Поверхневі відклади земної кори

В надрах континентальної земної кори виявлено значна кількість аномалій високої електропровідності, які визначаються характерними рисами – довжиною простягання (сотні та тисячі км), глибиною залягання покрівлі (10 – 15 км). Деякі аномальні структури тяготіть до зон сучасної тектонічної діяльності, областей субдукції літосферних плит, деякі — до шовних зон між блоками всередині кристалічних щитів. Ще однією особливістю є те, що зони високої електропровідності часто супроводжуються родовищами цинку, свинцю, золота та міді (Австралія, Нова Зеландія), алмазів (Африка, Північна Америка).

Деякі простягнуті на тисячі кілометрів регіональні та міжрегіональні високопровідні структури, які виявлені на більшості континентів, можуть бути результатом геодинамічних процесів та межами областей з різними їх проявами. Можна навести деякі приклади цього явища.

Аномалія електропровідності в Австралії починається в районі затоки Карпетарія та продовжується в глибину континенту на відстань більше ніж 1000 км. Тіло високої електропровідності було знайдено на глибині 10 км під осадовими відкладами басейну Ероманга. Ця структура також фіксується в гравітаційному полі і за даними аеромагнітних досліджень та розглядається дослідниками як внутрішньо плитовий шов. За сейсмічними матеріалами вона проявляється, як головна область різкого контрасту сейсмічних швидкостей, яка занурюється глибоко до мантії. Існує гіпотеза про те, що основні австралійські аномалії електропровідності – Карпентарію, Південно-Західного Квінсленду та Флідерсу відповідають континентальному шву та є важливішою ланкою у формуванні континенту. Цей блок відомий родовищами цинку, свинцю, золоту та міді.

Географічна збіжність аномалії високої електропровідності в надрах кори та найбільшого градієнту швидкості сейсмічних хвиль фіксується не тільки в цій області, але й на півдні Австралії.

В межах Центральних рівнин Північної Америки (південна частина Північно-Американської платформи) аномалія високої електропровідності простягається зі сходу, від бухти Хадсона на територію Сполучених Штатів Америки та простежена на відстань більш ніж 2000 км. Можливо, ця аномалія і довша, і ширша, ніж вона показана на мапах. Глибина залягання аномального тіла складає 10 км. Існує припущення, що вона викликана наявністю графітових сланців, не виключено, що аномалія контролює край зануреної тектонічної плити. Алан Джонс назвав її «величезною та загадковою структурою континентального масштабу, яка відкрита в результаті електромагнітних індукційних досліджень».

Через південну Шотландію проходить область високої провідності на H=4–12 км, що корелює з  негативною гравітаційною аномалією Буге.

В Центральній Африці електромагнітними дослідженнями в земній корі, в районі Кенійського рифу, була виявлена область високої електропровідності з верхньою межею на H = 25 км.

Аналіз показує, що більшість трансконтинентальних корових аномалій високої електропровідності відповідають областям субдукції, що тривають за останні 120 млн. років. Подібна кореляція спостерігається на обох Американських континентах, в Австралії та Африці.

Численні витягнуті області високої електропровідності Євразійського континенту також відповідають областям субдукції, наприклад, Карпатська.

В альпійських структурах аномалія Західних Карпат приурочена до зони зчленування Флішових Карпат і Внутрішніх покривів, у тім числі Пенінської та Мармароської зон.

   Аномалія Південних Карпат тяжіє до зони зчленування Внутрішніх покривів, що розділяють Паннонію та Трансільванію, і Південних Карпат, але не до Передкарпатського прогину.

   Чернівецько-Коростенська аномалія гальванично пов’язана із Флішовою зоною Східних Карпат і Мармароським  поясом.

   Західні відгалуження аномалії розташовані в зоні глибинного Подільського розлому та зчленування південно-західної окраїни СЄП зі Скіфською плитою.

   Геоелектрична модель не завжди відповідає поверхневій геології. Пенінський і Мармароський пояс, а також Флішові Карпати  не є безперервною зоною підвищеної електропровідності в земній корі. Аномалія докембрійського УЩ вклинюється в альпійські Карпати.

