НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОФІЗИКИ ім. С. І. СУББОТІНА

О Р Л Ю К

Михайло Іванович

УДК 550.382.3 : 553.98

МАГНІТНА МОДЕЛЬ ЗЕМНОЇ КОРИ ПІВДЕННОГО ЗАХОДУ СХІДНО - ЄВРОПЕЙСЬКОЇ ПЛАТФОРМИ

04.00.22 - Геофізика

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

К ИЇ В - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геофізики ім. С.І.Субботіна Національної акадеимії наук України

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, член-кореспондент НАН України, професор, ТЯПКІН Костянтин Федорович,

Національна гірнича академія, зав. кафедрою

доктор фізико-математичних наук, професор,

ЛУГОВЕНКО Владислав Миколайович,

Інститут земного магнетизму та розповсюдження радіохвиль РАН, провідний науковий співробітник

доктор геолого-мінералогічних наук, професор,

ГАЛЕЦЬКИЙ Леонід Станіславович, Інститут геологічних наук НАН України, зав. відділом

Провідна установа:

Кафедра геофізики Київського

університету ім. Тараса Шевченка, м. Київ

Захист відбудеться “22” вересня 1999 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.200.01 при Інституті геофізики ім. С.І.Субботіна

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту Геофізики ім. С.І.Субботіна

Автореферат розіслано “ 12” серпня 1999р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради

доктор фізико-математичних наук В.С.Гейко

Загальна характеристика роботи

Актуальність досліджень. Вивчення будови земної кори та її еволюції є однією з найважливіших задач науки про Землю у зв’язку з розв’язанням глобальних проблем фізики Землі, її екології, прогнозування та розшуку родовищ корисних копалин. У різномасштабних магнітних моделях літосфери відображаються структура земної кори та просторовий розподіл петромагнітних типів порід в її межах. Останні несуть інформацію про склад, термодинамічні та окисно-відновні умови утворення порід та їх подальшого існування. Роботами З.О.Крутиховської із співавторами (1976,1982,1985 рр. та ін.) продемонстровано високу ефективність геомагнітного методу та двовимірного моделювання земної кори Українського щита (УЩ) для вивчення його будови, розвитку та металогенічної спеціалізації. Трьохвимірне (3В) магнітне моделювання різномасштабних та різнотипових структур Східно-Європейської платформи в сукупності з іншими магнітними та геолого-геофізичними даними дозволяє з’ясувати їх глибинну будову, еволюцію та розробити геомагнітні критерії регіонального та локального прогнозування нафтогазоносності земної кори. Відповідно трьохвимірні та еволюційні (просторово—часові) різномасштабні магнітні моделі земної кори є суттєвою необхідною ланкою для розв’язання перерахованих вище геомагнітних, геологічних та прогнозних задач.

Мета роботи — побудова трьохвимірних та еволюційних магнітних моделей структур земної кори південного заходу Східно-Європейської платформи та суміжних регіонів; встановлення на їх підгрунті закономірностей будови, речовинного складу, еволюції земної кори; дрібномасштабне прогнозування корисних копалин.

Головні задачі досліджень.

1. Обгрунтувати магнітну модель континентальної кори на підставі магніто-мінералогічних, петрологічних та тектонічних даних.

2. Удосконалити методику побудови та інтерпретації 3В магнітних моделей континентальної кори.

3. Побудувати різномасштабні 3В магнітні моделі земної кори структур південного заходу Східно-Європейської платформи та просторово-часову (еволюційну) магнітну модель земної кори території України.

4. Виділити петромагнітні типи, що характеризуються певним складом порід та величиною намагніченості. Запропонувати петромагнітну характеристику утворень, що формують земну кору.

5. Дати геолого-тектонічне тлумачення побудованих магнітних моделей.

6. Розробити методику геомагнітних досліджень для регіонального та локального прогнозування нафтогазоносності земної кори.

Наукова новизна:

1. Удосконалена методика побудови та інтерпретації 3В магнітних моделей континентальної земної кори передбачає максимальне використання в якості апріорних даних про глибини залягання головних розділів земної кори за результатами сейсмічних досліджень і відомостей про намагніченість різних горизонтів кори. Запропоновано теоретичні геолого-магнітні моделі палеорифтів, субдукційних зон (острівних дуг) та нафтогазових структур як необхідних елементів коректного розв’язання оберненої задачі магніторозвідки.

2. Побудовані різномасштабні 3В магнітні моделі Східно-Європейської платформи, її південно-західної околиці, заходу Українського щита та Дніпровсько-Донецького авлакогену свідчать про вертикальну та горизонтальну неоднорідності в розподілі намагніченості. На кількісному рівні показано обумовленість аномалій МАГСАТ суперпозицією джерел регіонального класу. У межах платформи виділено Курсько-Прибалтійський, Північно-Скандинавський та Камсько-Ембенський сегменти, які характеризуються суттєвою насиченістю кори магнітними джерелами з поперечниками 50—140 км та намагніченістю 1,0—4,0 А/м, і Санкт-Петербурзький та Прикаспійський — з мінімальною насиченістю кори магнітними джерелами.

3. Трьохвимірні магнітні моделі заходу УЩ і суміжних регіонів, Дніпровсько-Донецького авлакогену та еволюційна магнітна модель земної кори України свідчать про нерівномірний розподіл магнітних джерел у межах кори та циклічність їх формування. Магнітні джерела при цьому представлені магматичними та метаморфічними утвореннями основного і середнього складу, що формувались на ранніх стадіях крупних тектоно-магматичних циклів в геодинамічних умовах розтягу земної кори. У межах досліджуваної території вони в багатьох випадках приурочені до крайових, найбільш занурених, частин Східно-Європейської платформи та до структур типу авлакогенів і палеорифтів.

