The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data)
Analysis of the materials of geophysical studies using the data on the physical properties of rocks at various depths contributes to more substantiated understanding the structure of the Earth's crust horizons which are not accessible for drilling. In this regard, our method of petrophysical th...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215078 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543463047168000 |
|---|---|
| author | Korchyn, V.A. Burtnyi, P.A. Karnaukhova, E.E. |
| author_facet | Korchyn, V.A. Burtnyi, P.A. Karnaukhova, E.E. |
| author_sort | Korchyn, V.A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-01-21T10:42:21Z |
| description | Analysis of the materials of geophysical studies using the data on the physical properties of rocks at various depths contributes to more substantiated understanding the structure of the Earth's crust horizons which are not accessible for drilling. In this regard, our method of petrophysical thermobaric modeling (PTBM) is a successful tool for this purpose. Its basic principle is a comparison (taking into account surface geology) of experimental data on changes in the physical parameters of rocks (in particular, the velocity of elastic longitudinal waves (Vp=f (Н)) and density (ρ=f (Н)) under РT-conditions of thermobaric deep regimes of the Earth’s crust of the study regions and DSS and gravimetric information. Continuing the study of the elastic-density characteristics of rocks and minerals under high pressures and temperatures, we present the results of experiments to examine changes in the density of igneous and ultrametamorphic rocks. They are widespread in the Ukrainian shield, mostly often found in the form of large blocks and massifs with the thickness of up to several tens of kilometers. Our long-term studies convincingly show that temperature significantly influences the relationships of Vp and ρ under conditions of great depths. As experiments demonstrate, they vary according to nonlinear laws with a depth indicating maxima and minima. The simultaneous effect of pressure and temperature on the mineral substance corresponding to the interval of depths of the Earth's crust of 5—20 km results in inversion zones of the elastic waves velocity and density. The zones are similar to the low velocity zones (LVZs) found in the Earth’s crust by DSS methods and are characterized by rocks decompaction. Like the LVZs of reduced density (according to experimental data), the inversion zones are sensitive to the temperature conditions of the Earth’s crust. With increasing deep heat flux, the rock density decreases, the ability of rocks decompaction increases, their permeability and hygroscopicity increase that can activate the process of fluid movement and their localization. Such crustal anomalies must be taken into account in refining the relationship of Vp=f (ρ) at various depths (the most important relation in seismic-gravity modeling and PTBM). In most cases, this relationship for all specimens of rocks at certain depths is far from linear one contrary to popular opinion. First of all, this observation is explained by the complex dependences of the elastic and density characteristics of rocks with depth. The materials of an experimental study of the elastic-density characteristics of igneous and ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield under model deep conditions of the Earth’s crust are widely used for petrophysical thermobaric modeling of specific sections of the deep horizons of the Earth’s crust of various regions of the planet. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:11:39Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-215078 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:11:39Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2150782021-01-21T10:42:21Z The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) Плотность магматических, ультраметаморфических пород Украинского щита в модельных глубинных условиях земной коры (экспериментальные данные) Густина магматичних та ультраметаморфічних порід Українського щита в модельних глибинних умовах земної кори (експериментальні дані) Korchyn, V.A. Burtnyi, P.A. Karnaukhova, E.E. rock density thermodynamic decompaction pressure temperature «velocity—density» petrophysical thermobaric modeling плотность пород термодинамическое разуплотнение давление температура «скорость—плотность» петрофизическое термобарическое моделирование густина порід термодинамічне розущільнення тиск температура «швидкість—густина» петрофізичне термобаричне моделювання Analysis of the materials of geophysical studies using the data on the physical properties of rocks at various depths contributes to more substantiated understanding the structure of the Earth's crust horizons which are not accessible for drilling. In this regard, our method of petrophysical thermobaric modeling (PTBM) is a successful tool for this purpose. Its basic principle is a comparison (taking into account surface geology) of experimental data on changes in the physical parameters of rocks (in particular, the velocity of elastic longitudinal waves (Vp=f (Н)) and density (ρ=f (Н)) under РT-conditions of thermobaric deep regimes of the Earth’s crust of the study regions and DSS and gravimetric information. Continuing the study of the elastic-density characteristics of rocks and minerals under high pressures and temperatures, we present the results of experiments to examine changes in the density of