з точністю 2є. На одному відслоненні заміряно, як звичайно, 100 тріщин. Дані опрацьовано за допомогою комп’ютерної програми “Stereonet”. У роботі застосовано класифікацію тріщин, запропоновану М. Ярошевським. Тріщини класифіковано на підставі їхнього розташування щодо структурних форм (складок, монокліналей). Виділено поперечні, поздовжні, скісні. Ці тріщини можуть бути як сколовими, так і тріщинами відриву. Для відтворення головних осей напружень використано, головно, поперечні сколові тріщини та поперечні тріщини відриву. Головна вісь напруження у1 є бісектрисою гострого кута двох сполучених тріщин і паралельна до тріщини відриву. Крім відтворення головних осей напружень, виконано статистичне опрацювання. Передусім, вивчено власні вектори та власні значення. Ці дослідження проведено для з’ясування того, чи формувались тріщини в єдиному полі напружень.

Вивчення тріщинуватості розпочато на перерізі Тернавка-Сколе у Скибовій зоні Українських Карпат. Досліджено відслонення різних літологічних типів та стратиграфічних одиниць. На цьому перерізі зроблено понад 4000 замірів, на підставі яких відтворено вісь максимального натиску. На цій досліджуваній ділянці орієнтація головної осі напруження у1 має орієнтацію 55є. Статистичне опрацювання даних тріщинуватості (власні значення, власні вектори) на діаграмах Вудкока засвідчує, що поперечні сколові та екстенсійні тріщини формувались у єдиному полі напружень. Немає великих відмінностей щодо літологічного складу, віку тощо.

Оскільки дослідження на цьому полігоні дали добрі результати, то вивчення тріщинуватості перенесено на інші частини Складчастих Карпат, Внутрішньої зони Передкарпатського прогину та південно-західного схилу Східно-Європейської платформи. На підставі вивчення тріщинуватості вздовж серії профілів та на окремих відслоненнях відтворено палеонапруження в українській частині Зовнішніх Карпат. Характерним для цього поля є зміна орієнтації осі максимального тиску від північно-східного в північно-західній частині на межі з Польщею до широтного в центральній частині Українських Карпат. Такий феноподібний характер поля напружень свідчить про міграцію тектонічних процесів не лише в напрямі від Внутрішніх Карпат до Зовнішніх, а також уздовж карпатської дуги з північного заходу до південного сходу. Отримані результати підтверджують думку про міграцію тектонічних процесів, що була запропонована на підставі інших методів.

ВИСНОВКИ

Отже, на підставі викладених власних спостережень і з урахуванням аналізу опублікованих матеріалів, що стосуються тектоніки та геодинаміки південно-західної частини Східно-Європейської платформи, Передкарпатського прогину та передових частин Українських Карпат запропоновано модель, що описує розвиток цієї складної за геологічною будовою області.

Виконані дослідження, а також порівняльний тектонічний аналіз дають змогу запропонувати таку геодинамічну модель Заходу України:—

формування сучасної структури було пов’язане з переходом пасивної континентальної окраїни до передового прогину;—

пасивна континентальна окраїна сформувалася після рифтоутворення та виникнення басейнів з океанічною корою в межах сучасного Закарпаття в тріас-юрський час. Про характер пасивного типу окраїни свідчать геологічні дані з Карпат та Передкарпаття. Ці аргументи наведені в працях автора. Вони містять речовинне виповнення юрського Стрийського прогину, послідовну зміну фацій та потужності юрських відкладів, структурні дані (наявність конседиментаційних розломів, нептунічних дайок). Інший важливий доказ — той факт, що Краковецький розлом не є седиментаційною межею Стрийського прогину, а лише межею поширення юрських відкладів у сучасній структурі. Тому логічно припустити поширення пасивної континентальної окраїни значно південніше;—

на межі ранньої і пізньої крейди відбувся розпад пасивної континентальної окраїни, або, іншими словами, зміна геодинамічних умов від розтягу до стиску. Перед фронтом акреційної призми (насувів) виникли басейни, які належали до залишкових басейнів і в яких формувалася потужна товща флішу верхньокрейдово-олігоценового віку. В платформній частині утворився прогин, що належить до категорії після-інверсійних. Він виник унаслідок підняття центральної частини Сандомирсько-Добруджинської гряди; —

на завершальній стадії перед фронтом орогена виник прогин, який заповнили моласи міоценового віку. Виникнення цього прогину пов’язане з континентальною субдукцією, що відступала. Результати математичного моделювання вигину літосфери вказують на нездатність топографічного навантаження зумовити опускання фундаменту Передкарпатського прогину на величину, що простежується в сучасній структурі. Інші результати моделювання свідчать про зменшення ефективної пружної потужності в районі підсуву платформи під Карпати (до 5 км). Механічні параметри літосфери заходу України (вертикальна перерізувальна сила та момент вигину) є доказом існування глибинних сил, що привели до формування сучасної структурної конфігурації регіону. Ці сили можливо є результатом фазових переходів. Навантаження покривів, осадів та води нездатні спричинити опускання фундаменту, яке простежується в сучасній структурі передового прогину. Зміна ефективної пружної потужності літосфери пов’язується нами з великим скидами у Передкарпатському прогині та його фундаменті.