4. Утворення вихідної органічної речовини, міграція та нагромадження вуглеводнів у земній корі тісно пов’язані з різновіковими магнітними утвореннями. Це дозволило виконати регіональний прогноз нафтогазоносності земної кори території України і продемонструвати на прикладі Центральної депресії Дніпровсько-Донецької западини можливість використання детальних магнітних моделей нафтогазових структур для їх локального прогнозування.

Достовірність отриманих результатів досліджень забезпечується застосуванням математично строгих методів аналізу; використанням достовірно встановлених закономірностей в суміжних дисциплінах; широким використанням математичного моделювання при інтерпретації результатів натурних спостережень; підтвердженням теоретичних положень результатами експерименту; порівняння отриманих результатів з даними інших методів та перевірка їх непротиріччя.

Практичне значення роботи зумовлено тим, що побудовані магнітні моделі структур земної кори різних рангів вносять суттєвий вклад у відповідні узагальнені геолого-геофізичні моделі, що відображають будову та розвиток земної кори і які є необхідною базою для геолого - тектонічних побудов, прогнозування складу її глибинних частин, екологічних досліджень та дрібномасштабного прогнозування розташування корисних копалин.

Важливим для геотектонічного районування є висновок про глибинну природу джерел позитивних регіональних магнітних аномалій (РМА), їх обумовленість магматичними та метаморфічними комплексами основного складу, які сформувались в певні часові інтервали, що відповідають епохам переважного розтягу земної кори. Іншим моментом практичної цінності є встановлення структурно-генетичного взаємозв’язку нафтогазоносності земної кори з її магнітною неоднорідністю, що успішно використано для регіонального та локального прогнозів у нафтогазоносних областях та провінціях.

Особистий вклад автора. Використано власні матеріали автора, отримані під час експедиційних досліджень, карти аномального магнітного поля, а також матеріали наукових досліджень по геофізиці, геології, тектоніці та геофізичних полях досліджуваних районів. Розробка методики та побудова різномасштабних 3В й еволюційних (просторово—часових) магнітних моделей земної кори, їх аналіз і інтерпретація виконані особисто автором (див. публікації [2,4,6,30,37,38,40]). Особисто автором побудовано теоретичні магнітні моделі палеорифтів та острівних дуг, типових нафтогазових структур і розроблено методику геомагнітних досліджень для регіонального та локального прогнозувань нафтогазоносності земної кори [3,11,16,29,33]. У наведених спільних роботах особистий вклад автора наступний: [1,9,14] ідея взаємозв’зку джерел РМА з крупними тектоно-магматичними циклами, оцінка похибок, що виникають при двовимірному моделюванні трьохвимірних об’єктів та в результаті неврахування сферичності Землі; [7, 8, 10, 12, 13, 15, 17, 18, 21, 23, 25, 26, 27, 28, 32, 35, 36] ідеї та результати спільні; [19, 20, 22, 34] методика побудови 3В та еволюційних моделей, самі моделі, а також висновок про використання поля від магнітних моделей крупних регіонів, розрахованого на супутникові висоти, для корекції рівня геомагнітного поля відносності Землі; [24, 31, 39] теоретичне та експериментальне обгрунтування механізмів взаємозв’язку нафтогазових родовищ земної кори з її різновіковими магнітними неоднорідностями і методика регіонального та локального прогнозувань нафтогазоносності земної кори. Магнітне моделювання виконано з використанням програмного забезпечення В. М. Завойського, І. М. Іващенко, Ю. Є. Неїжсала (1973, 1978, 1981) та В. І. Старостенка, О. Г. Манукяна і А. М. Заворотько (1986), за користування якими автор вдячний.

Реалізація результатів. Результати автора використані виробничими організаціями при складанні геологічної карти України м-бу 1 : 200 000, для глибинного тектонічного районування та прогнозування корисних копалин. Зокрема, це “Рекомендації для пошуку алмазів на Українському щиті та суміжних територій з використанням регіональних магнітних аномалій” (автори З.О.Крутиховська, С.Г.Слоницька та М.І.Орлюк). За роботу “Магнітна модель і вивчення будови літосфери в зв’язку з дослідженням розвитку земної кори і її металогенічної спеціалізації” автор удостоєний бронзової медалі ВДНГ СРСР. Дослідження автора ввійшли складовими частинами в ряд звітів виробничих організацій. Розроблена методика прогнозування нафтогазоносності земної кори пройшла апробацію в Дніпровсько-Донецькій нафтогазоносній області, в тісному контакті з ДГП “Чернігівнафтогазгеологія” та ДГП “Геоінформ”.

Апробація. Головні положення виконаної роботи доповідались і обговорювались на міжнародній нараді 1.6.3. КАПГ (Київ, 1979); симпозіумі “Актуальні проблеми геомагнітних досліджень” (Німегк, Німеччина, 1980); Всесоюзній нараді по комплексній інтерпретації (Суздаль, 1981); ІІ, ІІІ, ІУ Всесоюзних з’їздах по Геомагнетизму (Тбілісі, 1981; КиівЯлта, 1986; Суздаль, 1990); УІІ конференції молодих геофізиків України (Київ, 1982); робочій нараді “Дослідження регіональних магнітних аномалій платформених областей” (Ялта, 1982); двох міжнародних нарадах 1 КАПГ (Київ, Ялта, 1983); робочій групі “Магнітні аномалії континентів” (Ашгабад, 1984); нараді “Тектоносфера України” (Київ, 1985); Всесоюзній нараді “Глибинна будова та геодинаміка кристалічних щитів Європейської частини СРСР” (Апатити, 1989); міжнародному семінарі “Питання теорії і практики геологічної інтерпретації гравітаційних, магнітних та електричних полів” (Москва, 1993; Воронеж, 1996); міжнародних нарадах “Європроба” (Мінськ, 1993; Київ, 1994, 1998; Санкт-Петербург, 1995; Оскарсхамн, Швеція, 1996; Гурзуф, 1996; Вільнюс, 1997; Сувалкі, Польща, 1999); науково-практичній конференції “Нафта і газ України” (Київ, 1994; Харків, 1996, Полтава, 1998); ХХІ генеральній асамблеї міжнародного союзу з геодезії та геофізики (Булдер, Колорадо, США, 1995); 8-й науковій асамблеї міжнародної асоціації з геомагнетизму та аерономії (Уппсала, Швеція: 1997).

