Питання щодо інтерпретації комплексної моделі літосфери вздовж профілю RomUkrSeis

Т.К Бурахович; І.Б. Макаренко

doi:10.24028/gj.v47i4.327379

Автор(и)

Т.К Бурахович Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України,Київ,Україна, Україна
І.Б. Макаренко Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України,Київ,Україна, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gj.v47i4.327379

Ключові слова:

комплексна модель літосфери, профілю RomUkrSeis, природа аномалій електропровідності, зона Тейссейре-Торнквіста, границя літосфера-астеносфера, глибинні розломи

Анотація

Розглянуто деякі питання щодо інтерпретації комплексної геолого-геофізичної моделі літосфери вздовж профілю RomUkrSeis, виконаного методом глибинного сейсмічного зондування. Це стосується природи аномальної електропровідності у земній корі та верхній мантії; огляду уявлень про глибину залягання границі літосфера—астеносфера різновікових тектонічних структур; розташування по площі та в глибину зони Тейссейре—Торнквіста; можливості просторового трасування глибинних розломів на прикладі Закарпатського розлому. Розглянуто природу аномалій електропровідності та їх зв’язок із структурними особливостями, які виявлено за даними швидкісної та густинної неоднорідністей земної кори. Показано, що аномалії електропровідності мають електронно-флюїдну природу. Згідно з наявними даними глибина залягання границі літосфера—астеносфера вздовж профілю RomUkrSeis має значні коливання відповідно до різних тектонічних структур, що вказує на поглиблення покрівлі астеносфери від Паннонського басейну в бік Східноєвропейської платформи. Встановлено, що сучасні різнобічні уявлення свідчать про мантійний апвелінг з центром у Трансільванському басейні, який є доказом існування виділеної літосферної зони за комплексною геолого-геофізичною інтерпретаційною моделлю. Запропоновано розглядати зону Тейссейре—Торнквіста як складнопобудовану структуру завширшки 80—110 км, що характеризується майже субвертикальним положенням з глибиною (або з нахилом на північний схід, що відповідає субвертикальній мантійній границі) та ототожнюється з перехідною областю поміж різновіковими тектонічними «регіонами» — Карпатсько-Паннонським регіоном і Східноєвропейською платформою. Показано, що фізичні параметри горизонтальних геофізичних неоднорідностей й субвертикальні або нахилені контакти між ними можуть бути підґрунтям для виділення глибинних розломів та їх зон, розвиток яких визначається взаємодією поверхневих і глибинних структур літосфери. Розглянуто геолого-геофізичні дані щодо продовження Закарпатського глибинного розлому на територію Румунії та зроблено висновок про їх відсутність.

Посилання

Anikeyev, S., Maksymchuk, V., & Pyrizhok, N. (2021). Reflection of the Transcarpathian deep fault in gravimagnetic fields. In V.Yu. Maksymchuk (Ed.), Geophysics and Geodynamics: Prediction and Monitoring of Geological Medium (pp. 47—50). Lviv: Rastr-7 (in Ukrainian).

Belyavsky, V.V., Burakhovich, T.K., Kulik, S.N., Sukhoi, V.V., & Yegorkin, A.V. (2007). Seismoelectric model of the tectonosphere of the Eurasian folded belt. Proc. of the Institute of Fundamental studies (pp. 26—39). Kiev: Logos (in Russian).

Ben, Ya., Oleshchuk, O., & Kornienko, Ye. (2006). Structural geology of the Moho surface of the western region of Ukraine. Geodynamics, (1), 34—38 (in Ukrainian).

Burakhovich, T.K. (2004). Quasi-three-dimentional model of the Carpathian region. Geofizicheskiy Zhurnal, 26(4), 63—74 (in Russian).

Burakhovich, T.K., & Kulik, S.N. (2009). Three-dimensional geoelectric model of the Earth‘s crust and upper mantle of the western part of the Ukrainian Shield and its slopes. Geofizicheskiy Zhurnal, 31(1), 88—99 (in Russian).

Buryanov, V.B., Gordienko, V.V., Kulik, S.N., & Logvinov, I.M. (1983). Comprehensive geophysical study of the tectonosphere of continents. Kiev: Naukova Dumka, 176 p. (in Russian).

