Deep Structure and Geodynamics of the Sarmatia–Fennoscandia  Transition Zone

Сергій Мичак; Олег  Гінтов; Олексій Бабинін

doi:10.24028/gj.v48i1.344412

Автор(и)

Сергій Мичак Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Київ, Україна, Україна
Олег Гінтов Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Київ, Україна, Україна
Олексій Бабинін Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Київ, Україна, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gj.v48i1.344412

Ключові слова:

Сарматія, Фенноскандія, Свекофенський ороген, Український щит, зона переходу, мантія, субдукція

Анотація

Розглянуто геологічну будову земної кори і мантії зони переходу між мініплитами Сарматія та Фенноскандія, яка охоплює центральну й південну частини Свекофенського орогену і та північно-західну частину Українського щита. Цю зону переходу розширено на південний схід за рахунок низки північно-східних розломів Українського щита (від Горинського до Тетерівського включно). Аналіз будови земної кори ґрунтується на останніх публікаціях шведських, польських, естонських, литовських, білоруських та українських вчених [Bogdanova et al., 2015; Mężyk et al., 2021; Гарецкий, Каратаев, 2011; Shumlyanskyy et al., 2018], а мантію регіону до глибин 850-2500 км досліджено із застосуванням 3D швидкісної моделі Євразії, побудованої в Інституті геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України на основі розв’язку задачі сейсмічної томографії із застосуванням тейлорового наближення рівняння ейконала та хвильового рівняння [Geyko, 2004].

Показано, що зона переходу між Сарматією та Фенноскандією формувалася у палеопротерозої – від 2.1 до 1.75 млрд р. тому – шляхом складних геодинамічних процесів, які підтверджуються встановленням декількох мантійних субдукційних слебів. Ключовим процесом була субдукція Фенноскандії під Сарматію, яка фіксується слебом південного занурення від мікроконтиненту Кейтеле під мікроконтинент Бергслаген і Cередньо-Балтійський пояс та слебом східно-південного занурення під Сарматією від Білорусько-Підляського гранулітового поясу під Осницько-Мікашевицький магматичний пояс і район сучасного Коростенського плутону .

Субдукція відбувалася з перервами, підчас однієї з яких (близько 1,89-1,84 млрд років тому) сформувалася Балтійська частина Свекофенського орогену шляхом додаткової субдукції протилежного, північного та північно-східного занурення, що підтверджено мантійними слебами від мікроконтиненту Амберленд під мікроконтинент Бергслаген і від Центрального Фінляндського дугового комплексу під Карельський кратон.

Таким чином, узгодження сейсмотомографічних даних щодо структури верхньої мантії дослідженого регіону з геолого-геофізичними даними про коровий його розвиток надає неспростовний доказ плитотектонічної природи геологічних процесів, що призвели до формування Східноєвропейського кратону.

Посилання

Bakhmutov, V.G., & Iosifidi, A.G. (2010). Paleomagnetism of Paleoproterozoic igneous rocks of the Ukrainian Shield. Abstracts of the international scientific-practical conference «Stratigraphy, geochronology and correlation of Lower Precambrian rock complexes of the East European Platform basement» (pp. 25—27). Kyiv: UkrSGRI.

Bakhmutov, V.G., Mytrokhyn, O.V., Poliachenko, I.B., & Cherkes, S.I. (2023). New palaeomagnetic data for Palaeoproterozoic AMCG complexes of the Ukrainian Shield. Geofizychnyi Zhurnal, 45(4), 3—19. https://doi.org/10.24028/gj.v45i4.286283.

Baltybaev, S.K. (2013). Svecofennian orogen of the Fennoscandian Shield: Material isotopic zonation and its tectonic interpretation. Geotectonics, (6), 44—59 (in Russian).

Bogdanova, S.V., Gintov, O.B., Kurlovich, D., Lubnina, N.V., Nilsson, M., Orlyuk, M.I., Pashkevich, I.K., Shumlyanskyy, L.V., & Starostenko, V.I. (2013). Late Palaeoproterozoic mafic dyking in the Ukrainian Shield of Volgo-Sarmatia caused by rotation during the assembly of supercontinent Columbia (Nuna). Lithos, 174, 196—216. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.11.002.

Bogdanova, S., Gorbatschev, R., Grad, M., Guterch, A., Janik, T., Kozlovskaya, E., Motuza, G., Skridlaite, G., Starostenko, V., & Taran, L. (2006). EUROBRID GE: New insight into the geodynamic evolution of the East European Craton. In D.G. Gee, R.A. Stephenson (Eds.), European Lithosphere Dynamics (pp. 599—628). Geol. Soc. of London, Memoir 32.

Bogdanova, S., Gorbatschev, R., Grad, M., Janik, T., & Guterch, A. (1996a). EUROBRIDGE: Palaeoproterozoic accretion of Sarmatia and Fennoscandia. Tectonophysics, 268(1-4), 1—21. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(96)00229-9.

Bogdanova, S., Janák, M., Gorbatschev, R., Skridlaite, G., Soesoo, A., Tarand, L., & Kurlovich, D. (2015). The East European Craton (Baltica) before and during the assembly of Rodinia. Precambrian Research, 259, 1—40. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2015.07.010.

