Tectonic inversion of the Dnieper-Donets depression and the Donbas (models and reconstructions)

V. V. Gonchar

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v41i5.2019.184444

Автор(и)

V. V. Gonchar Інститут геофізики ім. С.І.Субботіна Національної академії наук України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i5.2019.184444

Ключові слова:

basin modeling, tectonic inversion, numerical modeling of deformations, stress fields, paleotectonic reconstructions, the Dnieper-Donets depression, the Donbas

Анотація

Для південно-східної частини Дніпровсько-Донецької западини і Донбасу методично обґрунтовано пролонгацію басейнового моделювання у зону пізніх пострифто-вих та інверсійних соскладчастих рухів. На прикладі частини профілю Богатойка— Мерефа побудовано прогнозний розріз з відновленим об'ємом еродованих осадів. Максимальні значення еродованих потужностей сягають 1400 м у крайній південній частині профілю, підошва відновлюваного об'єму має хвилеподібну форму, по покрівлі відкладів середнього — пізнього карбону визначено палеопідняття, якого немає на сучасному розрізі. Згідно з реконструкцією, межа ранньопермського бассейну має бути південніше. Розглянуто чисельні моделі інверсії палеорифтового осадового басейну в тилу компресійного орогена, виконані для перетинів ДніпровськоДонецької западини і Донбасу. Отримано специфічний асиметричний розподіл деформацій чохла, що підтверджує зміщення складчастості в осьову і тилову (північно-східну) частини прогинів; фронтальна зона зазнає переважних висхідних рухів, що причинює перекіс бортів западини.

У другій частині статті наведено результати планового чисельного моделювання деформацій південної околиці Східноєвропейської платформи і дані реконструкції полів напружень Донбасу. Зіставлення модельних і відновлених полів напружень дає змогу підтвердити висновок першої частини статті. Подальший тектонічний розвиток території (у пізній пермі?) пов'язаний із правозсувними зміщеннями з невеликою стискальною складовою поблизу південної околиці давньої платформи. Цією обстановкою визначалися формування правозсувних розломів Донбасу, зростання накладеної складчастості та, ймовірно, його невелике розтягнення. У контексті перевірки глобальних палеотектонічних реконструкцій в результаті досліджень не виключена ймовірність зміни конфігурації Пангеї "В" і подальших відносних правозсувних зміщень між Євразією і Гондваною.

Посилання

Antsiferov, A.V., Tirkel, M.G., Khokhlov, M.T., Privalov, V.A., Golubev, A.A., Mayboroda, A.A., & Antsiferov, V.A. (2004). Gas content of coal deposits of Donbass. Kiev: Naukova Dumka, 229 p. (in Russian).

Belichenko, P.V., Gintov, O. B., Gordienko, V. V., Korchemagin, V. A., Panov, B. S., Pavlov, I. A., & Usenko O. V. (1999). The main stages of development of the Olkhovatsk-Volyntsevsky anticline of the Donbass in connection with its ore content (according to tectonophysical, geothermal and gravimetric data). Geofizicheskiy zhurnal, 21(2), 69—84 (in Russian).

Belov, A.A. (1981). Tectonic development of the Alpine folded region in the Paleozoic. Moscow: Nauka, 1981. 212 p. (in Russian).

Tsegelnyuk, P.D. (1993). Geological history of the territory of Ukraine. Paleozoic. Kiev: Naukova Dumka, 199 p. (in Russian).

Aizerverg, D.E. (1988). Geology and oil and gas potential of the Dnieper-Donetsk Depression. Stratigraphy. Kiev: Naukova Dumka, 148 p. (in Russian).

Gintov, O.B. (2005). Field tectonophysics. Kiev: Feniks, 572 p. (in Russian).

Gonchar, V.V. East Black Sea microplate as an indenter and its orogenic frame. Geofizicheskiy zhurnal, 21(2), 69—84. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i1.2019.158867 (in Russian).

Gonchar, V.V. (1997). Reconstruction of the stress state of rocks based on a quantitative assessment of kinematic data. Izvestiya vuzov. Geologiya i razvedka, (6), 11—17 (in Russian).

Gonchar, V.V. (2017). Vertical tectonic movements and sedimentary filling of basins during syn- and post-rift stages of lithosphere development. Geofizicheskiy zhurnal, 39(2), 22—55. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i2.2017.97351 (in Russian).