Тектонічне опускання фундаменту не було однорідним ні в просторі, ні в часі. Мінімальні його значення характерні для тираського часу і становлять 110 м, максимальні – характерні для дашавського часу – 1800–2000 м. Опускання фундаменту зовнішньої зони корелюється із процесами насувоутворення в сусідній орогенній області.

Зміна напряму осей максимального стиску у Зовнішніх Українських Карпатах відбувається від північно-східного (меридіонального) в західній частині до східного (широтного) у південно-східній частині. Такий феноподібний розподіл свідчить про міграцію тектонічних процесів уздовж Карпатської дуги з заходу на схід. Цей висновок підтверджується іншими геологічними даними.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ НА ТЕМУ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лещух Р. Й., Бубняк І. М. Молюски середньоюрських відкладів Зовнішньої зони Передкарпатського прогину // Палеонтол. зб. – 1991. – № 28. – С. 30–34. (Особистий внесок – відібрані взірці молюсків зі свердловин, проведено кореляцію юрських відкладів).

2. Zuchiewicz W., Bubniak I.M., Rauch M. Wstepne wyniki badan nad spekaniami ciosowymi w jednostce skibowej (skolskiej) Karpat Ukrainskich (English summ) // Prz. Geol. – 1997. – Vol. 45. N 4. – P. 408–413. (Особистий внесок – проведено заміри тріщинуватості порід та здійснено їх інтерпретацію).

3. Бубняк І., Бубняк А. Про природу Стрийського юрського прогину // Праці НТШ. Геологія, геофізика, хемія, біохемія, матеріалознавство, механіка. – 1997. – С. –72. (Особистий внесок – здійснено аналіз геологічних матеріалів щодо юрських відкладів Передкарпаття).

4. Uchman A., Bubniak I., Bubniak A. The Glossifungites Ichnofacies in the Area of its Nomenclatural Archetype, Lviv, Ukraine. Ichnos. 2000. – Vol. 7(3). – P. 183–193. (Особистий внесок – здійснено відбір взірців іхнфауни та їх інтерпретація для фаціального аналізу історії опускання басейнів).

5. Бубняк І., Бубняк А., Кілин І., Попп І. Структурно-седиментологічні дослідження добротівських відкладів Передкарпатського прогину (район Надвірної) // Праці НТШ – Т. 5. Геологічний збірник на пошану Северина Пастернака. – 2001. – С. 84–92. (Особистий внесок – проведено заміри тріщинуватості порід та здійснена їх інтерпретація).

6. Бубняк І. М., Бубняк А. М., Бодлак П. М., Чебан В. Д., Зутемеєр Р. Інтеграція геофізичних та геологічних даних для вирішення деяких проблем геотектоніки (на прикладі заходу України) // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2002. – № 3(4). – С. 49–55. (Особистий внесок – зібрано геолого-геофізичні матеріали, перетворені в цифрову форму, проведено моделювання та інтерпретацію результатів моделювання).

7. Wojtowicz A., Hryniv S., Peryt T., Bubniak A., Bubniak I., Bilonizhka P. K/Ar dating of the Miocene pothash salts of the Carpathian foredeep (West Ukraine): application to dating of tectonic events // Geologica Carpatica (Bratislava). – 2003. – Vol. . N 4. – P. 243–249. (Особистий внесок – тектонічна інтерпретація аналітичних досліджень).

8. Krobicki M., Kruglov S. S., Matyja B. A., Wierzbowski A., Aubrecht R., Bubniak A., Bubniak I. Relation between Jurassic klippen successions in the Polish and Ukrainian parts of the Pieniny Klippen Belt // Mineralica Slovaca. – 2003. – Vol. 35. – P. 56–58. (Особистий внесок – проведено польові дослідження української частини Пенінського поясу та інтерпретація результатів).

9. Вуйтович А., Гринів С. П., Перит Т. М., Бубняк І. М., Бубняк А. М., Білоніжка П. М. Вік міоценових калійних солей Передкарпатського прогину та датування тектонічних подій (за даними K – Ar методу // Доп. НАН України. – 2003. – № 6. – С. 92–97. (Особистий внесок – тектонічна інтерпретація аналітичних досліджень).

10. Матвієнко О.Д., Наумко І. М., Бубняк А. М., Бубняк І. М., Попівняк І.В., Сахно Б. Е., Ціхонь С.І. Флюїдний режим формування жильних утворень у різновікових відкладах української частини Складчастих Карпат // Вісник Львів. ун-ту. Сер. геол. – 2004. – Вип. 18. – С. 239–246. (Особистий внесок – зібрані взірці жильних утворень, інтерпретація одержаних результатів).

11. Банахевич Ю. В., Бубняк А. М., Бубняк І. М., Гвоздевич О. В., Драгілєв А. В., Кичма А. О. Пат.73429 Україна, F17 D5/00, F16L57//00. Спосіб проведення моніторингу нафтогазопроводу / Опубл. 15.07. 2005. (Особистий внесок – визначено вплив напружень в земній корі на трубопровідний транспорт).