   Особливо слід відзначити кореляцію Трансєвропейської шовної зони із серією аномалій високої електропровідності в земній корі Східних Карпат і Добруджі.

Але в Євразії існують регіональні аномалії, які не пов’язані з областями сучасної субдукції. Це – субмеридіональні аномалії високої електропровідності в земній корі: Кіровоградська та Уральська. Кіровоградська аномалія продовжується на північ у вигляді Ладозької та Чудської аномалії і може простягатися на Скандинавський півострів.

Нині нагромаджений величезний експериментальний матеріал, який показав, що в геоелектричному аспекті як земна кора, так і верхня мантія на території України є істотно неоднорідними.

Тривимірні геоелектричні моделі земної кори та верхньої мантії Українського щиту

1 – блок високого електричного опору; 2 — субвертикальні зони високої електропровідності, що мають гальванічний зв’язок з поверхневими відкладами; Аномалії високої електропровідності: I – Волинська, II – Коростенська, III – Чернівецько-Коростенськая, IV – Кіровоградська, V – Приазовська, VI – Донбаська.

У свій час С.М.Куліком і Т.К.Бурахович побудовані 2D та квазі-3D глибинні геоелектричні моделі земної кори і верхньої мантії УЩ та його схилів, що містять зони з аномально низькими значеннями електричного опору: Коростенську (глибина залягання об’єкту  Н=15 км, сумарна повздовжня електропровідність об’єкту  S=500 См), Чернівецько-Коростенську (Н=15 км, S=1000 См; Н=70 км, S=2000 м), Гайворон-Добровеличківську (Н=0,1 км, S=2000 См), Кіровоградську (Н=10 – 25 км, S=100 – 20 000 См), Приазовську (Н=1 – 2 км, S=2000 См), Волинську (Н=2,5 км, S=1000 См), Донбаську (Н=2 км,  S=500 – 20 000  См;  Н=10  км,  S=1000 – 10 000 См). Ці різні за конфігурацією і геоелектричними параметрами ділянки підвищеної електропровідності у земній корі та мантії слугували основою побудови перших об’ємних 3D моделей.

Розподіл питомого електричного опору поверхневих відкладів було  визначено із величин повздовжньої електричної провідності та потужності осадової товщі. Електропровідність поверхневих відкладів природно повинна корелювати з простяганням основних осадових структур. Але на території України ця закономірність відзначається тільки для Дніпровсько-Донецької (S>2000 См), Причорноморської (S до 1000 См) западин та структури кристалічного щита (0.5<S>100 См). В той же час поверхнева електропровідність Донецького басейну, де потужність осадових відкладів досягає 10 км, не перевищує 300 См.

    Значення питомого електричного опору кристалічних порід УЩ в цьому дослідженні прийняте на рівні 1000 Ом?м, на фоні якого були виділені аномалії як високої так і низької електропровідності.

Деякі простягнуті зони високої електропровідності, що мають гальванічний зв’язок з провідними поверхневими утвореннями, просторово корелюють з окремими частинами глибинних міжмегаблокових зон розломів — Тальнівської, Первомайської, Західно-Інгулецької, Криворізько-Кременьчуцької та з деякими розломами іншого рангу. Оскільки ці електропровідні структури виділені лише за даними МТЗ без використання профілювання,  їх глибину проникнення та кути падіння дуже важко оцінити за набором наявних експериментальних даних.

Примітною особливістю Середньопридніпровського мегаблоку та частини Оріхово-Павлоградської шовної зони є високі значення уявного питомого електричного опору, які сягають декількох тисяч Ом×м на фоні середнього значення 1000 Ом?м для всього УЩ. Криві МТЗ для періоду 2500 сек характеризуються тільки висхідними гілками і це може пояснюватись обтіканням індукційними струмами  блоку високого опору  вздовж більш електропровідних периферичних частин. В результаті досліджень було виявлено блок високого опору, де потужність ізолятору оцінюється до 10-20 км, а на більших глибинах вже спостерігаються фрагменти Кіровоградської аномалії електропровідності.

