Объемная модель глубинного строения Павловского батолита Донского террейна (Восточно-Донской ороген)
Аннотация
Введение: Изучение специфики крупных гранитоидных комплексов континентальной земной коры имеет ключевое значение при геодинамических реконструкциях её развития. Для территории Воронежского кристаллического массива (ВКМ) примером такого объекта является павловский мигматит-гранит-граносиенитовый комплекс, ограниченная информация о глубинном строении которого до настоящего времени не позволила предложить достоверные модели верхней части земной коры, предназначенные для геодинамических реконструкций. Цель данной работы заключается в создании объёмной петроплотностной модели земной коры, для области развития пород павловского комплекса, на основе интерпретации гравиметрических данных.
Методика: Построение модели коры потребовало привлечения значительной по объёму совокупности геологических, геофизических и петрофизических данных, что было выполнено на основе использования геоинформационной системы ArcGIS. Формирование начальной плотностной модели верхней коры опиралось на региональную плотностную модель литосферы, включая распределение плотности в осадочных слоях чехла, и данные петроплотностной карты кристаллического фундамента ВКМ. Решение обратной трёхмерной задачи гравиметрии выполнялось на основе развитого авторами алгоритма линейной инверсии аномального поля с использованием аппроксимационного представления оператора обратной задачи для горизонтального слоя. Итерационное решение обратной задачи осуществлялось на реальном рельефе изучаемой территории для дискретной сети данных. При построении решения перераспределение аномальных плотностей выполнялось с опорой на априорные геолого-геофизические данные по региону исследований.
Обсуждение результатов: Павловский мигматит-гранит-граносиенитовый комплекс в области моделирования прослеживается до глубины 8 км, при этом его основной объем развит в пределах от 1 до 6 км. Выявленные морфологические особенности пространственного строения комплекса демонстрируют наличие латеральных неоднородностей в распределении вертикальной мощности. Значения плотности гранитоидов различных фаз весьма близки, что не позволяет достоверно дифференцировать их в рамках модели. Согласно результатам комплексного моделирования, Павловский батолит по форме является силлообразным плутоном с рядом субвертикальных структур, которые интерпретируются как потенциальные магмоподводящие каналы. Плутоны такой формы характерны для обстановок растяжения в условиях ограниченного преобладания давления поднимающейся магмы над литостатическим напряжением.
Заключение: Полученная модель строения верхней коры, опирающаяся на совокупность геолого-геофизических данных, вполне отвечает существующим подходам к пониманию природы формирования павловского мигматит-гранит-граносиенитового комплекса. Представленная модель может быть использована для формирования содержательных геодинамических построений эволюции Воронежского кристаллического массива.
Скачивания
Литература
2. Shchipansky A. A., Kheraskova T. N. The Volga-Don Collisio¬nal Orogen in the East European Craton as a Paleoproterozoic Analog of the Himalayan-Tibetan Orogen. Geodynamics & Tectonophysics, 2023, vol. 14 (2), 0692.
3. Nenakhov V. M. Mineragenicheskie issledovaniya territorij s dvukh"yarusnym stroeniem na primere Voronezhskogo kristal¬licheskogo massiva [Mineragenic studies of territories with a two-tiered structure on the example of the Voronezh crystal massif]. Moscow, GEOKART. GEOS publ., 2007. 284 p. (In Russ.)
4. Egipko O. I. Nekotorye mineralogo-petrograficheskie i geo¬khimicheskie osobennosti dokembrijskikh granitoidov yugo-vostochnoj chasti Voronezhskogo kristallicheskogo massiva: diss. … kand. geol. min. nauk [Some mineralogical, petrographic and geo¬chemical features of Precambrian granitoids of the southeastern part of the Voronezh crystalline massif. PhD diss]. Voronezh, VSU publ., 1971. 367 p. (In Russ.)
5. Chernyshov N. M., Nenakhov V. M., Lebedev I. P., Strick Yu. N. Geodinamicheskaya model' formirovaniya VKM [Geodynamic model of VCM formation]. Geotektonika – Geotecto¬nics, 1997, no. 3. pp. 21–31 (In Russ.)