Публікації. Всього опубліковано 73 роботи і написано 7 звітів. З опублікованих праць 20 написано власне автором (з них 12 статей у фахових журналах, монографіях і збірниках наукових праць та 8 у тезах міжнародних нарад), а 53 (включно 6 колективних монографій) в співавторстві. Головний зміст дисертації відображено в 40 публікаціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, восьми розділів, висновків та переліку посилань на 404 найменувань, включає 72 рисунки і 12 таблиць. Загальний обсяг роботи 401с., з них 270 сторінок тексту.

Зв’язок роботи з науковими програмами та темами. Дисертаційну роботу виконано в Інституті геофізики ім.С.І.Субботіна НАН України згідно з державними темами Національної академії наук України: “Магнітна модель літосфери і історія розвитку земної кори платформних областей Європейського континенту”, “Магнітна модель, петрологія та металогенічні особливості головних тектонотипів континентальної земної кори”, “Трьохвимірна магнітна модель земної кори Дніпровсько-Донецького авлакогену і зв’язок з будовою та розвитком Сарматського сегменту Східно-Європейської платформи” (автор відповідальний виконавець) та теми ДКНТПП “Побудова трьохвимірної магнітної моделі Дніпровсько-Донецької западини в зв’язку з глибинними розломами та прогнозуванням нафтогазоносності” (автор — керівник).

Я особливо вдячний (покійній нині) заслуженому діячеві науки України, професору З.О.Крутиховській за ту роль, яку вона зіграла в становленні автора як вченого та в визначенні сфери наукових інтересів, провідному науковому співробітнику інституту, лауреату Державної премії України І.К. Пашкевич за постійну підтримку та творчі дискусії, а д-ру фіз.-мат.наук, професору Є.Г.Булаху, д-ру геол.-мінер.наук О.Б.Гінтову, д-ру геол.-мінер.наук, професору В.В.Гордієнку, д-ру геол.-мінер.наук В.Г.Гутерману, канд.геол.-мінер.наук В.М.Завойському, д-ру геол.-мінер.наук В.Г.Козленку, д-ру геол.-мінер.наук, професору С.С.Красовському, д-ру геол.-мінер.наук С.М.Кулику та д-ру геол.-мінер.наук Ю.П.Оровецькому за рецензування та обговорення результатів роботи.

Автор вважає за доцільне висловити подяку Ю. В. Смирнову та Р.М.Ярошенку за розрахунки на ЕОМ, а В.А.Моченій та Т.О.Сікан за допомогу в оформлені дисертації.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовується актуальність досліджень і формулюються мета і основні задачі досліджень, наукова новизна, реалізація, апробація та практична цінність роботи.

1. Короткий екскурс в історію досліджень. Запровадження магнітометричних даних для вивчення будови земної кори почалось в 20-30 роки в зв’язку з розвідкою та освоєнням залізорудних родовищ Курська та Кривого Рогу. Трохи пізніше (1937р.) з’явилась робота Т.М.Розе (в подальшому Т.М.Симоненко) “Регіональні магнітні аномалії України і їх зв’язок з геотектонікою”, яку можна вважати першою з відомих автору робіт, спрямованою на з’ясування взаємозв’язку магнітних аномалій з тектонічним районуванням території України і яка є “передтечею” післявоєнних досліджень. Наприкінці 50-х років вже широко проводились дослідження, спрямовані на вивчення магнітних аномалій різних класів і пізнання за їх допомогою закономірностей будови земної кори, головним чином верхніх її горизонтів. Результати цих досліджень викладені в роботах Л. В. Буліної (1961), Ф. Л. Булмасова (1962), Б. Д. Вінц, В. І. Почтарова (1965), В. Е. Волка (1964), А. Г. Гайнанова, О. М. Соловьова (1963), Р. М. Деменицької (1964), Г. І. Каратаєва (1964), І. Г. Клушина, М. І. Толстіхіна (1963), З. О. Крутиховської та ін. (1964), Г. К. Кужелова (1957), А. А. Логачова (1968), М. М. Михайлова (1960), Т. М. Симоненко (1962), С. І. Субботіна (1955), Ф. С. Файнберга, О. С. Семенова (1960), В. В. Фединського (1960), R. G. Mason, A. D. Raff (1961), F. I. Vine, D. H. Mattheus (1963), I. Zietz, A. Griscom (1964) та багатьох інших.

У подальшому активну участь в розробці способів та методів розв’язання прямої та оберненої задач магніторозвідки, кількісної інтерпретації магнітних аномалій і дослідженнi зв’язку аномального магнітного поля зі складом та глибинною структурою кори, а також експериментального вивчення намагніченості глибинних утворень кори і мантії взяли участь багато наших та зарубіжних геофізиків.