Gonchar, V.V. (2018). Formation and sedimentary filling of the Dnieper-Donets depression (geodynamics and facies) in the light of new data of paleotectonic modeling. Geofizicheskiy zhurnal, 21(2), 69—84. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i2.2018.128931 (in Russian).

Gushchenko, O.I. (1979). A method of kinematic analysis of fracture structures during reconstruction of tectonic stress fields. In Fields of stresses and strains in the lithosphere (pp. 7―25). Moscow: Nauka (in Russian).

Dudnik, V.A., & Korchemagin, V.A. (2004). The Cimmerian stress field within the Olkhovatsko-Volyntsevskaya anticline of the Donbass, its relationship with discontinuous structures and magmatism. Geofizicheskiy zhurnal, 26(4), 75—84 (in Russian).

Zonenshayn, L.P., Kuzmin, M.I., & Natapov, L.M. (1990). Tectonics of lithospheric plates of the USSR. Book 1, Book 2. Moscow: Nedra, 328 p., 334 p. (in Russian).

Kabyshev, B.P. (1987). Paleotectonic studies and oil and gas potential in aulacogenic areas. Moscow: Nedra, 191 p. (in Russian).

Kazmin, V.G., & Tikhonova, N.F. (2005). Early Mesozoic marginal seas in the Black Sea-Caucasus region: paleotectonic reconstructions. Geotektonika, (5), 20—35 (in Russian).

Korchemagin, V.A., & Ryaboshtan, Yu.S. (1987). Tectonics and stress fields of Donbass. In Fields of Stresses and Strain in the Earth's Crust (pp. 164―170). Moscow: Nauka (in Russian).

Korchemagin, V.A., Dudnik, V.A., Panov, B.S., & Alekhin, V.I. (2005). On the relationship of tectonic deformations and stresses with ore content in the Donbass. Geofizicheskiy zhurnal, 27(1), 97—109 (in Russian).

Letavin. A.I. (1980). The foundation of the young platform of the south of the USSR. Moscow: Nauka, 153 p. (in Russian).

Nagorny, V.N., & Nagorny, Yu.N. (1976). Features of tectonic development of the Donetsk basin in the early Permian time. In: Tectonics of coal basins and deposits of the USSR (pp. 93―98). Moscow: Nauka (in Russian).

Patalakha E.I., & Gonchar, V.V. (2003). Indentor mechanism in the geodynamics of the Crimean-Black Sea region. Heolohiya i heokhimiya horyuchykh kopalyn, (3-4), 90—95 (in Ukrainian).

Patalakha, E.I., Senchenkov, I.K., & Trofimenko, G.L. (2004). Problems of tectonic-geodynamic evolution of the southwestern forland of the East European craton and its orogenic frame. Kiev, 223 p. (in Russian).

Popov, V.S. Donets Basin: Tectonics. In Geology of coal deposits and oil shales of the USSR (Vol. 1, pp. 103―151). Moscow: GONTI (in Russian).

Starostenko, V.I., Lukin, A.E., Kobolev, V.P., Rusakov, O.M., Orlyuk, M.I., Shuman, V.N., Omelchenko, V.D., Pashkevich, I.K., Bogdanov, Yu. .A., Burkinsky, I.B., Loyko, N.P., Fedotova, I.N., Zakharov, I.G., Chernyakov, A.M., Kuprienko, P.Ya., Makarenko, I.B., Legostaeva, O.V., Lebed, T.V., & Savchenko, A.S. (2009). The model of the deep structure of the Donetsk folded structure and adjacent structures according to regional geophysical observations. Geofizicheskiy zhurnal, 31(4), 44—68 (in Russian).

Stovba, S.N., & Stifenson, R.A. (2000). Comparative analysis of the structure and history of the formation of the southeastern part of the Dnieper-Donets Basin and the Donetsk fold structure. Geofizicheskiy zhurnal, 22(4), 37—61 (in Russian).

Stovba, S.N. (2008). Geodynamic evolution of the Dnieper-Donets Basin and Donbass: Doctor’s thesis. Kiev, 495 p. (in Russian).

Stupakov, V.P. (1962). Tectonics of the northern outskirts of the Donetsk basin and adjacent areas. In Materials on the geology of gas-bearing regions of the USSR. Dnieper-Donets Basin (pp. 68―88). Moscow (in Russian).

Subbotin, S.I., Sollogub, V.B., & Chekunov, A.V. (1976). The structure and evolution of the earth's crust of Ukraine and the adjacent regions of Tethys in the light of new data and ideas. Geofizicheskiy sbornik, (70), 13—45 (in Russian).

