gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2023-14-5-0720gtcrust-1743Research ArticleТЕКТОНОФИЗИКАTECTONOPHYSICSМОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТОСФЕРЫ РЕГИОНА БЕЛОГО МОРЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕКОМПОЗИЦИИ АНОМАЛЬНЫХ ГРАВИТАЦИОННОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙMODELING OF THE LITHOSPHERE IN THE WHITE SEA REGION USING DECOMPOSITION OF ANOMALOUS GRAVITATIONAL AND MAGNETIC FIELDSБелашевБ. З.BelashevB. Z.

185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

11 Pushkinskaya St, Petrozavodsk 185910

БакуновичЛ. И.BakunovichL. I.

185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

11 Pushkinskaya St, Petrozavodsk 185910

luba5_89@mail.ruШаровН. В.SharovN. V.

185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

11 Pushkinskaya St, Petrozavodsk 185910

Институт геологии КарНЦ РАНРоссияInstitute of Geology, Karelian Research Centre of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202317102023145720720Copyright © Белашев Б.З., Бакунович Л.И., Шаров Н.В., 20232023Белашев Б.З., Бакунович Л.И., Шаров Н.В.Belashev B.Z., Bakunovich L.I., Sharov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1743

Район исследования включает акваторию Белого моря и прилегающую сушу, находящиеся в зоне сочленения восточной части Фенноскандинавского щита и Русской плиты. Цель исследования – разработка моделей строения литосферы региона с использованием декомпозиции аномальных гравитационного и магнитного полей и решения для компонент обратных задач соответственно грави- и магниторазведки. Декомпозиция поля выполнена методом сингулярного разложения в пакете программ «R 4.3.1». Обратные задачи решены программами комплекса «Интегро». Компоненты помогают выявлять и детально анализировать погребенные геологические структуры. Рифтовая система Белого моря наиболее четко представлена четвертой компонентой гравитационного и магнитного полей. Определены положения плотностных и магнитных неоднородностей земной коры региона, отвечающих компонентам. Выполнено сравнение компонентной модели с сейсмоплотностной и магнитной моделями литосферы по геотраверсу 3-АР (Кемь – Горло Белого моря).

The research area includes the White Sea and adjacent land located in the junction zone of the eastern part of the Fennoscandian Shield and the Russian Plate. The purpose of the study is to construct a model of the lithospheric structure of the region using decomposition of anomalous gravitational and magnetic fields and inverse problem solving for components of gravity and magnetic fields, respectively. The decompositions of the fields were provided by the singular spectral method in the software package "R 4.3.1". The inverse problems were solved using the programs of the "Integro" complex. The components of the fields help to identify and analyze buried geological structures. The rift system of the White Sea is most clearly represented by the fourth component of the gravitational and magnetic fields. The positions of density and magnetic inhomogeneities of the Earth’s crust corresponding the components of the fields have been determined. The component model is compared with the seismic density and magnetic models of the lithosphere along the 3-AР geotraverse (Kem – White Sea Throat).