Проведені дослідження можна згрупувати за наступними напрямками: а) розробка способів і методів кількісної інтерпретації магнітних аномалій в дво- та трьохвимірному варіантах; б) розробка методики виділення регіональної компоненти аномального магнітного поля, пов’язаної з глибинними частинами земної кори; в) вивчення кореляційних зв’язків аномального магнітного поля з фізико-петрологічними межами літосфери; г) експериментальне вивчення магнітної сприйнятливості та намагніченості в залежності від складу, окисно-відновних і термодинамічних умов їх утворення та подальшого існування; д) побудова магнітних моделей та їх геолого-тектонічне і прогностичне тлумачення.

Аналіз робіт за цими напрямками свідчить, що до початку досліджень автора було розроблено досить економічні і технологічні способи та методи інтерпретації аномалій магнітного поля з подальшою статистичною обробкою отриманих результатів для аналізу будови земної кори; із існуючих методик виділення регіональної компоненти аномального магнітного поля не формальною і геологічно доцільною варто вважати врахування впливу верхньої частини кори шляхом вирішення прямої задачі для заданого розподілу магнітних джерел. Виділені за такою методикою, а також в ряді випадків і формальними методами (перерахунок у верхній напівпростір, осереднення, згладжування і т.д.), аномалії не пояснюються неоднорідністю верхньої частини кори. Інтерпретація таких аномалій формальними методами показала наявність джерел з намагніченістю в одиниці ампер на метр в глибинних частинах земної кори, а в деяких випадках у верхній мантії. Глибинність джерел підтверджена також зв’язком магнітних аномалій з потужністю земної кори. Термодинамічні умови виникнення та існування феромагнітних мінералів і температури, за яких вони втрачають свої магнітні властивості, свідчать про можливість розповсюдження магнітних утворень у всьому розрізі кори.

Таким чином, на початку 90-х років були відомі всі необхідні компоненти для побудови різномасштабних тривимірних магнітних моделей континентальної кори та їх геолого-тектонічної інтерпретації.

2. Магнітомінералогічне, петрологічне і тектонічне обгрунтування магнітної моделі літосфери

У природі існує більше десяти феромагнітних мінералів, що можуть бути носіями намагніченості порід, обумовлюючих аномалії магнітного поля: титаномагнетит (Fe3-xTixO4), магнетит (Fe3O4), ільменит (FeTiO3), ульвошпінель (Fe2TiO4), якобсит (MnFe2O4), треворит (NiFe2O4), магнезіоферит (MgFe2O4), маггеміт (Fe2O3), франклініт (ZnFe2O4), пірротин (FeS1-x), залізо самородне (-Fe), сплави металів, зокрема, заліза і кобальту, заліза і міді, заліза і нікелю (Петромагнитная модель литосфери, 1993).

У низах кори та верхній мантії у зв’язку з низькою фугітивністю кисню і відновлювальним характером геохімічного середовища досить ймовірне самородне залізо (Tкюрі=769С), підтвердженням чого є його часті знахідки в основних магматичних і метаморфічних породах та місячних базальтах. Відповідно головними носіями намагніченості глибинних частин кори є титаномагнетит, магнетит і, ймовірно, самородне залізо (Орлюк, 1986). Сплави заліза можуть розглядатися, нарівні з самородним залізом, носіями магнетизму в низах кори та верхах мантії.

Повна намагніченість гірських порід I, яка обумовлена сумарним ефектом індуктивної Іі і залишкової Іr намагніченостей, залежить від складу і типу феромагнетика, а також впливу змінних з глибиною температури Т і тиску Р.

З використанням робіт (Dunlop, Prevout, 1982; Валеев, Максимочкин, 1984; Лебедев, Савенко, 1996 та ін.) розраховано зміну повної намагніченості для середніх РТ-умов континентальної кори.

Магнетит та самородне залізо як магнітом’які мінерали передбачують в’язку намагніченість порід. Кінцевим результатом в’язкої намагніченості порід буде рівноважний її стан (Завойський,1969). У цьому випадку повна намагніченість породи визначається концентрацією магнітних мінералів (зміна концентрації феримагнетика в межах 1—6 відповідає зміні величини рівноважної намагніченості породи в межах 1,2—7,2 А/м ).

Враховуючи наведене вище, намагніченість глибинних зон континентальної кори зі зміною складу від гранітоїдного до базальтоїдного дорівнює або в 1,12,0 раза намагніченості її верхів.

Аналітичний огляд літературних джерел (Петрова, Печерський, Ликов, 1976; Тектоносфера Землі, 1978; Добрецов, 1980; Петромагнитная модель литосферы, 1993 та ін.) свідчить, що магнітні та високомагнітні утворення джерела позитивних регіональних магнітних аномалій, згідно з даними про склад порід, окисно-відновні умови їх утворення і тектонічний режим належать до структур режиму розтягу земної кори. Немагнітні та слабкомагнітні утворення характерні для структур режиму стискування земної кори (Орлюк, 1984).

3. Методика побудови та інтерпретації магнітних моделей земної кори

Методика аналізу аномального магнітного поля, технологія виділення і інтерпретації регіональних магнітних аномалій досить детально розглянуті З. О. Крутиховською, І. К. Пашкевич, І. М. Силіною (1982). Автор сконцентрував зусилля на вдосконаленні методики інтерпретації регіональної компоненти аномального магнітного поля з використанням супутникових зйомок, методиці трьохвимірного моделювання, обгрунтування початкових наближень для моделювання, а в загальному плані розробці методики розв’язання прямої та оберненої геолого-магнітної задачі.

Аналіз геомагнітного поля зводиться до дослідження морфології аномалій, їхнього частотного складу та інтенсивності; районування територій за типом аномалій та їх концентрацією; встановлення співвідношень між локальними, регіональними та МАГСАТ -аномаліями.