igneous and ultrametamorphic rocks. They are widespread in the Ukrainian shield, mostly often found in the form of large blocks and massifs with the thickness of up to several tens of kilometers. Our long-term studies convincingly show that temperature significantly influences the relationships of Vp and ρ under conditions of great depths. As experiments demonstrate, they vary according to nonlinear laws with a depth indicating maxima and minima. The simultaneous effect of pressure and temperature on the mineral substance corresponding to the interval of depths of the Earth's crust of 5—20 km results in inversion zones of the elastic waves velocity and density. The zones are similar to the low velocity zones (LVZs) found in the Earth’s crust by DSS methods and are characterized by rocks decompaction. Like the LVZs of reduced density (according to experimental data), the inversion zones are sensitive to the temperature conditions of the Earth’s crust. With increasing deep heat flux, the rock density decreases, the ability of rocks decompaction increases, their permeability and hygroscopicity increase that can activate the process of fluid movement and their localization. Such crustal anomalies must be taken into account in refining the relationship of Vp=f (ρ) at various depths (the most important relation in seismic-gravity modeling and PTBM). In most cases, this relationship for all specimens of rocks at certain depths is far from linear one contrary to popular opinion. First of all, this observation is explained by the complex dependences of the elastic and density characteristics of rocks with depth. The materials of an experimental study of the elastic-density characteristics of igneous and ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield under model deep conditions of the Earth’s crust are widely used for petrophysical thermobaric modeling of specific sections of the deep horizons of the Earth’s crust of various regions of the planet. Анализ материалов геофизических исследований с привлечением данных о физических свойствах горных пород на различных глубинах способствует более обоснованному пониманию строения горизонтов земной коры, не доступных бурению. В этом аспекте успешным является предложенный нами метод петрофизического термобарического моделирования (ПТБМ). В основе построений лежит сопоставление (с учетом поверхностной геологии, материалов ГСЗ и гравиметрии) с экспериментальными данными об изменении физических параметров горных пород (в частности, скорости распространения упругих продольных волн, Vp=f(Н), и плотности, ρ=f(Н)) в РТ-условиях, соответствующих термобарическим глубинным режимам земной коры исследуемых регионов. Как продолжение изучение упругоплотностных характеристик горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах представлены результаты экспериментальных исследований изменения плотности магматических и ультраметаморфических пород. Последние развиты практически повсеместно на территории Украинского щита, чаще всего встречаются в виде обширных блоков и массивов мощностью до нескольких десятков километров. Нашими многолетними исследованиями убедительно показано, что в условиях больших глубин на зависимости Vp и ρ существенно влияет температура. Согласно экспериментам, эти параметры изменяются по нелинейным законам с проявлением на зависимостях с глубиной максимумов и минимумов. При программных, одновременно действующих на минеральное вещество давлениях и температурах, соответствующих интервалу глубин земной коры 5—20 км, выявлены зоны инверсии скорости распространения упругих волн в породах и их плотности, подобно обнаруженным методами ГСЗ в земной коре зон низких скоростей (ЗНС), которые сопровождаются разуплотнением пород. Как и зоны низких сейсмических скоростей, горизонты пониженной плотности (по экспериментальным данным) чувствительны к температурным режимам земной коры. С повышением глубинного теплового потока уменьшается плотность пород, активизируется способность пород к разуплотнению, увеличивается их проницаемость и гигроскопичность, что приводит к более интенсивному процессу перемещения флюидов. Подобные коровые аномалии необходимо учитывать при уточнении зависимости Vp=f (ρ) на различных глубинах (наиболее важное отношение при сейсмогравитационном моделировании и ПТБМ). В большинстве случаев эта связь для всех разновидностей пород на определенных глубинах далека от линейной, как часто ее представляют. Прежде всего, это объяснимо сложными зависимостями упругих и плотностных характеристик горных пород с глубиной. Материалы экспериментального изучения упругоплотностных характеристик магматических и ультраметаморфических пород Украинского щита в модельных глубинных условиях земной коры используются для петрофизического термобарического моделирования участков глубинных горизонтов земной коры различных регионов планеты. Аналіз матеріалів геофізичних досліджень із залученням даних щодо фізичних властивостей гірських порід на різних глибинах сприяє обґрунтованішому розумінню будови горизонтів земної кори, недоступних бурінню. У цьому аспекті успішним є запропонований нами метод петрофізичного термобаричного моделювання (ПТБМ). В основі його побудов лежить зіставлення (з урахуванням поверхневої геології) експериментальних даних щодо зміни фізичних параметрів гірських порід (зокрема швидкості поширення пружних поздовжніх хвиль, Vp=f (Н), і густини (ρ=f(Н)) в РТ-умовах, які відповідають термобаричним глибинним режимам земної кори досліджуваних регіонів, з матеріалами ГСЗ і гравіметрії. Як продовження вивчення