Kruglov S.S., & Tsypko A.K. (Eds.). (1988). Tectonics of Ukraine. Moscow: Nedra, 254 p. (in Russian).

Terentyev, S.T. (1976). Paleotectonic reconstructions at geological sections as a method of analysis of the formation of structures of tectonic movements. In Tectonics of coal basins and deposits of the USSR (pp. 185—205). Moscow: Nedra (in Russian).

Khain, V.E. (1977). Regional geotectonics. Extra-Alpine Europe and West Asia. Moscow: Nedra, 335 p. (in Russian).

Tsypko, A.K. (1984). The modern plan of the Late Carboniferous-Early Perm structural floor. In Atlas of the geological structure and oil and gas potential of the Dnieper-Donets depression (p. 30). Kiev: Edition of the Ministry of Geology of the Ukrainian SSR (in Russian).

Chekunov, A.V. (1994). Dnieper-Donets and Red Sea-Indo-Ocean rift systems — comparative analysis. Geofizicheskiy zhurnal, 16(4), 3—19 (in Russian).

Yudin, V.V. Geodynamics of the South Donbass. Kiev, 292 p. (in Russian)

Arthaud, F., & Matte, P. (1977). Late Paleozoic strike-slip faulting in southern Europe and northern Africa: result of a right-lateral shear zone between the Appalachians and the Urals. GSA Bulletin, 88(9), 1305—1320. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1977)88<1305:LPSFIS>2.0.CO;2.

Kabyshev, B., Krivchenkov, B., Stovba, S., & Ziegler, P.A. (1998). Hydrocarbon habitat of the Dniper-Donets Depression. Marine and Petroleum Geology, 15(3), 177—190. https://doi.org/10.1016/S0264-8172%2898%2900018-X" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0264-8172(98)00018-X.

Morel, P., & Irving, E. (1981). Paleomagnetism and the evolution of Pangea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 86(B3), 1858—1872. https://doi.org/10.1029/JB086iB03p01858.

Muttoni, G., Kent, D.V., & Channell, J.E.T. (1996). Evolution of Pangea: paleomagnetic constraints from the Southern Alps, Italy. Earth and Planetary Science Letters, 140(1-4), 97—112. https://doi.org/10.1016/0012-821X%2896%2900038-6" target="_blank">https://doi.org/10.1016/0012-821X(96)00038-6.

Muttoni, G., Kent, D.V., Garzanti, E., Brack, P., Abrahansen, N., & Gaetani, M. (2003). Early Permian Pangea “B” to Late Permian Pangea “A”. Earth and Planetary Science Letters, 215(3-4), 379—394. https://doi.org/10.1016/S0012-821X%2803%2900452-7" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0012-821X(03)00452-7.

Natal’in, B.A., & Şengör, A.M.C. (2005). Late Paleozoic to Triassic evolution of the Turan and Scythian platforms: the prehistory of the Palaeo-Thethian closure. Tectonophysics, 404(3-4), 175—202. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.04.011" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.tecto.2005.04.011.

Nikishin, A.M., Ziegler, P.A., Abbott, D., Brunet, M.-F., Cloetingh, S. (2002). Permo-Triassic intraplate magmatism and rifting in Eurasia: implications for mantle plumes and mantle dynamics. Tectonophysics, 351(1-2), 3—39. https://doi.org/10.1016/S0040-1951%2802%2900123-3" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0040-1951(02)00123-3.

Saintot, A., Stephenson, R., Stovba, S., & Maystrenko, Yu. (2003). Structures associated with inversion of the Donbas Foldbelt. Tectonophysics, 373(1-4), 181—207. https://doi.org/10.1016/S0040-1951%2803%2900290-7" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0040-1951(03)00290-7.

Stampfli, G.M., & Borel, G.D. (2002). A plate tectonic model for the Paleozoic and Mezozoic constrained by dynamic plate boundaries and restored synthetic ocean izochrons. Earth and Planetary Science Letters, 196(1-2), 17—33. https://doi.org/10.1016/S0012-821X%2801%2900588-X" target="_blank">https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00588-X.

Meijers, M.J.M., Hamers, M.F., van Hinsbergen, D.J.J., van der Meer, D.G., Kitchka, A., Langereis, C.G., & Stephenson, R.A. (2010). New late Paleozoic paleopoles from the Donbas Foldbelt (Ukraine): Implications for the Pangea A vs. B controversy. Earth and Planetary Science Letters, 297(1-2), 18—33. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.05.028" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.05.028.