За регіональну компоненту аномального магнітного поля береться поле, обумовлене магнітними неоднорідностями і структурою глибинних частин земної кори, за допущення, що локальна компонента вичерпується впливом магнітних неоднорідностей верхнього шару консолідованої кори товщиною 510 км. Існує багато різних способів розділу поля на окремі складові: розрахунок поля в верхній та нижній напівпростори, розкладання в ряд Фур’є, осереднення, представлення поля сплайн-функціями, згладжування та метод геологічного редукування. Автором на модельних прикладах та реальних геологічних структурах показано, що метод спектрального аналізу може використовуватись тільки як індикаторний, а для перерахунку поля в верхній напівпростір з використанням оператора e-wh (де w = 2/, - довжина хвилі) необхідно врахувати зміни довжини хвилі відносно висоти перерахунку, тому що аномалії затухають швидше, ніж аналітично розраховані.

Отже, єдиним і найпростішим методом, що дозволяє об’єктивно розділити поля від різних джерел, є метод геологічного редукування, тобто розв’язання прямої задачі магніторозвідки від вже відомих джерел з подальшим відніманням його із сумарного поля.

Дану методику з успіхом застосовано до геотраверсів ІІ, ІІІ і ІУ (Крутиховська та ін., 1979, 1982; Орлюк, 1981, 1993). За результами цих робіт виділено регіональну компоненту аномального магнітного поля, використання якої як еталонної дозволило виділити дану компоненту для площі. Для західної частини Східно-Європейської платформи регіональну компоненту отримано за спеціальною методикою згладжування поля (Т)а в мінімумах з різними розмірами палеток (Каратаєв, Пашкевич, 1986), для Українського та Балтійського щитів з розрахунком поля на висоту 10 км (Крутиховська та ін., 1982, 1985, 1986).

Аналіз кореляційних зв’язків (Т)а,рег з фізико-петрологічними межами літосфери регіону та оцінка їх вкладу в сумарне поле дозволила зробити наступні висновки:—

пряма кореляція регіональної компоненти аномального магнітного поля з глибинами до поверхні кристалічного фундаменту та пряма і зворотня з рел’єфом Мохоровичича свідчать про те, що в першому наближенні намагнічені утворення можуть бути розповсюджені на всю потужність консолідованої кори;—

нижнім обмеженням магнітоактивної товщі є границя Мохоровичича як поверхня, що розділяє породи різного складу або фазового стану і обумовлює регіональні аномалії одного порядку з виділеними методом геологічного редукування та ізотерма Кюрі магнетиту (або іншого феромагнетику) як фізична границя втрати речовиною своїх магнітних властивостей.—

на глибинах поверхні Мохоровичича в 40 км і намагніченості нижньої частини кори 1,2—3,5 А/м її відхилення на 5 км дає в полі (Т)а величину (20—60) нТл. Відповідно за інтенсивності регіональних магнітних аномалій в перші сотні нанотеслів помилка в глибинах нижнього обмеження магнітоактивної товщі в 5 км не вносить суттєвих спотворень в розраховані величини намагніченості кори.—

аналіз кореляційних залежностей та кількісні оцінки магнітних ефектів основних розділів земної кори свідчать про те, що кора неоднорідна по латералі.

Вибір початкового наближення для джерел регіональних магнітних аномалій є важливою ланкою в інтерпретації та тлумаченні їх природи. При інтерпретації локальних ізольованих джерел апроксимуюче джерело геометричне тіло (пластина, багатокутник та ін.), зазвичай, адекватно за формою геологічному об’єкту, що дозволяє отримувати достовірні величини намагніченості. У випадку інтерпретації регіональної компоненти аномального магнітного поля, в зв’язку зі збільшенням відстані до джерел та складністю в їх будові, ступінь неоднозначності розв’язання оберненої задачі різко зростає, і починає діяти принцип — “отримав те, що задав”, звичайно в уточненому вигляді.

При виборі початкового наближення для інтерпретації регіональної компоненти аномального магнітного поля необхідно мати на увазі два його типи. Перший — формальний вибір геометрії розрізу для підбору величин намагніченості. У цьому випадку задаються головні границі розповсюдження магнітних утворень на підставі попередньої інтерпретації магнітних аномалій та апріорних даних. Другий — початкове наближення являє собою обгрунтовану геолого - геофізичними даними приблизну модель певного тектонотипу. Побудова такого наближення є по суті розв’язанням прямої геолого-магнітної задачі. Таке наближення придатне як для побудови, так і для інтерпретації магнітних моделей.

За даними різних авторів (Орлюк, 1981; Крутиховська та ін., 1982, 1985; Кочергін та ін., 1980) тектонотипом джерел регіональних магнітних аномалій можуть бути рифти (палеорифти), зони найдревнішої консолідації земної кори і області зчленування океанічної та континентальної кори.

В зв’язку з цим побудовано теоретичні магнітні моделі двох типів структур — палеорифтів та субдукційних зон (острівних дуг). Теоретичну магнітну модель палеорифту побудовано в еволюційному аспекті, від його зародження до відмирання, що дозволяє за характером аномального магнітного поля встановлювати стадію розвитку процесу рифтогенезу. Згідно з розрахунками, в залежності від стадії розвитку рифту і складу субстрату, на якому він розвивається, рифт може по-різному проявлятись в аномальному магнітному полі (Орлюк, 1991). Більш однозначний зв’язок джерел РМА з утовщеннями базальтового шару кори спостерігається для острівних дуг (Орлюк, Пашкевич,1993).

