Temperature distribution in the crust and upper mantle of the territory of Ukraine

Abstract

Мета – побудова тривимірної теплової моделі кори та верхньої мантії на території України. Її методична основа – схема глибинних процесів у тектоносфері, що враховує, передусім, результати тепломасоперенесення за сучасної активізації. Вони накладаються на моделі платформи (крім території Східно-Європейської платформи, до неї зараховано і Донбас), альпійської геосинкліналі Карпат та герцинсько-кіммерійської геосинкліналі Скіфської плити. Незавершений процес сучасної активізації неможливо точно описати геологічною теорією, яку використали автори. Для вибору варіанта адекватної схеми тепломасоперенесення попередньо виконано гравітаційне моделювання за системою профілів навколо північної півкулі загальною довжиною понад 30000 км, що перетинають Євразію, Північну Америку, Атлантичний та Тихий океани. Виділено схему процесу, найвідповіднішу реальності. Застосувавши її для України, з більшою точністю визначили активізовану площу. Таке завдання вирішено вперше. На півдні модель обмежена западиною Чорного моря, за глибиною – 400 км. Температури у перехідній зоні до нижньої мантії не розглядалися. Тестові теплові моделі зіставлені з геотермометрами, визначено похибку (50 °С) розрахунку та перерізу ізотерм (150 °С для глибин від 50 до 400 км, на глибині 25 км похибка нижче, переріз ізотерм – 100 °С). Встановлено зони часткового плавлення порід кори та верхньої мантії. Вони поширені у середній частині кори, у верхніх горизонтах мантії (50–100 км). На глибині близько 400 км часткове плавлення трапляється лише під неактивізованою частиною платформи. Описано відмінності моделі від представленої, пов’язані з можливими варіаціями віку процесу, його особливостями на різних поверхах тепломасоперенесення. Практична значущість. Простежено розташування родовищ корисних копалин щодо теплових аномалій та інших параметрів середовища.

The study aims to build a three-dimensional thermal model of the crust and upper mantle of the territory of Ukraine. Its basis is a scheme of deep processes in the tectonosphere, which, first of all, considers the results of heat and mass transfer during modern activation. They are superimposed on the models of the platform (except for the territory of the East European platform; the Donbass is also included in it), the Alpine geosyncline of the Carpathians, and the Hercynian-Cimmerian geosyncline of the Scythian plate. The incomplete process of modern activation cannot be accurately described by the geological theory used by the authors. Gravity modeling was previously conducted on a system of profiles around the northern hemisphere with a total length of more than 30.000 km, crossing Eurasia, North America, as well as the Atlantic and Pacific oceans to select an adequate scheme of heat and mass transfer. The paper distinguishes the most realistic scheme of the process . It is applied for Ukraine, and the more accurately the activated area is determined. Such a task was solved for the first time. In the south, the model is limited by the Black Sea depression, at a depth of 400 km. Temperatures in the transition zone to the lower mantle were not considered. Test thermal models are compared with geothermometers. The error (50 °C) of calculation and cross-section of isotherms is determined (150 °C for depths from 50 to 400 km, at a depth of 25 km the error is lower, the cross-section of isotherms is 100 °C). Zones of partial melting of the rocks of the crust and upper mantle have been established. They are distributed in the middle part of the crust, in the upper horizons of the mantle (50–100 km). At a depth of about 400 km, partial melting occurs only under the non-activated part of the platform. Differences in the model from the presented one are described. They are associated with possible variations in the age of the process and its peculiarities at different levels of heat and mass transfer. Practical significance. The study emphasizes that mineral deposits are characteristic to thermal anomalies and other environmental parameters.