Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості
У земній корі (Н=5-20 км) зони низьких швидкостей (ЗНШ) можуть мати термобаричну природу. Вони виникають і змінюються залежно від глибинних температурних градієнтів і температурних потоків. На конфігурацію ЗНШ фізичні зміни параметрів порід впливають більше, ніж мінеральний склад. У земних над...
Saved in:
| Date: | 2011 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
2011
|
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59500 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості / В.О. Корчін // Геодинаміка. — 2011. — № 2 (11). — С. 122-124. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-59500 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-595002014-04-09T03:02:20Z Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості Корчін, В.О. У земній корі (Н=5-20 км) зони низьких швидкостей (ЗНШ) можуть мати термобаричну природу. Вони виникають і змінюються залежно від глибинних температурних градієнтів і температурних потоків. На конфігурацію ЗНШ фізичні зміни параметрів порід впливають більше, ніж мінеральний склад. У земних надрах з низькими температурами і тепловим потоком наявність ЗНШ мало ймовірна. В земной коре (Н=5-20 км) зоны низких скоростей (ЗНС) могут иметь термобарическую природу. Они возникают и изменяются в зависимости от глубинных температурных градиентов и температурных потоков. На конфигурацию ЗНС физические параметры пород оказывают большее влияние, чем минеральный состав. В земных недрах с низкими Т и ТП наличие ЗНС мало вероятно. As low velocity zones result from temperature destruction of rocks uncompensated by pressure at 5-20 km depths, changes in T at these depths can lead to change in intensity of the thickness of these zones and rate of decrease in Vp within them. Crustal thermobaric zones are shown to increase, decrease and disappear depending on ∂T/∂Н, ∂Р/∂Н, λ, Т. Instability of the crustal thermobaric zones of low velocity result in their episodic occurrence in the crust and their vertical and horizontal migration depending on temperature fluctuations in the crust. 2011 Article Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості / В.О. Корчін // Геодинаміка. — 2011. — № 2 (11). — С. 122-124. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59500 552.1:551.14(477) uk |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
У земній корі (Н=5-20 км) зони низьких швидкостей (ЗНШ) можуть мати термобаричну природу. Вони
виникають і змінюються залежно від глибинних температурних градієнтів і температурних потоків. На
конфігурацію ЗНШ фізичні зміни параметрів порід впливають більше, ніж мінеральний склад. У земних
надрах з низькими температурами і тепловим потоком наявність ЗНШ мало ймовірна. |
| format |
Article |
| author |
Корчін, В.О. |
| spellingShingle |
Корчін, В.О. Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| author_facet |
Корчін, В.О. |
| author_sort |
Корчін, В.О. |
| title |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| title_short |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| title_full |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| title_fullStr |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| title_full_unstemmed |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| title_sort |
зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості |
| publishDate |
2011 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/59500 |
| citation_txt |
Зони низьких сейсмічних швидкостей в земній корі і їх петрофізичні особливості / В.О. Корчін // Геодинаміка. — 2011. — № 2 (11). — С. 122-124. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT korčínvo zoninizʹkihsejsmíčnihšvidkostejvzemníjkoríííhpetrofízičníosoblivostí |
| first_indexed |
2025-07-05T10:42:21Z |
| last_indexed |
2025-07-05T10:42:21Z |
| _version_ |
1836803311348482048 |
| fulltext |
Геодинаміка 2(11)/2011
Корчін В.О., 2011
УДК 552.1:551.14(477) В.О.Корчін
ЗОНИ НИЗЬКИХ СЕЙСМІЧНИХ ШВИДКОСТЕЙ В ЗЕМНІЙ КОРІ
І ЇХ ПЕТРОФІЗИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ
У земній корі (Н=5-20 км) зони низьких швидкостей (ЗНШ) можуть мати термобаричну природу. Вони
виникають і змінюються залежно від глибинних температурних градієнтів і температурних потоків. На
конфігурацію ЗНШ фізичні зміни параметрів порід впливають більше, ніж мінеральний склад. У земних
надрах з низькими температурами і тепловим потоком наявність ЗНШ мало ймовірна.
Ключові слова: зони низьких швидкостей; тиск; температура; глибина; експеримент.
Глибинними сейсмічними дослідженнями
літосфери встановлені аномалії пружної поведінки
мінерального середовища на різних глибинах у
вигляді, так званих, зон низьких швидкостей
(ЗНШ). Зони виявлені в континентальній і
океанічній корі, в районах різної тектонічної
активності і розташовані, як правило, на глибинах
3-25 км [Трипольский, Шаров, 2004]. Вони мають
потужність від декількох метрів до 20 км із
зменшенням швидкості в них до 0,4-0,6 км/с.