Згідно з модельними розрахунками для отримання реальних величин намгніченості необхідно враховувати вплив джерел на відстані відповідних довжин хвиль. Для аномалій регіонального класу це біля 200 км, а для аномалій МАГСАТ — перші тисячі кілометрів. При цьому для інтерпретації магнітних аномалій певних довжин хвиль мінімізувалась величина А = (Т)а,мак. ( Т)а,мін.

З урахуванням викладеного, методика побудови та інтерпретації магнітних моделей земної кори включає такі елементи: аналіз аномального магнітного поля, який зводиться до характеристики морфології, частотного складу та інтенсивності аномалій; виділення регіональної компоненти поля; вивчення взаємозвязку регіональної компоненти поля з основними фізико-петрологічними границями земної кори; обгрунтування та вибір початкового наближення для моделювання; моделювання магнітного ефекту земної кори методом підбору; геолого-тектонічне тлумачення отриманої моделі.

4. Різномасштабні магнітні моделі земної кори південного заходу Східно-Європейської платформи

Згідно з викладеною вище методикою побудовано магнітну модель Східно-Європейської платформи м-бу 1 : 5 000 000, її південно-західної половини ( Курсько-Прибалтійська аномалія Магсат) м-бу 1 : 2 500 000, Дніпровсько-Донецького авлакогену м-бу 1 : 500 000. Більш крупномасштабні моделі побудовано у зв’язку з вивченням будови верхньої частини кори заходу УЩ в районі проходження міжнародного профілю “Євробридж” та прогнозуванням розподілу вуглеводнів в земній корі Центральної депресії Дніпровсько- Донецької западини.

4.1. Магнітна модель південного заходу платформи. Для побудови магнітної моделі, з використанням наземних та супутникових зйомок згідно з викладеною методикою та розумінням місця і ролі магнітних неоднорідностей регіону в структурі платформи виявлено необхідність аналізу та включення в розрахунки джерел регіонального класу всієї Східно-Європейської платформи та суміжних структур.

Аномальне магнітне поле. Загальну уяву про магнітне поле досліджуваної території дає карта аномального магнітного поля (Т)а СРСР м-бу 1 : 2 500 000 під редакцією З.О. Макарової (1974), карта аномального магнітного поля Європи м-бу 1 : 5 000 000 під ред. Т. М. Симоненнко та І. К. Пашкевич (1990), карти H-, Z-, T-компонент за даними супутникових зйомок (Coles et al., 1982, Heines, 1985).

Самою помітною особливістю поля (Т)а платформи є наявність системи смуг позитивного поля, які оконтурюють овал платформи і утворюють своєрідну спіралеподібну структуру. Іншою особливістю є наявність аномальних смуг в межах платформи та перетин деяких з них в районі трикутника між містами Брянськ, Вітебськ, Тверь. У межах платформи також відмічаються області з різними насиченістю, характером будови та простягання смуг. У відношенні насиченості частин платформи позитивними магнітними аномаліями виділяється структура типу “метелик” з магнітними південно-західним та північно-східним крилами—сегментами.

До крайових частин платформи, де сконцентровані найбільш інтенсивні аномальні смуги за даними наземних зйомок, приурочені відповідно інтенсивні позитивні аномалії Z- T-складових МАГСАТ: Курсько-Прибалтійська, Північно-Скандинавська і Камсько-Ембенська.

Аномальне магнітне поле району Курсько-Прибалтійської аномалії МАГСАТ виділяється двома смугами аномалій північно-західного простягання і в цілому досить диференційовано за частотами та інтенсивністю. Остання змінюється від одиниць до десятків тисяч нанотеслів у районах залізорудних формацій (Курськ, Кривий Ріг та ін.), при цьому інтенсивність переважної більшості аномалій знаходиться в інтервалі 100 — 500 нТл. Як і для всієї платформи спостерігається групування аномалій в смуги різних простягань. При цьому в їх межах окремі аномалії часто мають простягання, які не співпадають із загальним простяганням смуги. Крім субмеридіональних смуг Чернігівсько-Одеської й Севсько-Каркінітської та північно-східних Волинсько-Поліської і Бобруйсько-Сожської, в районі досліджень можна виділити Прип’ятську та Вінницько-Дніпропетровську субширотні смуги, Чернівецько-Волинську, Західно-Приазовську і Східно-Приазовську субмеридіональні смуги, Плоцько-Калінінградську, Люблінсько-Вільнюську та Новоград-Волинську північно-східні смуги, Оскархамнсько-Сувалкську та Київську північно-західні смуги.

У межах регіону виділено 40 позитивних регіональних магнітних аномалій інтенсивністю від 100 до 400—500 нТл з поперечником 50—140 км, розташованих в межах описаних вище смуг.

Трьохвимірна магнітна модель . Джерела регіональних магнітних аномалій віднесені до кори з верхнім обмеженням на глибинах 10 км, а нижнім — на 30—55 км, в залежності від теплового режиму та потужності кори. При цьому припущено, що магнітні утворення намагнічені за сучасним полем. Район досліджень відповідає Курсько-Прибалтійській аномалії Магсат, яка складається з двох частин: північно-західної Балтійської, приуроченої до західної границі Східно-Європейської платформи, та Курської, яка займає її південно-західний кут і відповідає крупній тектонічній одиниці — Сарматії (Богданова та ін., 1996).

Згідно з моделлю в регіоні виділяються крупні ділянки земної кори з намагніченістю 0,5—1,0 А/м та максимальними розмірами 300 х 500 км. Джерела регіональних магнітних аномалій з намагніченістю 1,0— 4,0 А/м та поперечником 40—100 км розташовані в межах або крайових частинах цих ділянок. Виключенням є джерела з намагніченістю 10,0—12.0 А/м , що відносяться до Курсько-Брянських та Купянської аномалій.

