Электропроводящие  слои  в  литосфере  Беларуси 

Научное руководство теоретическими исследованиями и вопросами геологической интерпретации данных магнитотеллурических зондирований (МТЗ)  на территории Беларуси осуществляется В.Н.Астапенко. Материалы, которые приводятся ниже, взяты из публикаций В.Н.Астапенко и его коллег. 

На территории Беларуси МТЗ проведены по серии профилей и в отдельных точках. Выявлены  обширные области повышенной электрической проводимости на разных уровнях литосферы (рис. 11). Это позволяет говорить о существенной неоднородности геоэлектрических параметров земной коры как по вертикали, так и по латерали. В качестве простейшего критерия для возможности выделения проводящих слоев используется  величина суммарной продольной электрической проводимости осадочного чехла: обнаружение возможно лишь тех проводящих слоев, у которых проводимость превышает или равна проводимости осадочного чехла.

Охарактеризуем найденные участки повышенной электропроводности на основе деления  земной коры на верхнюю, среднюю и нижнюю. Будем называть коровый слой аномально проводящим, если его удельное электрическое сопротивление (далее –сопротивление) меньше, чем у выше- и нижележащих слоев, а сами участки – аномалиями. Кроме того, при интерпретации будем иметь в виду, что сопротивление кристаллического фундамента на несколько порядков превышает сопротивление низов осадочного чехла. Отметим, что сопротивление фундамента на территории Беларуси варьируется в широких пределах. Максимальные величины его (10³–10⁴ Ом×м и более) характерны для приподнятой части Белорусской антеклизы. Сопротивление фундамента в Оршанской впадине и Припятском прогибе около 100 Ом×м, но для Припятского прогиба оценка весьма приблизительна из-за эффектов экранирования.

На Гомельской структурной перемычке сопротивление пород фундамента также низко (около 500 Ом×м), а несколько севернее, на Жлобинской седловине, сопротивление возрастает до 10⁴–10⁵ Ом×м.

Аномалии электропроводности верхней части фундамента (глубины  до 7 км). Наиболее обширной в этом классе является аномалия в пределах Оршанской впадины,  а также в ряде соседних пунктов МТЗ. Глубина верхней кромки электропроводящего слоя совпадает с поверхностью фундамента. Проводимость слоя находится в пределах 150–250 См, что дает мощность слоя в 2 км при сопротивлении в 8 Ом×м. В настоящее время имеются два возможных объяснения природы этой аномалии: либо это повышенная трещиноватость пород фундамента, достигающая согласно закону Арчи 6 %, либо же это новый слой осадочных пород рифейского возраста. В последнем случае необходимо считать, что  глубина до консолидированного фундамента несколько больше, чем это принято сейчас.

Множество неглубоких и локальных электрических аномалий находится в пределах Белорусско-Прибалтийского гранулитового пояса.  Глубина до верхней кромки электрического горизонта  составляет здесь  около 1 км, а проводимость – от 4 до 40 См. При мощности проводящей зоны в 1,0–1,5 км сопротивление превышает 100 Ом×м. Данные глубинных сейсмических зондирований дают для этого участка коры низкие скорости продольных волн – ~ 5,7 км/с, что может  говорить о повышенной трещиноватости верхней части  фундамента и о  проникновении на глубины 2–3 км метеорных вод.

Локальные электрические аномалии на глубинах 1–3 км с проводимостью в несколько сименсов обнаружены  в районе между Скиделем и Слонимом,  в пределах Щучинского и Вороновского районов Гродненской области. Подобные аномалии зафиксированы на Свислочском участке детальных магнитотеллурических исследований. Аномальная электропроводящая часть приурочена к зонам разломов. В зоне Щучинского разлома обнаружен ряд рудопроявлений. Все это говорит о возможности рудной природы этих аномалий электропроводности. 

Другие локальные аномалии связаны с телами мостовских гранитов (Мосты и Куренец), отдельных тел гранитов осмоловского и голеновского комплексов (Липово), а также с телами гранулитов, встречающимися в комплексах пород другого состава (Плещеницы, Смольница). Представляется, что проводящая зона в этих случаях может совпадать с нижней кромкой локальных тел, а ее природа обусловлена  как  флюидами, заполняющими трещиноватую зону контакта, так и  возможным оруденением.

Весьма сложна геометрия электропроводящих коровых аномалий на Микашевичско-Житковичском выступе фундамента. В самой западной части выступа, проводящая зона характеризуется  проводимостью  около 200 См; она  находится на глубине  около 2 км, что соответствует глубине до фундамента в примыкающих районах Припятского прогиба. При сопротивлении около 6 Ом×м мощность проводящего слоя составляет около 1,5 км. Зафиксировано погружение кровли слоя до глубины 5–10 км, причем слой наблюдается только на Житковичском блоке выступа, а на Микашевичском блоке отсутствует. Проводимость слоя повышается до 300 См при перемещении к западу. Несомненно, что на полученные оценки геоэлектрических параметров оказывают искажающее влияние амплитудные разломы, ограничивающие выступ.