Абсолютні значення швидкості в зоні зазвичай
6,1±0,4 км/с (рис. 1).
Рис. 1. Розподіл хвилеводів в земній корі
Українського (1-17), Балтійського (18-32),
Індійського (33), Канадського (34-40) щитів .
ΔVP=0,1-0,7 км/с (0,1-0,22 км/с), ΔH=3-15 км,
Нмін=5-12 км [Трипольский, Шаров, 2004].
-
-
-
-
-
-
-
-
- --------- ~
•••••••
• ••
•
••••
••
•••
•
• •
••
•••
• • •
•
• ••••
••••••••••••
•••••••••••• ••••••••••
••••••••••••
••••••••••••
••••••
•
••••••
•
••••••
••••••••••••
••••••••••••
P,
Gpa
H,
km
Vp,Vs,
km/s
11 22 33 44 55 66
0
5
10
15
20
25
0
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
VpVs
3,5 5,5 6,0 6,5 7,0
Рис. 2. Зміна VР,S=f(PT)=f(H) з глибиною для
різних гранітоїдів:
1 – пегматоїдні, 2 – порфіровидні,
3,5 – рапаківі, 4,6 – середньозернисті.
Природа зон недостатньо вивчена. Експери-
ментальними дослідженнями гірських порід
різного мінерального складу в умовах високого
тиску і температури, які змінюються за
програмами, що відповідають різним глибинам,
нами встановлені складні залежності зміни їх
пружних параметрів з глибиною [Корчин, 2007].
На залежностях VР,S=f(PT)=f(H) (рис. 2)
виявлені області інверсії швидкостей, де
утворюються так звані зони низьких швидкостей.
Ці експериментальні зони добре корелюються за
своєю конфігурацією і місцеположенням з пруж-
ними аномаліями, виявленими в земній корі в
природних умовах методом ГСЗ (рис. 1).
Встановлено, що існує порогове значення
зміни з глибиною температури при якому вини-
кають ЗНШ.
Для утворення зони необхідне виконання
умови для абсолютних величин:
H
T
T
V
H
P
P
V
PT ∂
∂
⋅
∂
∂
<
∂
∂
⋅
∂
∂
(1)
На підставі експериментальних даних
встановлено, що у разі реалізації низькотем-
пературного режиму дослідів ∂T/∂Н<9-11ºС/км
зони інверсії швидкостей на залежностях
VР=f(РТ)=f(H) не виявляються. Якщо
температурний градієнт ∂T/∂Н>15-20ºС/км в
інтервалі тиску 1,8÷3,5 кбар на залежностях
VР=f(PT), зони низьких швидкостей виявляються
чітко. Конфігурація експериментальних зон
низьких швидкостей (глибина залягання, потуж-
ність, зниження швидкості) подібні виявленим в
ході глибинного сейсмічного зондування земної
кори (рис. 1, 2). В результаті комплексного
структурного дослідження порід після дії різного
високого тиску і температур оптичними,
рентгеноструктурними, электронно-мікроскопіч-
ними методами, аналізуючи матеріали вивчення
пружних характеристик порід і даних ГСЗ,
зроблено припущення про термобаричну природу
пружньої вертикальної зональності мінеральної
речовини окремих горизонтів земної кори
[Корчин, 2007, 2010; Korchin et al., 2007].
Вважаємо, що наявність зон низьких швидкостей
в земній корі є об'єктивною реальністю, як
результат структурних перетворень порід в
умовах протиборства тиску і температури,
характерних для певних глибин літосфери.
Показано [Корчин, 2007, 2010; Korchin et al.,
2007], що умови виникнення термобаричних зон
аномальної поведінки мінеральної речовини на
певних глибинах вельми чутлива до температур.
Очевидно, флуктуації температури на глибинах 7-
122
Геодинаміка 2(11)/2011
20 км можуть змінювати параметри зони низьких
швидкостей аж до їх зникнення. Причиною такого
явища може бути зміна теплового режиму за
рахунок зміни фізичних характеристик порід в
зоні і глибинних термопроцесів. Термобаричне
петрофізичне моделювання ділянок літосфери УЩ
з коровими зонами низьких сейсмічних швид-
костей (на прикладі Придніпров'я і Западно-
Інгулецької зони) показало, що ЗНШ в корі слабо
залежать від мінерального складу порід на
відповідних глибинах. Ці зони, в першу чергу,
пов'язані з геотермічною обстановкою на відпо-
відних глибинах, тепловим потоком (ТП).