Vasylenko, A.Yu. (2016). Neogene magmatism in the Transcarpathian deep fault system. Extended abstract of candidate’s thesis. Kyiv, 21 p. (in Ukrainian).

Geyko, Yu.V., Gurskiy, D.S., Lykov, L.I., Metalidi, V.S., Pavlyuk, V.N., Prikhodko, V.L., Tsymbal, S.N., & Shymkiv, L.V. (2006). Perspectives of basement diamond productivity of Ukraine. Kiev-Lvov: Centr Evropy, 200 p. (in Russian).

Gintov, O.B., Tsvetkova, T.О., Bugaenko, I.V., Zayats, L.N., & Murovska, G.V. (2022). The deep structure of the Trans-European Suture Zone (based on seismic survey and GSR data) and some insights in to its development. Geofizicheskiy Zhurnal, 44(6), 63—87. https://doi.org/10.24028/gj.v44i6.273640 (in Ukrainian).

Hnylko, O.M. (2012). Tectonic zoning of the Carpathians in term`s of the terrane tectonics article 2. The Flysch Carpathian — ancient accretionary prism. Geodynamics, (1), 67—78. https://doi.org/10.23939/jgd2012.01.067 (in Ukrainian).

Gordienko, V.V., Gordienko, I.V., Zavgorodnyaya, O.V., Kovachikova, S., Logvinov, I.M., Tarasov, V.N., & Usenko, O.V. (2012). Volyn-podolskaya plate (Geophysics, deep processes). Kiev: Naukova Dumka, 198 p. (in Russian).

Gordienko, V.V., Gordienko, I.V., Zavgorodnyaya, O.V., Kovachikova, S., Logvinov, I.M., Tarasov, V.M., & Usenko, O.V. (2011). Ukrainian Carpathians (geophysics, deep processes). Kiev: Logos, 129 p. (in Russian).

Entin, V.A. (2005). Geophysical basis of the Tectonic map of Ukraine, scale 1:1 000 000. Geofizicheskiy Zhurnal, 27(1), 74—84 (in Russian).

Zhamaletdinov, A.A., & Kulik, S.N. (2012). First rate anomalies of electro-conductivity on the Globe. Geofizicheskiy Zhurnal, 34(4), 22—39. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v34i4.2012.116747 (in Russian).

Krupskyi, Yu.Z., & Vyslotska, O.I. (2014). Researches of length of the zone of Teisseyre-Tornkquist on the territory of the Western Ukraine. Geodynamics, (1), 34—42 (in Ukrainian).

Kutas, R.I. (2016). Geothermal Conditions andMesozoic-Cainozoic Evolution of the Carpatho-Pannonian Region. Geofizicheskiy Zhurnal, 38(5), 75—107. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i5.2016.107823 (in Russian).

Kutas, R. (2014). Thermal flow and geothermic models of the earth’s crust of the Ukrainian Carpathians. Geofizicheskiy Zhurnal, 36(6), 3—27. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v36i6.2014.111016 (in Russian).

Makarenko, I., Burahovich, T., Kozlenko, M., Murovska, A., Kozlenko, U., & Savchenko, O. (2024). RomUkrSeis profile: a model of the deep structure of the lithosphere and itsgeological and geophysical interpretation. P. 1. Density heterogeneity and electrical conductivity Geofizicheskiy Zhurnal, 46(6), 80—107. https://doi.org/10.24028/gj.v46i6.314130 (in Ukrainian).

Makarenko, I., Burakhovych, T., Kozlenko, M., Murovskaya, G., Kozlenko, Y., & Savchenko, O. (2025). RomUkrSeis profile: a model of the deep structure of the lithosphere and its geological and geophysical interpretation. P. II. The nature of geophysical heterogeneities based on complex analysis. Geofizicheskiy Zhurnal, 47(1), 81—108. https://doi.org/10.24028/gj.v47i1.317035 (in Ukrainian).

Maksymchuk, V.Yu., Anikeyev, S.G., & Kuderavets, R.S. (2024). Display of the Teisseyre Tornquist zone in the gravity and magnetic fields on the territory of Ukraine. Materials of the All-Ukrainian Scientific Conference «Geological structure and history of the geological development of the Ukrainian shield» (to the 100th anniversary of the birth of Academician of the National Academy of Sciences of Ukraine M.P. Shcherbak) (pp. 262—266). https://doi.org/10.30836/gbhgd.2024.55 (in Ukrainian).