6. Nenakhov V. M., Bondarenko S. V. Tektonicheskaya ehvolyu¬ciya Losevskoj shovnoj zony Voronezhskogo kristallicheskogo massiva v paleoproterozoe [Tectonic evolution of the Losev suture zone of the Voronezh crystalline massif in the Paleoproterozoic]. Geotektonika – Geotectonics, 2011, no. 4, pp. 43‒59 (In Russ.)
7. Nikitin A. V., Nenakhov V. M. O proiskhozhdenii granitoidov pavlovskogo kompleksa i ikh strukturnykh preobrazovaniyakh na stadii konsolidirovannoj kory [On the origin of granitoids of the Pavlovsk complex and their structural transformations at the stage of consolidated crust]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo univer¬siteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2017, no. 3, pp. 46‒60 (In Russ.)
8. Terentyev R. A., Savko K. A. Mineral'naya termobarometriya i geokhimiya paleoproterozojskikh magnezial'no-kalievykh granito-idov pavlovskogo plutona, Vostochno-Evropejskij kraton [Mineral thermobarometry and geochemistry of Paleoproterozoic magnesia-potassium granitoids of the Pavlovsk Pluto, East European craton]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2017, no. 3, pp. 34‒45 (In Russ.)
9. Terentyev R. A., Savko K. A., Petrakova M. E., Santosh M., Korish E. H. Paleoproterozoic granitoids of the Don terrane, East-Sarmatian Orogen: age, magma source and tectonic implications. Precambrian Research, 2020, vol. 346.
10. Petrakova M. E., Anisimov R. L., Baltybaev SH. K. Ob istoch¬nikakh magm dlya porod potudanskogo i pavlovskogo kompleksov v Volgo-Donskom orogene (Voronezhskij kristallicheskij massiv) [On magma sources for rocks of the Potudan and Pavlovsky complexes in the Volga-Don orogen (Voronezh crystalline massif)]. Trudy Fers¬manovskoj nauchnoj sessii GI KNC RAN ‒ Proceedings of the Fersman scientific session of the GI KSC RAS, 2021, 18, pp. 332‒337 (In Russ.)
11. Mints M.V., Dokukina K.A., Konilov A.N., Philippova I.B., Zlobin V.L., Babayants P.S., Belousova E.A., Blokh Y.I., Bogina M.M., Bush W.A., Dokukin P.A., Kaulina T.V., Natapov L.M., Piip V.B., Stupak V.M., Suleimanov A.K., Trusov A.A., Van K.V., Zamozhniaya N.G. East European Craton: Early Precambrian history and 3D models of deep crustal structure. Geol. Soc. of Amer., Special Paper. 2015. vol. 510. 433 p.
12. Buyanov A. F., Glaznev V. N., Raevskij A. B., Skopenko G. B. Kompleksnaya interpretaciya dannykh gravimetrii, sejsmometrii i geotermii [Comprehensive interpretation of gravimetry, seismometry and geothermal data]. Geofizicheskij zhurnal ‒ Geophysical Journal, 1989, vol. 11, no. 2, pp. 30‒39 (In Russ.)
13. Glaznev V. N., Raevsky A. B., Skopenko G. B. A three-dimensional integrated density and thermal model of the Fennoscandian lithosphere. Tectonophysics, 1996, vol. 258, pp. 15-33.
14. Glaznev V. N. Kompleksnye geofizicheskie modeli litosfery Fennoskandii [Complex geophysical models of the lithosphere of Fennoscandia]. Apatites, "KaeM" publ., 2003, 252 p. (In Russ.)
15. Glaznev V. N., Mints M. V., Muravina O. M., Raevsky A. B., Osipenko L. G. Complex geological-geophysical 3D model of the crust in the southeastern Fennoscandian Shield: Nature of density layering of the crust and crust-mantle boundary. Geodynamics & Tectonophysics. 2015, vol. 6, no. 2, pp. 133–170.
16. Mints M. V., Glaznev V. N., Muravina O. M., Sokolova E. Yu. 3D model of Svecofennian Accretionary Orogen and Karelia Craton based on geology, reflection seismics, magnetotellurics and density modelling: Geodynamic speculations. Geoscience Frontiers, 2020, vol. 11 (3), pp. 999–1023.