Характерною рисою моделі регіона є його насиченість магнітними джерелами різних величин, так що більше 60 об’єму кори мають намагніченість більше 1,0 А/м.

Згідно з розрахунками середня намагніченість земної кори Північно-Скандинавської та Камсько-Ембенської супутникових аномалій не перевищує 1,0 А/м. Таку ж величину ефективної намагніченості для Санкт-Петербурзької негативної аномалії отримали Нолт і Хан (1992). Середньозважена намагніченість земної кори досліджуваного регіону трохи вище за рахунок Курських аномалій, але складає при цьому не більше 1,5 А/м.

Таким чином, регіональна магнітна модель південного заходу платформи показала наявність в межах кори джерел з намагніченістю в одиниці ампер на метр і поперечними розмірами в десятки і сотні кілометрів. При цьому масштаб моделі дозволяє говорити лише про середньозважені величини намагніченості крупних блоків і сегментів літосфери. Побудована модель платформи з використанням РМА та аномалій МАГСАТ вперше дала змогу показати на кількісному рівні обумовленість і тих і інших джерелами одного класу.

4.2. Магнітна модель земної кори заходу УЩ та суміжних регіонів. В геологічному відношенні район знаходиться у сфері впливу двох різновікових зон зчленування тектонічних структур: докембрійської між Феноскандією і Сарматією (північно-східного простягання) та післядокембрійської між Східно-Європейською платформою та структурами Центральної Європи (північно-західного простягання).

Аномальне магнітне поле. В аномальному магнітному полі регіону спостерігаються два головних напрямки простягання локальних аномалій: північно-західне та північно-східне. Перший характерний для Карпатського регіону та краю платформи, другий — для платформеної частини території. Широтні та меридіональні простягання яскравіше виражені в регіональній компоненті поля (Кутас та ін., 1996; Орлюк, 1986, 1997; Пашкевич, 1997). Інтенсивність локальних аномалій змінюється від 100 до 2000 нТл (середня величина 200 — 500 нТл). Інтенсивність Львівської РМА складає 450—500 нТл, Прип’ятської — 400, Новоград-Волинської — 200—250 нТл, Вінницької — 300—400 нТл, Гайсинської — 400 нТл. Негативна Коростенська аномалія має інтенсивність 300—350 нТл.

Магнітна модель. Ця модель регіону відображає двоповерхове розташування магнітних тіл. Джерела верхнього поверху представлені ізометричними, витягнутими та дайкоподібними тілами різних розмірів, простягань та падінь з намагніченістю 0,3—4,0 А/м і нижніми обмеженнями на глибинах 4,0 12,0—15,0 км. Спостерігається їх підвищена концентрація (своєрідна “зараженість”) у верхній частині кори над областями розташування глибинних джерел та їх бокових контактів. Для нижнього поверху побудовано два варіанти магнітних джерел з різними глибинами верхнього обмеження (10 км та поверхня К2, що залягає на глибинах 10—18 км). Намагніченість глибинних джерел Львівської, Новоград-Волинської, Вінницької та Гайсинської РМА складає 1,0—4,0 А/м. Виділяється також практично немагнітна на всю потужність земна кора, яка облямовує Новоград-Волинський блок з північного сходу, сходу та півдня. На сході та півдні ця смуга немагнітної кори розділяє Волинський, Білоцерківсько-Одеський та Дністровсько-Бузький геоблоки відповідно. За даними магнітного моделювання області кори з різними намагніченостями розмежовані глибинними розломами різних падінь: Сущано-Пержанським, Тетерівським, Немирівським (північно-східного простягання, північно-західного падіння), Південно-Прип’ятським, Андрушівським та Хмельницьким (широтного простягання, північного та субвертикального падіння), Центральним та Красногорсько-Житомирським (північно-західного простягання, північно-східного падіння). Розраховані величнини намагніченості локальних та регіональних джерел в 0,3—4,0 А/м узгоджуються з отриманими за результатами безпосередніх замірів на зразках порід, що представляють різні горизонти кори.

4.3. Магнітна модель Дніпровсько-Донецького авлакогену. Вперше побудовано 3В магнітну модель Дніпровсько-Донецького авлакогену з урахуванням ефекту регіональних джерел Українського щита та Воронезького масиву, з одного боку, та оцінкою вкладу в сумарне поле девонських ефузивно-пірокластичних утворень, з іншого.

Аномальне магнітне поле. Для авлакогену та суміжних регіонів характерне слабкоаномальне магнітне поле. Максимальні його значення (до 800 нТл) фіксуються для Чернігівського максимума. В області Центральної депресії інтенсивність аномалій досягає 200—400 нТл, а далі на схід і південний схід інтенсивність локальних аномалій складає перші десятки, максимально — сотні нанотеслів. Аномальне магнітне поле має, як мінімум, дві складові: локальну та регіональну з довжинами хвиль відповідно 5—50 та 150—200 км, що свідчить про різні глибини залягання їх джерел. Виділені Чернігівська та Лохвицька РМА приналежні до центральної частини авлакогену. У суміжних з авлакогеном районах виділені в межах Украінського щита Київська, Західно-Інгулецька, Синельниківська, а в межах Воронезького масиву — Куп’янська.