Monchak, L.S., & Anikeyev, S.G. (2017). Reflection of the tectonic structure of the western region of Ukraine in gravimagnetic fields. Geodynamics, (2), 104—118. https://doi.org/10.23939/jgd2017.02.104 (in Ukrainian).

Orlyuk, M., Bakarjieva, M., & Marchenko, A. (2022). Magnetic characteristics and tectonic structure of the Earth’s crust of the Carpathian oil and gas region as a component of complex hydrocarbon criteria. Geofizicheskiy Zhurnal, 44(5), 77—105. https://doi.org/10.24028/gj.v44i5.272328 (in Ukrainian).

Starostenko, V.I., & Gintov, O.B. (Eds.). (2018). Essays on Geodynamics of Ukraine. Kiev: VI EN EY, 465 p. (in Russian).

Palyuk, M., Shlapinsky, V., Medvedev, A., Rizun, B., & Ternavsky, M. (2019). Problematic aspects of the formation of the Ukrainian segment of the Carpathians. Geology & Geochemistry of Combustible Minerals, (3), 5—24. https://doi.org/10.15407/ggcm2019.03.005 (in Ukrainian).

Tretyak, K.R., Maksimchuk, V.Yu., & Kutas, R.I. (Eds.). (2015). Modern geodynamics and geophysical fields of the Carpathians and adjacent territories. Lviv: Publishing House of Lviv Polytechnic, 420 p. (in Ukrainian).

Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2016). Velocity divisibility of the mantle beneath the Ukrainian shield. Geofizicheskiy Zhurnal, 38(4), 75—87. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i4.2016.107802 (in Russian).

Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2021). Speed structure of the mantle of the border of the Eastern European and West European platforms. Geofizicheskiy Zhurnal, 43(5), 181—191. https://doi.org/10.24028/gzh.v43i5.244080 (in Russian).

Tsymbal, S.N. (2002). The composition of the upper mantle beneath the Ukrainian Shield. In Geology and magmatism of the Precambrian of the Ukrainian Shield (pp. 215—218). Kiev (in Russian).

Shlapinskyi, V., Pavlyuk, M., Savchak, O., & Ternavskyi, M. (2024). A new model of the formation of the foundation of the Transcarpathian foredeep (in the context of prospects for oil and gas presence). Geology & Geochemistry of Combustible Minerals, (3-4), 5—23. https://doi.org/10.15407/ggcm2024.195-196.005(in Ukrainian).

Shumlyanska, L.O. (2009). Velocity structure of the mantle under the territory of Ukraine by results of seismic tomography data. Extended abstract of candidate’s thesis. Kyiv, 18 p. (in Ukrainian).

Ádám, A., Szarka, L., Novák, A., & Wesztergom, V. (2017). Key results on deep electrical conductivity anomalies in the Pannonian Basin (PB), and their geodynamic aspects. Acta Geodaetica et Geophysica, 52, 205—228. https://doi.org/10.1007/s40328-0160192-2.

Bogdanova, S.V., Gorbatschev, R., & Garetsky, R.G. (2016). EUROPE|East European Craton. In Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences (pp. 118). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.10020-X.

Chakraborty, S. (2008). Diffusion in solid silicates: a tool to track timescales of processes comes of age. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 36, 153—190. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.36.031207.124125.

Chalot-Prat, F., & Girbacea, R. (2000). Partial delamination of continental mantle lithosphere, uplift-related crust—mantle decoupling, volcanism and basin formation: a new model for the Pliocene—Quaternary evolution of the southern East-Carpathians, Romania. Tectonophysics, 327, 83—107. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(00)00155-4.

Demetrescu, C., Nielsen, S.B., Ene, M., Şerban, D.Z., Polonic, G., Andreescu, M., Pop, A., & Balling, N. (2001). Lithosphere thermal structure and evolution of the Transylvanian Depression — insights from new geothermal measurements and modelling results. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 126(3-4), 249—267. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(01)00259-X.

Dererova, J., Zeyen, H., Bielik, M., & Salman, K. (2006). Application of integrated geophysical modeling for determination of the continental lithospheric thermal structure in the eastern Carpathians. Tectonics, 25, TC3009. https://doi.org/10.1029/2005TC001883.