17. Muravina O. M. Plotnostnaya model' zemnoj kory Voro¬nezhskogo kristallicheskogo massiva [Density model of the Earth's crust of the Voronezh crystalline massif]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2016, no. 1, pp. 108–114 (In Russ.)
18. Glaznev V. N., Mints M. V, Muravina O.M. Plotnostnoe mode¬lirovanie central'noj chasti Vostochno-Evropejskoj platformy [Density modeling of the central part of the Eastern European Platform]. Vestnik KRAUNC. Seriya: Nauki o Zemle - Bulletin of the KRAUNTS. Series: Earth Sciences, 2016, no. 1(29), pp. 53–63 (In Russ.)
19. Mints M. V., Glaznev V. N., Muravina O. M. Glubinnoe stroenie kory yugo-vostoka Voronezhskogo kristallicheskogo massiva po geofizicheskim dannym: geodinamicheskaya ehvolyuciya v paleoproterozoe i sovremennoe sostoyanie kory [The deep structure of the crust of the southeastern Voronezh crystalline massif according to geophysical data: geodynamic evolution in the Paleoproterozoic and the current state of the crust]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2017, no. 4, pp. 5‒23 (In Russ.)
20. Glaznev V. N., Zhavoronkin V. I., Muravina O. M., Antonova I. Yu., Voronova T. A., Kholin P. V. Stroenie verkhnej kory Eleckogo uchastka Losevskogo terrejna (Voronezhskij kristallicheskij massiv) po dannym plotnostnogo modelirovaniya [The structure of the upper crust of the Yelets section of the Losevsky terrane (Voronezh crystalline massif) according to density modeling data]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2019, no. 3, pp. 74–83 (In Russ.)
21. Voronova T. A., Muravina O. M., Glaznev V. N., Berezneva S. I. Trekhmernaya plotnostnaya model' verkhnej kory v oblasti sochleneniya Losevskogo i Donskogo terrejnov (Voronezhskij kristallicheskij massiv) [Three-dimensional density model of the upper crust in the area of articulation of the Losevsky and Donskoy terranes (Voronezh crystal massif)]. Vestnik KRAUNC. Seriya: Nauki o Zemle - Bulletin of the KRAUNTS. Series: Earth Sciences, 2021, no. 1(49), pp. 24–35 (In Russ.)
22. Muravina O. M., Glaznev V. N., Voronova T. A., Terentyev R. A. Trekhmernaya plotnostnaya model' verkhnej kory v oblasti sochleneniya Losevskogo i Voroncovskogo terrejnov (Voronezhskij kristallicheskij massiv) [Three-dimensional density model of the upper crust in the area of articulation of the Losevsky and Vorontsov terranes (Voronezh crystal massif)]. Vestnik KRAUNC. Seriya: Nauki o Zemle - Bulletin of the KRAUNTS, 2022, no. 3(55), pp. 45‒57 (In Russ.)
23. Muravina O. M., Zhavoronkin V. I., Glaznev V. N. Petrofizicheskaya kharakteristika osadochnogo chekhla Voronezhskoj anteklizy [Petrophysical characteristics of the sedimentary cover of the Voronezh anteclise]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2013, no. 1, pp. 189‒196 (In Russ.)
24. Muravina O. M., Zhavoronkin V. I. Statisticheskij analiz cifrovoj osnovy petroplotnostnoj karty Voronezhskogo kristallicheskogo massiva [Statistical analysis of the digital basis of the petrodensity map of the Voronezh crystal massif]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2015, no. 2, pp. 94–99 (In Russ.)
25. Glaznev V. N., Muravina O. M., Zhavoronkin V. I., Lebedev I. P., Voronova T. A. Petroplotnostnaya karta dokembrijskogo fundamenta Voronezhskogo kristallicheskogo massiva [Petrodensity map of the Precambrian basement of the Voronezh crystalline massif]. Voronezh, CPI Scientific Book publ., 2020. 101 p. (In Russ.)
26. Glaznev V. N., Muravina O. M., Voronova T. A., Kholin V. M. Ocenka moshchnosti graviaktivnogo sloya zemnoj kory Voronezhskogo kristallicheskogo massiva [Estimation of the power of the gravitational layer of the Earth's crust of the Voronezh crystal massif]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2014, no. 4, pp. 78–84 (In Russ.)