Аномалии электропроводности в средней части коры (7-20 км). Наиболее обширной среднекоровой электрической аномалией на территории Беларуси является аномалия Белорусской антеклизы, которая пересечена рядом профилей. Верхняя кромка электрического горизонта приурочена к глубинам 8–10 км, а проводимость слоя изменяется в пределах 3–50 См. При предполагаемой мощности в 10 км сопротивление пород составит порядка 300 Ом×м. Конфигурация проводящих зон сложна и природу аномалии, по-видимому, нельзя представить однородным слоем. Наиболее проводящими являются зоны бластомилонитов в пределах Белорусско-Прибалтийского гранулитового пояса и Центрально-Белорусская зона, в которой широко развиты породы амфиболовой фации метаморфизма. Породы гранулитовой фации (кристаллические сланцы) обладают большим сопротивлением.

Природа электрической аномалии Белорусской антеклизы связывается с поведением амфиболита (роговой обманки) в присутствии флюидов при РТ-условиях, характерных для глубин 8–12 км. Достигнуть величины суммарного сопротивления в 300 Ом×м возможно при  1% общей пористости среды, заполненной насыщенным флюидом.

Несколько отличаются параметры аномалии электропроводности, приуроченной к Бобовнянскому гранито-гнейсовому куполу. Здесь происходит увеличение глубины до кровли электропроводящего слоя от 10 км в центральной части до 18 км на периферии с одновременным увеличением проводимости с 50 до 200 См. Точки МТЗ находятся в районе пересечения многих важных разломов: Кореличского, Минского, Стоходско-Могилевского, Северо-Припятского, что, несомненно, сказывается на увеличении проводимости аномалии. Согласно имеющемуся экспериментальному материалу, аномалия расположена внутри прямоугольника Барановичи-Столбцы-Марьина Горка-Слуцк-Барановичи. 

При благоприятных условиях наблюдений – малой проводимости осадочного чехла, обусловленной мощной непроводящей соленосной толщей, – в южной части профиля EUROBRIDGE удалось выделить ряд однотипных проводящих зон: Шестовичскую, Ельскую и Южно-Припятскую аномалии, приуроченные к соответствующим разломам. Верхняя кромка их находится на глубине порядка 10 км, проводимость достигает 150 См, что дает сопротивление в 100 Ом×м, при мощности слоя в 10 км. Очевидно, что аномалии приурочены к зонам разуплотнения в фундаменте, что подтверждается данными глубинных сейсмических  зондирований.

Бобруйская аномалия электропроводности  относится к переходному типу, поскольку при глубине верхней кромки в 10 км имеет мощность в 25 км, т. е. распространяется в нижнюю кору. Малая величина проводимости, не превышающая 100 См, дает величины сопротивления в несколько сот Ом×м. Примерно такие же параметры имеет Кормянская аномалия. Интересно отметить, что обе аномалии приурочены к щелочным породам мышковичской и лучковской свит бобруйской серии верхнего протерозоя. Увеличение щелочности верхов фундамента может быть связано и с увеличением щелочности амфиболов и пироксенов нижней коры, что в свою очередь может уменьшить сопротивление пород в низах фундамента.

Аномалии электропроводности в нижней коре (20–50 км). Обширная аномалия электропроводности в нижней коре занимает северную часть Беларуси. Ее называют  Полоцкой.  Ее параметры: глубина до верхней кромки электропроводящего горизонта 20 км, проводимость около 300 См, что при мощности слоя в 15 км дает сопротивление около 60 Ом×м. Отсутствие в этом районе тепловых потоков, превышающих 40 мВт/м²,  не позволяет говорить о возможности частичного плавления на глубинах нижней коры, но не исключает возможности современной тектонической активизации, происходящей в литосфере региона. Наряду с флюидами и повышенной трещиноватостью, свой вклад в повышение электропроводности здесь могут внести и щелочные амфиболы и пироксены. Это предположение подтверждается Гомельской аномалией электропроводности, глубина кровли электрического горизонта которой  порядка 20–30 км, а проводимость до 100 См. Здесь известны проявления щелочного вулканизма и трубки взрыва, выполненные щелочными породами.

Две небольшие по протяженности, но весьма важные нижнекоровые аномалии приурочены к западной и восточной границам Белорусско-Прибалтийского гранулитового пояса. Первая из них находится в районе г. Гродно и тяготеет к Гродненскому разлому. Северная граница аномалии, по-видимому, находится в Литве, севернее г. Друскининкай. Отметим, что западнее, на территории Польши обнаружены щелочные породы – карбонатиты. Вторая аномалия, по предварительным данным, совпадает с областью развития на поверхности фундамента пород околовской серии и расположена между Кореличским и Минским разломами, тяготея к ним. Подобная же аномалия прослежена в районе г.п.Ракова.

Астенопроводящий слой (глубина 100 км). Впервые информация   об астеносферном слое по данным МТЗ получена  в северной части Беларуси в районе г.Полоцка. Здесь на ряде точек МТЗ установлен проводящий слой в 1200 См на глубинах, превышающих 120 км. По данным МТЗ на  Плещеницкой обсерватории  астеносферный слой проводимостью в 1800–2600 См обнаружен на глубинах 100–180 км.