Gallardo, L.A., & Meju, M.A. (2007). Joint two-dimensional cross-gradient imaging of magnetotelluric and seismic travel-time data for structural and lithological classification. Geophysical Journal International, 169(3), 12611272. https://doi.org/10.1111/.1365- 246X.2007.03366.x.

Horvath, F., & Galacz, A. (Eds.). (2006). The Carpathian-Pannonian Region: A Review of Mesozoic-Cenozoic Stratigraphy and Tectonics. Budapest: Hantken Press, 625 p.

Jones, A.G., Plomerova, J., Korja, T., Sodoudi, F., & Spakman, W. (2010). Europe from the bottom up: A statistical examination of the central and northern European lithosphere-asthenosphere boundary from comparing seismological and electromagnetic observations. Lithos, 120, 14—29. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2010.07.013.

Karato, S.I. (2019). Some remarks on hydrogen-assisted electrical conductivity in olivine and other minerals. Progress in Earth and Planetary Science, 6, 55. https://doi.org/10.1186/s40645-019-0301-2.

Korja, T. (2007). How is the European Lithosphere Imaged by Magnetotellurics? Surveys Geophysics, 28, 239—272. https://doi.org/10.1007/s10712-007-9024-9.

Lin, W., Yang, B., Han, B., & Hu, X.A. (2023). Review of Subsurface Electrical Conductivity Anomalies in Magnetotelluric Imaging. Sensors, 23,

https://doi.org/10.3390/s23041803.

Martin, M., Wenzel, F., & CALIXTO Working Group. (2006). High-resolution teleseismic body wave tomography beneath SE-Romania-II. Imaging of a slab detachment scenario. Geophysical Journal International, 164(3), 579—595. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2006. 02884.x.

Mikołajczak, M., Mazur, S., & Gągała, Ł. (2019). Depth-to-basement for the East European Craton and Teisseyre-Tornquist Zone in Poland based on potential field data. International Journal of Earth Sciences, 108, 547—567. https://doi.org/10.1007/s00531-018-1668-9.

Molin, P., Fubelli, G., Nocentini, M., Sperini, S., Ignat, P., Grecu, F., & Dramis, F. (2012). Interaction of mantle dynamics, crustal tectonics, and surface processes in the topography of the Romanian Carpathians: A geomorphological approach. Global and Planetary Change, (90-91), 58—72. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.05.005.

Narkiewicz, M., Maksym, A., Malinowski, M., Grad, M., Guterch, A., Petecki, Z., Probulski, J., Janik, T., Majdański, M., Środa, P., Czuba, W., Gaczyński, E., & Jankowski, L. (2015). Transcurrent nature of the TeisseyreTornquist Zone in Central Europe: results of the POLCRUST01 deep reflection seismic profile. International Journal of Earth Sciences, 104, 775—796. https://doi.org/10.1007/s0053101411164.

Nicula, A-M., Ionescu, A., Pop, I-C., Roba, C., Forray, F.L., Orăşeanu, I., & Baciu, C. (2021). Geochemical Features of the Thermal and Mineral Waters from the Apuseni Mountains (Romania). Frontiers in Earth Science, 9, 648179. https://doi.org/10.3389/feart.2021.648179.

Nolet, G. (2011). Upper mantle structure. In H. Gupta (Ed.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics (pp. 159—165). Springer Earth Science Series. https://doi.org/10.1007/978-90-481-8702-7_44.

Novák, A., Rubóczki, T., Wesztergom, V., Radulian, M., Szakács, A., Csaba, Molnár, C., & Kovács, I.J. (2024). Lithospheric scale cross-section through the Transylvanian Basin: A joint geophysical and geological survey. Geologica Carpathica, 75(3), 195—211. https://doi.org/10.31577/GeolCarp.2024.11.

Özaydın, S., & Selway, K. (2020). MATE: An Analysis Tool for the Interpretation of Magnetotelluric Models of the Mantle. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 21. https://doi.org/10.1029/2020GC009126.

Pashkevich, I., Orlyuk, M., Bakarzhieva, M., & Marchenko, A. (2025). Magnetic model and heterogeneity of the crystalline crust of the southwestern boundary of the East European Сraton. Geofizicheskiy Zhurnal, 47(2), 124—129. https://doi.org/10.24028/gj.v47i2.322564.