Bogdanova, S.V., Pashkevich, I.K., Gorbatschev, R., & Orlyuk, M.I. (1996b). Riphean rifting and major Palaeo-proterozoic crustal boundaries in the basement of the East European Craton: geology and geophysics. Tectonophysics, 268(1-4), 1—21. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(96)00232-6.

Bugaenko, I.V., Zaets, L.N., & Tsvetkova, T.A. (2015). Velocity typification of the middle and lower mantle of Europe. Geofizicheskiy Zhurnal, 37(3), 88—101 https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i3.2015.111104 (in Russian).

Claesson, S., Bogdanova, S.V., Bibikova, E.V., & Gorbatschev, R. (2001). Isotopic evidence for Palaeoproterozoic accretion in the basement of the East European Craton. Tectonophysics, 339, 1—18. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(01)00031-2.

Elming, S.Å. (1985). Evidence of an oceanic domain between the Ukrainian Shield and the Baltic Shield during the Precambrian. Precambrian Research, 30(2), 107—122. https://doi.org/10.1016/0301-9268(85)90051-5.

Elming, S.Å., Mertanen, S., Pesonen, L.J., & Pisarevsky, S.A. (1993). Palaeomagnetism of Precambrian rocks from the Baltic Shield and the Ukrainian Shield: Implications for reconstructions of supercontinents. Tectonophysics, 223(1-2), 177—192. https://doi.org/ 10.1016/0040-1951(93)90196-K.

Entin, V.A., Guskov, S.I., Dziuba, B.M., Gintov, O.B., Orlyuk, M.I., & Mychak, S.V. (2020). On the possible degassing nature of some local structures of zonal-concentric patterns in the Volyno-Podolian Plate and the western part of the Ukrainian Shield. Geofizicheskiy Zhurnal, 42(6), 36—58. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222282 (in Russian).

Elming, S.Å., Mikhaitova, N.P., & Kravchenko, S. (1997). Palaeomagnetism of Proterozoic rocks from the Ukrainian Shield and tectonic reconstructions versus Fennoscandia. Abstracts for the 5th EURO-BRIDGE Workshop, Vilnius, June 12—16, 19 p.

Garetsky, R.G., & Karataev, G.I. (2011). Tectonogeodynamic model of the junction between the Fennoscandian and Sarmatian segments of the East European Platform. Geology and Geophysics, 52(10), 1557—1566 (in Russian).

Geyko, V.S., Tsvetkova, T.A., & Bugaenko, V.V. (2005). Three-dimensional velocity structure of the Sarmatian lithosphere. Geofizicheskiy Zhurnal, 27(1), 34—49 (in Russian).

Geyko, V.S. (2004). Numerical methods for seismic tomography: Eikonal and wave equation approaches. Geofizicheskiy Zhurnal, 26(4), 15—28.

Gintov, O.B. (2019). Plate-plume tectonics as a unified mechanism of geodynamic evolution of the tectonosphere of Ukraine and adjacent regions. Geofizicheskiy Zhurnal, 41(6), 3—34. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i6.2019.190064 (in Russian).

Gintov, O.B., Entin, V.A., & Mychak, S.V. (2017). Toward the construction of a fault-megablock tectonic scheme of the Ukrainian Shield at a scale of 1:500,000. Geofizicheskiy Zhurnal, 39(5), 63—80. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v39i5.2017.112340 (in Ukraine).

Gintov, O.B., & Mychak, S.V. (2014). Kinematics of formation of the western and central parts of the Ukrainian Shield during 1.80—1.73 Ga based on fracture studies of rocks from the Korosten and Korsun-Novomyrhorod plutons. Geofizicheskiy Zhurnal, 36(4), 24—36. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v36i4.2014.116006 (in Russian).

Gintov, O.B., & Pashkevich, I.K. (2010). Tectonophysical analysis and geodynamic interpretation of a three-dimensional geophysical model of the Ukrainian Shield. Geofizicheskiy Zhurnal, 32(2), 3—27 https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v32i2.2010.117553 (in Russian).

Gintov, O.B., Tsvietkova, T.O., Buhaienko, I.V., Zaiats, L.M., & Murovska, H.V. (2022). Deep structure of the Trans-European Suture Zone (based on seismic tomography and DSS data) and some views on its evolution. Geofizychnyi Zhurnal, 44(6), 63—87. https://doi.org/10.24028/gj.v44i6.273640 (in Ukraine).

Gorbatschev, R., & Bogdanova, S. (1993). Frontiers in the Baltic Shield. Precambrian Research, 64, 3—22. https://doi.org/10.1016/0301-9268(93)90066-B.

Hermansson, T., Stephens, M.B., Corfu, F., Page, L.M., & Andersson, J. (2008). Migratory tectonic switching, western Svecofennian orogen, central Sweden: Constraints from U/Pb zircon and titanite geochronology. Precambrian Research, 161, 250—278. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2007.08.008.