Залежно від значення теплового потоку
(сумарного) змінюються температури в літосфері,
а, також, і фізичні властивості порід, що
складають її. Так, на глибині 25 км розрахо-
вуються наступні залежності Т від ТП [Кутас,
1978]: Т=250ºС при ТП=30 мВт/м2; Т=300ºС при
ТП=40 мВт/м2; Т=500º при ТП=60 мВт/м2.
Оскільки теплові потоки на досліджуваній
ділянці УЩ варіюють від 30 до 55 мВт/м2 [Кутас,
1978], то різні блоки уздовж ділянки профілю
мають різні температурні градієнти з глибиною, а,
отже, повинні характеризуватися різною
конфігурацією зони низьких сейсмічних
швидкостей, у зв'язку з істотною залежністю їх від
∂T/∂Н. Дійсно, як видно із наведених моделей
(рис. 3), ЗНШ більш значущі і упевнено
реєструються на західній і східній ділянках, де
ТП=50-60 мВт/м2, а Т25=350-425ºС (∂T/∂Н=14-
17 С/км). У центральному блоці (ПК 110-70), де
ТП=35-45 мВт/м2, а Т=270-305ºС
(∂T/∂Н<12ºС/км).
У зв'язку з неоднорідністю теплового поля в
центральному блоці (ПК 75-30) виділяється дві
ЗНШ: перша – на глибині Н=6-9 км в гранітах
(ΔV=0,15 км/с) і друга – на Н=10-12 км в діоритах
(ΔV=0,03 км/с).
Нами експериментально підтверджено, що
існує тісний зв'язок в різних РТ-умовах між
теплопровідністю порід і їх пружними
характеристиками [Кутас, 1978; Лебедев и др.,
1980]. За розрахунками і експериментальними
даними зміна теплопровідності в земній корі в
деякому інтервалі глибин прямопропорційна зміні
пружно-щільністних характеристик мінерального
середовища і зворотньопропорційна температурі.
Показано, що теплопровідність порід в земній корі
змінюється подібно VР=f(Н), тобто на залежності
λ=f(Н) виділяються області мінімальних значень,
які співпадають з подібними для швидкостей
[Кутас, 1978; Лебедев и др., 1980; Нащекин, 1969].
Тоді зона низьких швидкостей в земній корі
характеризується зниженими значеннями λ і є
відбиваючим горизонтом для теплового потоку,
джерелом якого є термоактивні процеси на
великих глибинах. За класичними законами
термодинаміки і теплофізики наявність шару із
зниженою теплопровідністю на шляху роз-
повсюдження теплової енергії, призводить до
підвищення температури на нижній ділянці шару і
зниженню її на верхньому (рис. 4).
XXXXXXX
X
X
XX
X
X
X
XXXX X
XXXX XX
XXXX
X
XX
XXX XX
•••••
•••••
••
•
• •
•
•••
•
• ••
#####
#####
##
#
# #
#
###
#
## #
050100150
10
20
30
0
Н,км
км
1 2 3 4 5
К
К
КК
2
2
2
22
6К2XX •• ## 7
К
X X
а б
60
20
40 O
O OOO O
O
O O
O
•• •••
•••
q,мВт/м²
-- -- -
-
-
-
Рис. 3. Фрагмент схематичного розрізу
речового складу земної кори ділянки
геотраверса IV:
1 – плагиограниты, 2 – диориты, 3 – эндербиты,
4 – осадочно-вулканогенные породи
зеленокаменных структур (а) і гранитоиды
кіровоградсько-житомирського комплексу (б), 5 –
зони розломів, 6– межі К2, 7 – зона низьких
швидкостей, q – тепловий потік вздовж профілю
λґ1λ1
λ2 λґ2
λ3 λґ3
Н,км Р,кбар
Q
| | | | || | | |
5,6 6,0 6,4 6,8 Vp,км/с 0 100 200 300400Т,°C
4
12
20
28
-
-
-
-
2
4
6
8
Vp
V1 V2 V3
Т01Т01
Т02Т02
Тґ1
Тґ1
Тґ2Тґ2
Тґ3
Тґ3
Тґ4
Тґ4
Δ ΔР/ Н=0,25 кбар/км
Рис. 4. Динаміка зміни параметрів зони
низьких швидкостей у зв'язку із зміною
глибинного теплового потоку (Q)
Таким чином, порушується рівноважна РТ-
умова існування ЗНШ. Із зниженням температури
у верхній області зони порушується термобарична
умова (1). Стан порід верхнього шару зони
вирівнюється із станом вищерозміщених порід і
верхня кромка зони опускається донизу.