Popescu, B.M. (2021). Transcarpathian Petroleum Province in Romania. Geo-Eco-Marina, 27, 5—35. https://doi.org/10.5281/zenodo.5801082.

Rychert, C., Harmon, N., Constable, S., & Wang, S. (2020). The nature of the Lithosphere-Asthenosphere Boundary. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(10), e2018JB016463. https://doi.org/10.1029/2018JB016463.

Seghedi, I., Maţenco, L., Downes, H., Mason, P.R.D., Szakács, A,. & Pécskay, Z. (2011). Tectonic significance of changes in post-subduction Pliocene-Quaternary magmatism in the south east part of the Carpathian-Pannonian Region, Tectonophysics, 502(1-2), 146—157. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.12.003.

Selway, K. (2014).On the Causes of Electrical Conductivity Anomalies in Tectonically Stable Lithosphere. Surveys in Geophysics, 35, 219—257. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9235-1.

Selway, K., O’Donnell, J.P., & Özaydin, S. (2019). Upper mantle melt distribution from petrologically constrained magnetotellurics. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 20, 3328—3346. https://doi.org/10.1029/2019GC008227.

Starostenko, V., Janik, T., Kolomiyets, K., Czuba, W., Sroda, P., Lysynchuk, D., Grad, M., Kovács, I., Stephenson, R., Lysynchuk, D., Thybo, H., Artemieva, I.M., Omelchenko, V., Gintov, O., Kutas, R., Gryn, D., Guterch, A., Hegedűs, E., Komminaho, K., Legostaeva, O., Tiira, T., & Tolkunov, A. (2013). Seismic velocity model of the crust and upper mantle along profile PANCAKE across the Carpathians between the Pannonian Basin and the East European Craton. Tectonophysics, 608, 1049—1072. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.07.008.

Starostenko, V., Janik, T., Mocanu, V., Stephenson, R., Yegorova, T., Amashukeli, T., Czuba, W., Środa, P., Murovskaya, A., Kolomiyets, K., Lysynchuk, D., Okoń, J., Dragut, A., Omelchenko, V., Legostaieva, O., Gryn, D., Mechie, J., & Tolkunov, A. (2020). RomUkrSeis: Seismic model of the crust and upper mantle across the Eastern Carpathians — From the Apuseni Mountains to the Ukrainian Shield. Tectonophysics, 794, 228620. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2020.228620.

Tiliţă, M., Lenkey, L., Maţenco, L., Horvath, F., Suranyi, G., & Cloetingh, S. (2018). Heat Flow Modelling in the Transylvanian basin: Implications for the Evolution of the Intra Carpathian Area. Global and Planetary Change, 171, 148—166. https://doi:10.1016/j.gloplacha.2018. 07.007.

Unsworth, M., & Rondenay, S. (2013). Mapping the distribution of fluids in the crust and lithospheric mantle utilizing geophysical methods. In Metasomatism and the Chemical Transformation of Rock (pp. 535—598). Berlin/Heidelberg: Springer, Germany. https://doi.org/ 10.1007/978-3-642-28394-9_13.

Wang, D., Karato, S.I., & Jiang, Z. (2013). An experimental study of the influence of graphite on the electrical conductivity of olivine aggregates. Geophysical Research Letters, 40, 2028—2032. https://doi.org/10.1002/grl.50471.

Wang, D., Mookherjee, M., Xu, Y., & Karato, S.I. (2006). The effect of water on the electrical conductivity of olivine. Nature, 443, 977—980. https://doi.org/10.1038/nature05256.

Wannamaker, P.E. (2005). Anisotropy versus heterogeneity in continental solid earth electromagnetic studies: Fundamental response characteristics and implications for physicochemical state. Surveys in Geophysics, 26, 733—765. https://doi.org/10.1007/s10712-005-1832-1.

Wannamaker, P.E. (2010). Water from stone. Nature Geosciences, 3, 10—11. https://doi.org/10. 1038/ngeo732.

Yoshino, T., Matsuzaki, T., & Katsura, T. (2006). Electrical conductivity of mantle minerals. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/253297405.

Żytko, K. (1997). Electrical conductivity anomaly of the Northern Carpathians and the deep structure of the orogen. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 67, 25—43.