Area-wide 2D and quasi-3D geoelectric models of the earth's crust and upper mantle as a possible evidence of recent tectonic activity in the western part of the ukrainian shield

Abstract

Мета роботи – моделювання розподілу електропровідності в північно-західній частині Українського щита та вивчення взаємозв’язку геоелектричних аномалій із природними родовищами корисних копалин та з ознаками можливої тектонічної активізації довгоіснуючих систем розломів на щиті. Методологія досліджень основана на довгоперіодних магнітотелуричних і магнітоваріаційних вимірюваннях в діапазоні періодів від 3–16 до 2500–3600 с. Густа мережа пунктів вимірювань дала змогу дослідити геоелектричну структуру сегмента Українського щита, обмеженого координатами 26°–30°E та 48°– 51,7°N. 2D та квазі-3D інверсії отриманих магнітотелуричних та геомагнітних відгуків привели до створення оглядових моделей питомого електроопору/провідності для території досліджень. В результаті на різних глибинах були виявлені геоелектрично аномальні структури. Локальний характер провідників та їхнє положення вказують на їх зв’язок із нещодавно активованими зонами розломів, місцями їх перетину та з металогенезом. Докембрійський вік кристалічних порід досліджуваної території вказує на переважно електронний тип графітно-сульфітного походження підвищеної електропровідності, однак глибина провідних аномалій, їх вертикальна протяжність і зв’язок з оновленими системами розломів можуть свідчити про генетичний зв’язок різних мінералів і їх подальше осадження з глибинною міграцією флюїдів. Наукова новизна. Отримані результати спрямовані на з’ясування глибинної будови та співвіднесення геоелектричних особливостей земної кори та верхньої мантії з системами розломів та родовищ різних корисних копалин і самі по собі можуть бути додатковим свідченням можливих тектонічних активізаційних процесів на досліджуваній території. Практична значущість. Подані результати можуть принести економічну користь завдяки визначенню районів наявності мінеральної сировини, а у вивченні геодинаміки можуть сприяти оцінюванню природної небезпеки під час картографування простягання тектонічно активних систем розломів.

The purpose of the presented work was to model the electrical conductivity distribution in the northwestern part of the Ukrainian shield and to study the relationship of geoelectric anomalies with natural mineral deposits and with signs of possible tectonic activation of long-lived fault systems on the Shield. The methodology was based on long-period magnetotelluric and magnetovariational measurements in the period range of 3–16 to 2500–3600 s. The dense network of measurement sites made it possible to explore the geoelectric structure of the Ukrainian Shield segment limited by the coordinates 26°–30°E and 48°-51,7°N. 2D and quasi-3D inversion of the obtained magnetotelluric and geomagnetic responses resulted in the creation of overview models of electrical resistivity/conductivity for the territory of investigation. As a result, geoelectrically anomalous structures were identified at different depths. The local character of the conductors and their position indicate their connection with recently activated fault zones, their junctions and with metallogeny. The Precambrian age of crystalline rocks of the investigated area refers mainly to the electronic-type graphite-sulphite origin of increased conductivity, however the depth of conductive features, their vertical extent and their link to rejuvenated fault systems may indicate the genetic connection of various minerals and their subsequent precipitation with deep fluid migration. Originality. The obtained results aimed at clarifying the deep structure and correlating the geoelectric features of the earth’s crust and upper mantle with fault systems and deposits of various natural mineral sources. In addition, they alone can serve as further evidence of possible tectonic activation processes in the studied area. Practical significance. The presented results can bring social benefits by identifying areas of mineral endowment, and in the field of geodynamics they can contribute to the assessment of natural hazard in mapping the course of tectonically active fault systems.