На західному схилі УЩ в інтервалі глибин 2.5-6 км розміщується Волинська аномалії електропровідності, яка має складні просторові контури та характеризується значенням питомого електричного опору ρ=10 Ом?м.

На північному заході щита на межі Волинського та Росинського мегаблоків в земній корі в земній корі на глибині між 15 та 30 км розташована Коростенська аномалії електропровідності. Середнє значення питомого опору ρ дорівнює 30 Ом?м. Просторово  ця структура збігається з Коростенським плутоном.

На заході щита в тому ж інтервалі глибин виявлена Чернівецько-Коростенська аномалія електропровідності, що характеризується великою площею та складною будовою. Частина аномалії з ρ=5 Ом?м  розташована в межах Росинського та Подільського мегаблоків на глибинах від 15 до 30 км і  містить об’єкт високого опору біля 1000  Ом?м. Західна частина цієї структури, що має середній питомий опір 20 Ом?м, виходить за межі УЩ і простягається в двох напрямках —  на південь та південний схід вздовж Подільської зони розломів до Голованівської шовної зони. Чернівецько-Коростенська аномалія вміщує на своєму південному сході гілку, що характеризується найнижчим опором — біля 1 Ом?м в інтервалі від 3 км до 30 км. Це відгалуження  знаходиться в районі зчленування Росинського, Бузького  мегаблоків та Голованівської шовної зони.

Перші ознаки загально відомої Кіровоградської аномалії електропровідності на схилах УЩ з’являються починаючи з глибини 10 км. Повністю структура розміщується в земній корі центральної частини УЩ та простягається далеко за його межі як на північ у Воронезький масив, так і на південь у Причорноморську западину. На півночі Інгулецько-Криворізької шовної зони,  схилі  УЩ  та в ДДЗ на глибинах від 10 до 13 км виділяються дві дільниці: перший – у вигляді S-образної аномалії ρ=1 Ом?м, що розташована в просторі поміж Криворізько-Кременчуцькою та Західно-Інгулецькою зонами розломів; другий — у вигляді Г-подібної форми інтенсивністю  ρ=30 Ом?м в межах ДДЗ.

На глибинах 13-17 км її форма та  інтенсивність практично не змінюються. Тільки зникає середня частина S-подібної аномалії. В інтервалі 17-20 км перша аномальна дільниця скорочується і її можна простежити лише у вигляді прямокутника, пов’язаного з північною частиною Західно- Інгулецької зони розломів, що примикає до межі УЩ та ДДЗ. На півдні  Кіровоградської аномалії виділяється, починаючи з глибин 10 км., складна субширотно зона, яка вже знаходиться в межах Причорноморської западини. Найбільш електропровідні частини з ρ=5 Ом?м розташовані в області Первомайської та Криворізько-Кременьчуцької зон розломів. Треба відмітити, що окремі частини цих двох зон розломів простежуються, як електропровідні, на різних глибинах. Якщо в межах УЩ Первомайська зона розломів відповідає провіднику з поверхні, то в межах Причорноморської западини вона характеризується високою електропровідністю вже тільки на глибинах, починаючи з 10 км. Між північним та південним схилами УЩ є різниця в проявах аномалії електропровідності на різних глибинах. Якщо на північному схилі велика електропровідність зникає на глибинах 20 км, то на півдні на цих глибинах аномалія існує, тільки в менших просторових розмірах.

 Характер розподілу питомого електричного опору в межах Кіровоградської аномалії різко змінюється на глибинах 20-25 км. Тут вже фіксується повномасштабна аномалія у вигляді майже ізометричної площинної фігури з двома контурами різних значень питомого опору: внутрішнього з ρ=1 Ом?м та зовнішнього з ρ=5 Ом?м. Внутрішній контур приурочений до границі Інгульському мегаблоку та Інгулецько-Криворозької шовної зони практично на всьому їх простяганні в межах УЩ. Ця структура  охоплює також і південно-східну частину Корсунь-Новомиргородського плутону. Зовнішній контур аномалії великої електропровідності охоплює майже всю східну частину Інгульського мегаблоку, Інгулецько-Криворізьку шовну зону та західну частину Середньопридніпровського мегаблоку УЩ.