Kravchenko, S.N. (2005). First estimate for the age of a Mesoproterozoic palaeomagnetic pole from the Volodarsk-Volynsky Massif, the Ukrainian Shield. Studia Geophysica et Geodaetica, 49(2), 177—190. https://doi.org/10. 1007/s11200-005-0004-6.

Lahtinen, R., Korja, A., Nironen, M., & Heikkinen, P. (2009). Palaeoproterozoic accretionary processes in Fennoscandia. In P.A. Cawood, A. Kröner (Eds.), Earth Accretionary Systems in Space and Time (Vol. 318, pp. 237—256). Geol. Soc. of London Spec. Publ. https://doi.org/10.1144/SP318.8.

Mężyk, M., Grad, M., & Mazur, S. (2021). Seismic structure of the lithosphere in the Trans-European Suture Zone. Tectonophysics, 810, 229038. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229038.

Mychak, S.V., & Farfuliak, L.V. (2021). Inner structure and kinematics of the Sushchany-Perga fault zone of the Ukrainian Shield according to the tectonophysical study. Geofizicheskiy Zhurnal, 43(1), 142—159. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v43i1.2021.225496.

Orlyuk, M.I. (2000). Spatial and spatio-temporal magnetic models of multi-rank continental lithospheric structures. Geofizicheskiy Zhurnal, 22(6), 148—165.

Orlyuk, M., Marchenko, A., & Bakarjieva, M. (2017). 3D magnetic model of the Earth crust of the Eastern European craton with the account of the Earth’s sphericity and its tectonic interpretation. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv: Geology, 76(4), 55—60. https://doi.org/10.17721/17282713.79.03.

Orlyuk, M.I., & Pashkevich, I.K. (2012). Deep sources of regional magnetic anomalies: Tectonotypes and connection with trans-crustal faults. Geofizicheskiy Zhurnal, 34(4), 224—234. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v34i4. 2012.116776.

Rutland, R.W.R., Williams, I.S., & Korsman, K. (2004). Pre-1.91 Ga deformation and metamorphism in the Palaeoproterozoic Vammala Migmatite Belt, southern Finland, and implications for Svecofennian tectonics. Bulletin of the Geological Society of Finland, 76, 93—140. https://doi.org/10.17741/bgsf/76.1-2.005.

Shumlyansky, L.V. (2014). Geochemistry of rocks from the Osnytsia-Mikashevichi volcanic-plutonic belt of the Ukrainian Shield. Geochemistry, (11), 972—985 (in Russian).

Shumlyanskyy, L., Bekker, A., Hoffmann, A., & Chamberlain, K. (2018). New data on the age of the Palaeoproterozoic granites of the western part of the Ukrainian Shield. Abstracts of the Scientific Conference Dedicated to the 100th Anniversary of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2—4 October 2018 (pp. 256—258).

Starostenko, V.I. & Gintov, O.B. (Eds.). (2018). Essays on the Geodynamics of Ukraine. Kyiv: V.I. EN EI Publishing, 465 p. (in Russian).

Starostenko, V.I., Gintov, O.B., Murovska, H.V., Mychak, S.V., & Lysynchuk, D.V. (2024a). Tectonics and deep structure of the southwestern part of the East European Craton within Ukraine. Part I. Geofizychnyi Zhurnal, 46(4), 3—40. https://doi.org/10.24028/gj.v46i4.305802 (in Ukraine).

Starostenko, V.I., Gintov, O.B., Murovska, H.V., Mychak, S.V., & Lysynchuk, D.V. (2024b). Tectonics and deep structure of the southwestern part of the East European Craton within Ukraine. Part II. Geofizychnyi Zhurnal, 46(5), 3—31. https://doi.org/10.24028/gj.v46i5.310287 (in Ukraine).

Tsvetkova, T.A. (2015). Two approaches to the problem of ray seismic tomography. Geofizicheskiy Zhurnal, 36(1), 121—133. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i1.2015.111330 (in Russian).

Tsvetkova, T.A., & Bugaenko, V.V. (2016). Structure of the velocity layering of the mantle beneath Fennoscandia based on seismic tomography data. Geofizicheskiy Zhurnal, 38(1), 57—77. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v38i1. 2016.107723 (in Russian).

Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2015). Three-dimensional P-wave velocity model of the mantle beneath Fennoscandia. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing.

Tsvetkova, T.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2016). Velocity segmentation 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). Velocity structure of the mantle at the boundary between the East European and West European platforms. Geofizicheskiy Zhurnal, 43(5), 181—192. https://doi.org/10.24028/gzh.v43i5.244080 (in Russian).

Tsvetkova, T.A., Shumlyanskaya, L.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2009). Seismic tomography of the East European Platform: Three-dimensional P-wave velocity model of the mantle beneath Fennoscandia. Part I. Geofizicheskiy Zhurnal, 31(1), 50—65 (in Russian).

Tsvetkova, T.A., Shumlyanskaya, L.A., Bugaenko, I.V., & Zaets, L.N. (2010). Seismic tomography of the East European Platform: Three-dimensional P-wave velocity model of the mantle beneath Fennoscandia. Part II. Geofizicheskiy Zhurnal, 32(1), 60—77. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v32i1.2010.117570(in Russian).