пружногустинних характеристик гірських порід і мінералів за високих тиску і температури наведено результати експериментальних досліджень зміни густини магматичних і ультраметаморфічних порід. Вони поширені практично повсюдно в межах Українського щита, найчастіше — у вигляді великих блоків і масивів потужністю до декількох десятків кілометрів. Нашими багаторічними дослідженнями переконливо показано, що в умовах великих глибин на залежності Vp і ρ істотно впливає температура. Згідно з експериментами, ці параметри змінюються за нелінійними законами з проявом на їх залежностях з глибиною максимумів і мінімумів. За програмних одночасних впливів на мінеральну речовину тиску і температури, що відповідають інтервалу глибин земної кори 5—20 км, виявлено зони інверсії швидкості поширення пружних хвиль у породах і їх густини, подібно до виявлених методами ГСЗ у земній корі зон низьких швидкостей (ЗНС), які супроводжуються розущільненням порід. Як і зони низьких сейсмічних швидкостей, горизонти зниженої густини (за експериментальними даними) чутливі до температурних режимів земної кори. З підвищенням глибинного теплового потоку знижується густина порід, активізується здатність порід до розущільнення, підвищуються їх проникність і гігроскопічність, що може активізувати процес переміщення флюїдів, їх локалізацію. Подібні корові аномалії необхідно враховувати при уточненні залежності Vp=f (ρ) на різних глибинах (найважливіше співвідношення при сейсмогравітаційному моделюванні і ПТБМ). У більшості випадків цей зв’язок для всіх різновидів порід на певних глибинах далекий від лінійного, як часто його уявляють. Насамперед це можна пояснити складними залежностями пружних і густинних характеристик гірських порід з глибиною. Матеріали експериментального вивчення пружногустинних характеристик магматичних і ультраметаморфічних порід Українського щита в модельних глибинних умовах земної кори широко використовують для петрофізичного термобаричного моделювання конкретних ділянок глибинних горизонтів земної кори в різних регіонах планети. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-11-02 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215078 10.24028/gzh.0203-3100.v42i5.2020.215078 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 5 (2020); 148-171 Геофизический журнал; Том 42 № 5 (2020); 148-171 Геофізичний журнал; Том 42 № 5 (2020); 148-171 2524-1052 0203-3100 ru https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215078/215595 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | rock density thermodynamic decompaction pressure temperature «velocity—density» petrophysical thermobaric modeling Korchyn, V.A. Burtnyi, P.A. Karnaukhova, E.E. The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title | The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title_alt | Плотность магматических, ультраметаморфических пород Украинского щита в модельных глубинных условиях земной коры (экспериментальные данные) Густина магматичних та ультраметаморфічних порід Українського щита в модельних глибинних умовах земної кори (експериментальні дані) |
| title_full | The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title_fullStr | The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title_full_unstemmed | The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title_short | The density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the Ukrainian shield in model deep conditions of the Earth’s crust (experimental data) |
| title_sort | density of magmatic, ultrametamorphic rocks of the ukrainian shield in model deep conditions of the earth’s crust (experimental data) |
| topic | rock density thermodynamic decompaction pressure temperature «velocity—density» petrophysical thermobaric modeling |
| topic_facet | rock density thermodynamic decompaction pressure temperature «velocity—density» petrophysical thermobaric modeling плотность пород термодинамическое разуплотнение давление температура «скорость—плотность» петрофизическое термобарическое моделирование густина порід термодинамічне розущільнення тиск температура «швидкість—густина» петрофізичне термобаричне моделювання |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215078 |
| work_keys_str_mv | AT korchynva thedensityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata AT burtnyipa thedensityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata AT karnaukhovaee thedensityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata AT korchynva plotnostʹmagmatičeskihulʹtrametamorfičeskihporodukrainskogoŝitavmodelʹnyhglubinnyhusloviâhzemnojkoryéksperimentalʹnyedannye AT burtnyipa plotnostʹmagmatičeskihulʹtrametamorfičeskihporodukrainskogoŝitavmodelʹnyhglubinnyhusloviâhzemnojkoryéksperimentalʹnyedannye AT karnaukhovaee plotnostʹmagmatičeskihulʹtrametamorfičeskihporodukrainskogoŝitavmodelʹnyhglubinnyhusloviâhzemnojkoryéksperimentalʹnyedannye AT korchynva gustinamagmatičnihtaulʹtrametamorfíčnihporídukraínsʹkogoŝitavmodelʹnihglibinnihumovahzemnoíkorieksperimentalʹnídaní AT burtnyipa gustinamagmatičnihtaulʹtrametamorfíčnihporídukraínsʹkogoŝitavmodelʹnihglibinnihumovahzemnoíkorieksperimentalʹnídaní AT karnaukhovaee gustinamagmatičnihtaulʹtrametamorfíčnihporídukraínsʹkogoŝitavmodelʹnihglibinnihumovahzemnoíkorieksperimentalʹnídaní AT korchynva densityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata AT burtnyipa densityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata AT karnaukhovaee densityofmagmaticultrametamorphicrocksoftheukrainianshieldinmodeldeepconditionsoftheearthscrustexperimentaldata |