Одночасно, пропорційно різниці теплопровідності
мінерального середовища зони в нижній частині
підстилаючих її порід, відбувається перегрів
підошви зони, що призводить до порушення знову
ж таки умови (1) і нижня кромка зони опускається
дониуз. Більший тиск зупиняє зростання зони за
рахунок компенсації термічних структурних
порушень порід тиском. При цьому, зона змінює
свою конфігурацію – її потужність може
збільшуватися (із збільшенням інтенсивності
глибинного теплового потоку) або вона зникне (зі
зниженням надходження достатнього тепла з
123
Геодинаміка 2(11)/2011
глибини). Подібна нестійкість, нестабільність
термодинамічних зон низьких швидкостей
обумовлює їх епізодичність прояву в земній корі,
а також їх міграцію за глибиною і по горизонталі
залежно від флуктуації температурного поля в
земній корі.
Крім того, зона низьких швидкостей є
найактивнішою областю кори, де відбуваються
найбільш інтенсивні сучасні перетворення порід
за рахунок міграції глибинних флюїдів і інших
форм массопереносу газоподібних і рідких
середовищ диференціації глибинних розчинів,
формуючи в окремих областях локалізації
корисних копалини. Таким чином, корові зони
низьких швидкостей можуть бути глибинним
пошуковим критерієм корисних копалин.
Література
Корчин В.А. Структурные особенности мине-
ральной среды в РТ-условиях различных
глубин земной коры // Геофизический журнал.
― 2007. ― 29, №3. ― С.49-77.
Корчин В.О. Корові термобаричні перетворення
мінеральної речовини і пов’язане з ними
сейсмічне вертикальне розшарування
літосфери // Геодинаміка. – 2010. – №1(9). –
С. 50-56.
Korchin V.A, Kobolev V.P, Burtny P.A.,
Karnaukhova E.E. The thermobaric nature of the
low seismic velocities zone’s in the Earth crust //
Международный научно-практический
семинар “Модели земной коры и верхней
мантии”. ― 18-20 сентября, 2007. ― Санкт-
Петербург, Россия. ― CD ROM.
Кутас Р.И. Поле тепловых потоков и теоре-
тическая модель земной коры. ― Киев: Наук.
думка, 1978. ― 140 с.
Лебедев Т. С., Шаповал В. И., Корчин В. А.,
Правдивый А. А. Определение теплопровод-
ности минерального вещества по акустическим
измерениям в различных термобарических
условиях // Геофиз. журн. ― 1980. ― 11, № 5.
― С. 33―39.
Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теп-
лопередача. ― М.: Изд-во «Высшая школа»,
1969. ― 560 с.
Трипольский А.А., Шаров Н.В. Литосфера докем-
брийских щитов северного полушария Земли
по сейсмическим данным. – Петрозаводск,
2004. – 159.
ЗОНЫ НИЗКИХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СКОРОСТЕЙ В ЗЕМНОЙ КОРЕ
И ИХ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
В.А.Корчин
В земной коре (Н=5-20 км) зоны низких скоростей (ЗНС) могут иметь термобарическую природу.
Они возникают и изменяются в зависимости от глубинных температурных градиентов и температурных
потоков. На конфигурацию ЗНС физические параметры пород оказывают большее влияние, чем
минеральный состав. В земных недрах с низкими Т и ТП наличие ЗНС мало вероятно.
Ключевые слова: зона низких скоростей; давление; температура; глубина; эксперимент.
LOW VELOCITY ZONES IN THE EARTH CRUST AND THEM PETROPHYSICAL FEATURES
V. Korchin
As low velocity zones result from temperature destruction of rocks uncompensated by pressure at 5-20
km depths, changes in T at these depths can lead to change in intensity of the thickness of these zones and rate of
decrease in Vp within them. Crustal thermobaric zones are shown to increase, decrease and disappear depending
on ∂T/∂Н, ∂Р/∂Н, λ, Т. Instability of the crustal thermobaric zones of low velocity result in their episodic
occurrence in the crust and their vertical and horizontal migration depending on temperature fluctuations in the
crust.
Key words: low velocity zones; pressure; temperature; depth; experiment.
Інститут геофізики ім.С.І.Субботіна НАН України, м. Київ
124
|