12. Бубняк И. Н., Бубняк А. Н. Развитие представлений о зонах сочленения древних платформ и геосинклинальных складчатых областей (на примере юго-западного края Восточно-Европейской платформы) // “Комсомольцы ин-та геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР – навстречу 20 съезду ВЛКСМ”. Ин-т геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР. – Львов, 1987. – C. 54–66 / Деп. в ВИНИТИ 09.02.87, № 940-В87. (Особистий внесок – проведено аналіз літературних даних про перехідні зони від платформ до складчастих областей).

13. Бубняк И. Н. О положении юго-западной границы Восточно-Европейской платформы в пределах Украины // “Молодые ученые Ин-та геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР – навстречу 70-й годовщине Великого Октября ”. Ин-т геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР. – Львов, 1987. – C. 113– 120 / Деп. в ВИНИТИ 21.10.87, № 7724–В87.

14. Бубняк И. Н., Бубняк А. Н. Динамика зоны сочленения Карпатской геосинклинальной области с форландом в пределах Украины на мезозойском этапе и ее нефтегазоносность // Геодинамические основы прогнозирования нефте-газо-носности недр: Тез. докл. 1 Всесоюз. конф. 6-8 сен. 1988 г. – М., 1988. – Ч. 1. – С. 183. (Особистий внесок – охарактеризовано мезозойські басейни зони зленування).

15. Бубняк І. М. Розвитие Предкарпатской нефтегазоносной провинции в мезозое // “Проблемы геологии и геохимии горючих ископаемых запада Украины”: Тез. докл. Республ. конф. Львов, 1989. – С. 38–39.

16. Bubniak I. M. Geodynamics of ancient passive continental margin of the Ukranian part of Mezo-Tethys // 29 International Geological Congress, Abstracts volume 1, 24 August–3 September 1992. Kyoto, 1992. – P. 119.

17. Zuchiewicz W., Bubniak I.M., Rauch M. Jointing in the Skyba (Skole) unit, Ukrainian Carpathians: preliminary results // Mitt. Ges. Geol. Bergbaustug. Oesterr. –1996. – Vol. 41. – P. 114. (Особистий внесок – проведено заміри тріщинуватості порід та здійснено їх інтерпретацію).

18. Bubniak I. Structure and hydrocarbon potential of the Ukrainian Carpathian accretionary wedge // AAPG Bulletin. – 1998. – Vol. 82. – N 11. – P. 2158–2159.

19. Zoetemeijer R., van Wees J., Slaczka A., Oszypko N., Bubniak I. 3D - Flexural modeling of the West – and East Carpathian transition zone. Abstract of session S2 (Pancardi–Europrobe) // Carpathian-Balkan-Geological Association. XVI Congress. Abstracts. – 1988. – P. 656. (Особистий внесок – зібрано геолого-геофізичні матеріали, перетворені в цифрову форму, проведено моделювання та інтерпретацію результатів моделювання для української частини Карпат).

20. Zoetemeijer R., van Wees J., Bubniak I., Slaczka A. 3D-Flexural modeling of the West– and East Carpathian transition zone: problem description and preliminary results. Annales Geophysical Supplement I to Vol. 16. – 1998. – P. 114. (Особистий внесок – зібрано геолого-геофізичні матеріали, перетворені в цифрову форму, проведено моделювання та інтерпретацію результатів моделювання для української частини Карпат).

21. Bubniak A., Bubniak I. Fault tectonics of the Ukrainian foredeep // Przegl№d Geologiczny. – 1998. – Vol. 45. – N. 4. – P. 1069. (Особистий внесок – охаректеризовано міоценовий етап розвитку прогину).

22. Бубняк І. М. Тектонічна еволюція Передкарпатського прогину // Геологія горючих копалин України: Тези доп. міжнар. наук. конф. Львів: ІГГГК НАН України, 2001. – С. 30–31.

23. Sheremeta P, Hoshovskij S, Cheban V, Bodlak P, Bubniak I, Bubniak A. The deep structure of the South-East part of the Ukrainian Carpathians and their foreland and oil and gas bearing. Carpathian petroleum conference: application of modern exploration methods in a complex petroleum system // Wysowa, Poland, 2001. Abstracts. – P. 11–14. (Особистий внесок – тектонічна інтерпретація геофізичних досліджень).

24. Bubniak A, Poprava P, Bubniak I. Tectonic evolution of the Carpathian foredeep in Ukrainian segment; implication from subsidence analysis // PANCARDI 2001, Abstracts (Eds. A. Adam, L, Szarka and J. Szendroi). Sopron, 2001. – P. CP-3. (Особистий внесок – інтерпретація результатів тектонічного опускання).

25. Матвиенко А. Д., Наумко И. Н., Бубняк А. Н., Бубняк И. Н., Попивняк И. В., Сахно Б. Э., Цихонь С. И. Некоторые особенности палеофлюидодинамики при формировании гидротермальных жил Украинских Карпат // Материалы междунар. конф. памяти акад. П. Н. Кропоткина, 20-24 мая 2002 г., г. Москва. – М.: ГЕОС, 2002. – С.