27. Bibikova E. V., Bogdanova S. V., Postnikov A. V., Popova L. P., Kirnozova T. I., Fugzan M. M., Glushchenko V. V. Zona sochlene¬niya Sarmatii i Volgo-Uralii: izotopno-geokhronologicheskaya kharakteristika suprakrustal'nykh porod i granitoidov [The junction zone of Sarmatia and Volga-Uralia: isotope-geochronological characteristics of supracrustal rocks and granitoids]. Stratigrafiya i geologicheskaya korrelyaciya ‒ Stratigraphy and geological correlation, 2009, vol. 17, no. 6, pp. 3–16 (In Russ.)
28. Savko K .A., Samsonov A. V., Kotov A. B., Salnikova E. B., Korish E. H., Larionov A. N., Anisimova I. V., Bazikov N. S. The Early Precambrian metamorphic events in Eastern Sarmatia. Precambrian Research, 2018, vol. 311, pp. 1–23.
29. Ilin V. V. Petrofizicheskaya kharakteristika granitoidov pavlovs¬kogo kompleksa i associiruyushchikh s nimi porod (Voronezhskij kristallicheskij massiv) [Petrophysical characteristics of granitoids of the Pavlovsk complex and associated rocks (Voronezh crystalline massif)]. ⅩⅩⅣ ural'skaya molodyozhnaya nauchnaya shkola po geofizike: sb. materialov [XXIN Ural Youth Scientific School of Geophysics: coll. art. materials]. Perm, GI UrO RAS publ., 2023, pp. 79‒85 (In Russ.)
30. Terentyev R. A. Petrografiya i geokhronologiya granitov Liskinskogo plutona Voronezhskogo kristallicheskogo massiva [Petrography and geochronology of granites of the Liskinsky Pluton of the Voronezh crystalline massif]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2016, no. 3, pp. 43‒52 (In Russ.)
31. Terentyev R. A., Savko K. A., Scriabin V. Yu., Korish E. H. Petrotip paleoproterozojskogo tonalit-trond'emit-granodioritovogo usmanskogo kompleksa Losevskoj strukturno-formacionnoj zony (Voronezhskij kristallicheskij massiv) [Petrotype of the Paleoproterozoic tonalite-trondyemite-granodiorite of the Usman complex of the Losev structural-formation zone (Voronezh crystalline massif)]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2015, no. 4. pp. 42‒60 (In Russ.)
32. Chernyshov N. M. Platinonosnye formacii Kursko-Voronezh¬skogo regiona (Central'naya Rossiya) [Platinum-bearing formations of the Kursk-Voronezh region (Central Russia)]. Voronezh, VSU publ., 2004, 446 p. (In Russ.)
33. Glaznev V.N., Muravina O.M., Rayevsky A.B. Approksima¬cionnyj operator obratnoj zadachi gravimetrii dlya gorizontal'nogo sloya [Approximation operator of the inverse gravimetry problem for a horizontal layer]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. – Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2023, no. 1, pp. 97–105 (In Russ.)
34. Hogan J. P., Gilbert M. C., Price J. D. Magma traps and driving pressure: consequences for pluton shape and emplacement in an extensional regime. J. Struct. Geol, 1998, vol. 20, pp. 1155–1168.
35. Sizova E., Gerya T., Brown M., Perchuk L. L. Subduction styles in the Precambrian: Insight from numerical experiments. Lithos, 2010, vol. 116, pp. 209‒229.
36. Gerya T. Precambrian geodynamics: Concepts and models. Gondwana Research, 2014, vol. 25, pp. 442‒463.
37. Sizova E., Hauzenberger C., Fritz H., Gerya T. P-T-t evolution of mantle and associated crustal rocks in collisional orogens: Insight from numerical experiments. Earth-Science Reviews, 2024, vol. 250, pp. 1‒23.
38. Qi H., Zhao J. H., Johnson T. E. The fundamental role of H2O in the generation of Coeval Sodic and potassic granitoids at continental arcs: An example from the Yangtze Block: South China. J. Petrology, 2023, vol. 64, pp. 1–24.