Найбільш проявлена висока електропровідність (ρ=5 Ом?м) Кіровоградської аномалії в інтервалі глибин 25-30 км. Вона представляє собою витягнуту з півдня на північ — північний схід плоску фігуру, яка повністю перекриває простір Інгулецько-Криворізької шовної зони, східної частини Інгульського мегаблоку і східної частини Корсунь-Новомиргородського плутону. Вся ця глибинна структура в межах Інгулецько-Криворізької шовної зони продовжується на північний схід в бік ДДЗ і далі на північ. На півдні УЩ вона змінює своє простягання на  субширотне і охоплює частину Середньопридніпровського блоку УЩ та північну частину Причорноморської западини. Далі на південь аномалія різко видовжується на південь вздовж Первомайської зони розломів.

На сході УЩ на глибині 2.5 км фіксується покрівля Приазовської аномалії, яка майже повністю перекриває Східно-Приазовський масив. В надрах земної кори Приазовського мегаблоку УЩ в інтервалі глибин від 2  до 20 км знаходиться зона високої електропровідності з питомим опором від 50 до 100 Ом?м. Скоріш за все Приазовська геоелектрична структура в своїй верхній частині на глибинах від 2 до 10 км гальванічно пов’язана з аномалією високої електропровідності Донбасу.

Аномалії високої електропровідності пронизують усі мегаблоки та шовні зони УЩ. Вони розташовані на різних глибинах починаючи з поверхні та до низів кори (більш ніж 30 км) та характеризуються питомим електричним опором від 1 до 100 Ом?м.

Мантія УЩ виявилася також різко неоднорідною за геоелектричними параметрами. В південно-західній частині виявлено провідник в інтервалі глибин 70 – 120 км з питомим опором 25 Ом?м, в той час, як у східній частині УЩ мантія характеризується відносно високим електричним опором приблизно 1000 Ом?м.

Таким чином, основним результатом геоелектричних досліджень, що базуються    на використанні природного джерела електромагнітної енергії, є те, що в надрах земної кори Українського щита спостерігається особливе природне явище – висока електропровідність, яка концентрується в окремих ділянках земної кори та верхньої мантії і  формує зони різної  інтенсивності та глибини залягання. Ці зони по-різному характеризують різні геологічні регіони.

Субвертикальні зони високої електропровідності співпадають з міжмегаблоковими розломами УЩ. Більшість таких об’єктів приурочена до Голованівської та Інгулецько-Криворізької шовних зон. Аномалії електропровідності цього типу можуть свідчити про високу проникливість для флюїдів шовних зон в процесі їх утворювання та значну графітизацію міжзернового простору. На відміну від цього Оріхово-Павлоградська шовна зона характеризується дуже великими значеннями питомого електричного опору.

В межах мегаблоків – Подільського, Бузького, Інгульського та Середньопридніпровського також спостерігаються субвертикальні електропровідні зони. Вони характеризуються меншим простяганням та корелюють з глибинними розломами другого рангу.

На північному заході УЩ  І.Б. Щербаков припускає наявність ще одної четвертої шовної зони. Ця структура також характеризується аномалією високої електропровідності – Волинської. Але електропровідний об’єкт не є субвертикальною структурою і не приурочений  до конкретного глибинного розлому.

Можна розділити в геоелектричному відношенні весь Український щит на три частини: західну, центральну та східну. Західна частина включає Волинський, Подільський, Росинський та Бузький мегаблоки. Центральна частина поєднує Інгульський мегаблок та Голованівську і Інгулецько-Криворізьку шовні зони. Східна частина – це Середньопридніпровський мегаблок, Оріхово-Павлоградська шовна зона та, ймовірно, Приазовський мегаблок. Західна частина характеризується низьким опором порід земної кори в порівнянні зі східною. І це може свідчити про аномально низьку проникливість порід земної кори східної частини. Центральна частина відрізняється високою електропровідністю по всьому розрізу кори і це свідчить як про високу проникливість порід палеопротерозойського  блоку, так і про прояви сучасної активізації.