Магнітна модель. З урахуванням розповсюдження та потужності ефузивно-пірокластичних утворень девону (Ляшкевич, Зав’ялова,1977) та їх середніх намагніченостей розраховано їхній вклад в сумарне поле. Показано, що лише в районі Чернігівського магнітного максимуму інтенсивність розрахованої аномалії досягає 150 нТл, а в інших частинах авлакогену не перевищує 25 нТл, причому розраховані аномалії мають локальний характер. Таким чином, аномальне магнітне поле формується, головним чином, консолідованою корою. Згідно з моделюванням консолідована кора характеризується різними ефективними величинами намагніченості в західній, центральній та східній частинах авлакогену, а магнітні утворення на захід від меридіану м. Полтава належать до центральної частини авлакогену, в той час як на схід від нього вони розташовані в його північній бортовій частині (Орлюк, 1994,1996; Орлюк, Пашкевич, 1994).

На заході, в районі Чернігівської магнітної аномалії, ефективна намагніченість нижньої частини кори, за верхню границю якої прийнято горизонт К2 (глибини 18—20км ), оцінена в 1—2 А/м. Намагніченість суттєво базифікованої, з погляду автора, кори на глибинах від 3—5 до 18—20 км складає 3—4 А/м.

Далі на південний схід, в районі від м. Ніжин до м. Прилуки виділяється область слабкомагнітної кори з І = 0,5 А/м. Ця область просторово знаходиться на північ від Кіровоградського блоку УЩ, якому властиві незначні величини ефективних намагніченостей. Локальні джерела верхньої частини кори також мають незначні величини намагніченості. Підвищеною ефективною величиною намагніченості нижньої частини кори (І = 1,0—1,5 А/м) характеризується область між містами Прилуки та Полтава. У верхній частині кори цієї області на глибинах від 5—10 до 19—20 км знаходиться овалоподібне розташуваня магнітних джерел з намагніченістю 1,0—1,5 А/м.

На схід від Полтави має місце принципово інша картина розташування магнітних неоднорідностей відносно структури авлакогену. Смуга з підвищеною до 1,0 А/м намагніченістю кори, тяжіючи до північного борту авлакогену, “зливається” на сході з магнітною неоднорідністю Воронезького масиву. Між цією смугою та УЩ знаходиться немагнітна (або слабкомагнітна) кора. При цьому на сході немагнітна кора співпадає з Центральним складчатим Донбасом.

4.4. Просторово-часова магнітна модель земної кори території України. Під просторово-часовою магнітною моделлю земної кори розуміється розподіл (зміна) намагніченості І в просторі (x, y, z) та часі Т. Отже, для відтворення еволюції І необхідно тривимірну модель “розгорнути” в часі, тобто методика побудови такої моделі передбачує три етапи: побудову 3В магнітної моделі; визначення віку магнітних утворень; суміщення результатів двох перших етапів з метою встановлення розподілу магнітних утворень в просторі кори та часі.

Найбільшими магнітними неоднорідностями в межах України є Львівський палеозойський прогин і Волинський блок УЩ на заході, Подільський, південно-західна частина Білоцерківсько-Одеського і Голованівська шовна зона з північним бортом Причорноморського прогину на південному заході та Придніпровський і Приазовський блоки з північним бортом Причорноморського прогину на південному сході (рисунок).

Схема зіставлення глибинних магнітних неоднорідностей з різновіковими тектонічними елементами та нафтогазоносністю земної кори України (М.І.Орлюк, 1994, 1996): 1 контури глибинних магнітних джерел; 2 границі природніх виходів архей-протерозойських утворень Українського щиту, Карпатської та Кримської альпійських складчатих споруд; 3 Волинсько-Поліський рифтоген (за В.Б.Соллогубом, 1986); 4 палеозойські структури (Тектоническия карта УССР и МССР, 1972): А Львівський палеозойський прогин, Б Дніпровсько-Донецький авлакоген, В Причорноморський шовний грабен; 5 контури накладених западин; 6 Передкарпатський (а) та Індоло-Кубанський (б) альпійські крайові прогини; 7 розломи, що розділяють блоки і шовні зони УЩ (за З.О. Крутихівською та ін., 1982); 8 нафтові (а), нафтогазові (б) та газові (в) родовища (Карта полезных ископаемых Украинской ССР, 1982). Цифри в кружках: римські блоки і шовні зони УЩ: I Волинський, II Подільський, III Білоцерківсько-Одеський, IV Кіровоградський, V Придніпровський, VI Приазовський блоки, VII Голованівська, VIII Західно-Інгулецька, IX Оріхово-Павлоградська шовні зони; арабські цифри накладені западини: 1 Львівсько-Люблінська крейдяна, 2 Дніпровсько-Донецька мезозойська, 3 Причорноморська крейдяно-палеогенова, 4 Кінсько-Ялинська крейдяна.

Для визначення віку магнітних утворень проаналізовано зв’язок намагніченості порід палінгенно-метасоматичного та магматичного походження Волинського, Подільского, Білоцерківсько-Одеського, Кіровоградського, Придніпровського та Приазовського блоків УЩ залежно від часу їх утворення, або максимального перетворення.

Для заслонених територій України наявні дані свідчать про формування магнітних утворень габро-діоритової формації (1,3—1,35), габро-діабазів дайково-сіллового комплексу рифея (0,9—0,95) та ефузивів трапової формації венда (0,56—0,68) у межах Волинсько-Подільської плити та Припятського валу (Платформенные структуры..., 1972). У межах Дніпровсько-Донецького авлакогену широко розповсюджені магматичні та ефузивно-пірокластичні утворення девону. Для південного заходу авлакогену, структур Причорномор’я та Закарпаття наявні більш молоді утворення з підвищеною намагніченістю.

Перший варіант еволюційної магнітної моделі земної кори території України відображає 10 стадій. Тобто, магнітні неоднорідності земної кори з намагніченістю 0,5—4,0 А/м сформовані в результаті суперпозиції магнітних джерел, утворених в часових інтервалах: більше 2,90;