Визначною рисою західної частини щита є наявність провідника на глибині більше  70 км. Подібна геоелектрична картина спостерігається в архейському Слейв кратоні Північно-Західних територій Канади, де в центральній частині кратона виявлено різке зменьшення електроопору на глибині від 80 до 100 км (r = 30 Ом×м). Геофізична аномалія співпадає з геохімічною аномалією (заснованную на Cr-піроповій хімії), яка викликана деплетуванням гацбургітового шару. Тут також встановлена від´ємна аномалія Буге з довжиною просторової хвилі біля 100 км, що корелює з основним кімберлітовим полем та геоелектрчною аномалією.

Треба підкреслити зв’язок різних глибинних аномалій електропровідності (Коростенської, Кіровоградської, Приазовської) з окремими частинами Коростенського, Корсунь-Новомиргородського та Східно-Приазовського масивів.  В межах УЩ Херсон-Смоленський трансрегіональний тектонічний шов збігається з західної гілкою глибинної Кіровоградської аномалії, в той час як трансрегіональний тектонічний шов Донецьк-Брянск перетинається різними аномаліїми електропровідності – Приазовською та Донбаською.

Приблизно 95% поверхні Антарктиди покрито шаром льоду потужністю 1-3 км. Але, цей материк все ще мало вивчено у геологічному сенсі, хоча Антарктида є важливим елементом кайнозойської активізації та займає суттєве положення при вивченні процесів, які протікали до утворення стабільних літосферних кратонів.

В умовах полярних областей джерела індукційного поля суттєво різняться від моделі плоскої електромагнітної хвилі, наприклад, «бухти». Проте, огляд показує, що можна отримати високоякісні дані  МТЗ та МВП для вивчення і земної кори і мантії Землі навіть за таких умов.

Італійськими вченими зроблені МВ дослідження, які повинні прояснити питання пов’язані з континентальним рифтінгом. Були отримані вектори індукції, які можуть відповідати провіднику вздовж узбережжя та Трансантарктичних гір, що можливо викликаний частковим плавленням порід верхньої мантії.

Антарктика займала помітне місце у геологічній історії південної півкулі. Свідоцтва про структуру та геологічну будову континенту були та є суттєвими для підтвердження або спростування концепції Гондвани. Тектонічні реконструкції та побудова тектонічної карти Гондвани до фрагментації (приблизно 150 млн. років, середній мезозой) добре задокументовані, але все ще достатньо суперечливі. Австралія та Антарктида були єдиними у пізньому мезозої та розділились тільки приблизно 50 млн. років тому.

Вздовж орогену Роза проходить межа різкої зміни сейсмічних швидкостей у верхній мантії Антарктиди. Східна частина Антарктики зберігає кратоноподібну структуру до глибин 250 км. Найбільш високі швидкості виявлені в районі Землі Ендербі, де були знайдені зразки давніх порід, а низькі швидкості локалізуються вздовж активних тектонічних зон, які оточують континент. Низькі швидкості  західної частини Трансантарктичних гір можуть характеризувати рифтову зону, подібну до Африканської.

Цікавим фактом є розміщення аномалії електропровідності по відношенню до виявленої області орогенів. Виникає припущення про існування аномалії електропровідності у земній корі Антарктиди в районі Трансантарктичних гір.

Імовірність такого припущення підвищується, якщо врахувати повідомлення італійських вчених про МВ дослідження в районі Північної Землі Вікторії, де на 20-50 км за попередніми даними виявляється витягнута область високої електропровідності, та чудовий огляд Ф.Ваннамекера з колегами про МТЗ поблизу Південного полюсу, де виявлено провідний шар на глибині приблизно 30 км.