Белое морелитосферарифтовая системагравитационное и магнитное поляплотностьмагнитная восприимчивостьсейсмоплотностная и магнитная моделисингулярное разложениекомплексы программ «R 4.3.1» и «Интегро»White Sealithosphererift systemgravitational and magnetic fieldsdensitymagnetic susceptibilityseismic density and magnetic modelssingular value decomposition"R 4.3.1" and "Integro" software productsРабота выполнена в рамках бюджетного финансирования КарНЦ РАН (Институт геологии). Авторы благодарят рецензентов и редколлегию журнала за проделанную работу по улучшению статьи и замечания, уточняющие ее отдельные положения.The study was funded from the budget of KarRC RAS (Institute of Geology). The authors thank the reviewers and the editorial board of the journal for editing and improving the article.ReferencesГеодинамика и возможная нефтегазоносность Мезенского осадочного бассейна / Ред. С.В. Аплонов, Д.Л. Федоров. СПб.: Наука, 2006. 319 с.].Aplonov S.V., Fedorov D.L. (Eds), 2006. Geodynamics and Possible Oil and Gas Potential of the Mezensk Sedimentary Basin. Nauka, Saint Petersburg, 319 p. (in Russian)Балуев А.С., Брусиловский Ю.В., Иваненко А.Н. Структура земной коры Онежско-Кандалакшского палеорифта по данным комплексного анализа аномального магнитного поля акватории Белого моря // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 4. С. 1293–1312]. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0396.Baluev A.S., Brusilovsky Yu.V., Ivanenko A.N., 2018. The Crustal Structure of Onega-Kandalaksha Paleorift Identified by Complex Analysis of the Anomalous Magnetic Field of the White Sea. Geodynamics & Tectonophysics 9 (4), 1293–1312 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0396.Балуев А.С., Колодяжный С.Ю., Терехов Е.Н. Сравнительная тектоника палеорифтовой системы Белого моря и других систем континентального рифтинга // Литосфера. 2021. Т. 21. № 4. С. 469–490]. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2021-21-4-469-490.Baluev А.S., Kolodyazhny S.Yu., Terekhov Е.N., 2021. Comparative Tectonics of the White Sea Paleorift System and Other Continental Rifting Systems. Lithosphere 21 (4), 469–490 (in Russian) https://doi.org/10.24930/1681-9004-2021-21-4-469-490.Baluev А.S., Moralev V.М., Glukhovskii М.Z., Przhijalgovskii E.S., Terekhov E.N., 2000. Tectonic Evolution and Magmatism of the Belomorian Rift System. Geotectonics 34 (5), 367–379.Baluev А.S., Moralev V.М., Glukhovskii М.Z., Przhijalgovskii E.S., Terekhov E.N., 2000. Tectonic Evolution and Magmatism of the Belomorian Rift System. Geotectonics 34 (5), 367–379.Baluev A.S., Zhuravlev V.A., Przhiyalgovskii E.S., 2009. New Data on Structure of the Central Part of the White Sea Paleorift System. Doklady Earth Sciences 427, 891–896. https://doi.org/10.1134/S1028334X09060014.Baluev A.S., Zhuravlev V.A., Przhiyalgovskii E.S., 2009. New Data on Structure of the Central Part of the White Sea Paleorift System. Doklady Earth Sciences 427, 891–896. https://doi.org/10.1134/S1028334X09060014.Belashev B., Bakunovich L., Sharov N., Nilov M., 2020. Seismic Density Model of the White Sea’s Crust. Geosciences 10 (12), 492. https://doi.org/10.3390/geosciences10120492.Belashev B., Bakunovich L., Sharov N., Nilov M., 2020. Seismic Density Model of the White Sea’s Crust. Geosciences 10 (12), 492. https://doi.org/10.3390/geosciences10120492.Черемисина Е.Н., Финкельштейн М.Я., Любимова А.В. ГИС INTEGRO – импортозамещающий программно-технологический комплекс для решения геолого-геофизических задач // Геоинформатика. 2018. № 3. C. 8–17].Cheremisina Ye.N., Finkelstein M.Ya., Lyubimova A.V., 2018. GIS INTEGRO – Import Substitution Software for Geological and Geophysical Tasks. Geoinformatics 3, 8–17 (in Russian)Дюк В.А., Комашинский В.И., Малыгин И.Г. Исследование метода эмпирической модовой декомпозиции в задаче анализа акустической эмиссии // Информация и космос. 2018. № 4. С. 50–55].Diuk V.A., Komashinsky V.I., Malygin I.G., 2018. Investigation of the Empirical Mode Decomposition Method in the Scenario of Acoustic Emission Signal Analysis. Information and Space 4, 50–55 (in Russian)Долгаль А.С., Христенко Л.А. Применение эмпирической модовой декомпозиции при обработке геофизических данных // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 1. С. 100–108].Dolgal А.S., Khristenko L.А., 2017. Application of Empirical Mode Decomposition in Processing Geophysical Data. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering 328 (1), 100–108 (in Russian)Elsner J.B., Tsonis A.A., 1996. Singular Spectrum Analysis: A New Toolin Time Series Analysis. Plenum Press, New York, 164 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2514-8.Elsner J.B., Tsonis A.A., 1996. Singular Spectrum Analysis: A New Toolin Time Series Analysis. Plenum Press, New York, 164 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2514-8.Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 2010. 560 с.].Gantmakher F.R., 2010. Matrix Theory. Fizmatlit, Мoscow, 560 p. (in Russian)Гаврилов А. Корреляционная обработка изображений в системах технического зрения, 2013]. Available from: https://pandia.ru/text/79/389/25136.php (Last Accessed November 15, 2022).Gavrilov A., 2013. Correlation Image Processing in Technical Vision Systems (in Russian) Available from: https://pandia.ru/text/79/389/25136.php (Last Accessed November 15, 2022).Golyandina N., Korobeynikov A., Shlemov A., Usevich K., 2015. Multivariate and 2D Extensions of Singular Spectrum Analysis with the Rssa Package. Journal of Statistical Software 67 (2), 1–78. https://doi.org/10.18637/jss.v067.i02.Golyandina N., Korobeynikov A., Shlemov A., Usevich K., 2015. Multivariate and 2D Extensions of Singular Spectrum Analysis with the Rssa Package. Journal of Statistical Software 67 (2), 1–78. https://doi.org/10.18637/jss.v067.i02.Huang N.E., Samuel S.S.P. (Eds), 2005. Hilbert–Huang Transform and Its Applications. World Scientific Publishing Co, Singapore, 323 p. https://doi.org/10.1142/5862.Huang N.E., Samuel S.S.P. (Eds), 2005. Hilbert–Huang Transform and Its Applications. World Scientific Publishing Co, Singapore, 323 p. https://doi.org/10.1142/5862.Калинин Д.Ф., Яновская Ю.А., Долгаль А.С. Результаты профильной комплексной интерпретации геопотенциальных полей методом эмпирической модовой декомпозиции (ЕМД) с целью оценки перспектив нефтегазоносности // Геофизика. 2019. № 1. С. 2–12].Kalinin D.F., Yanovskaya Yu.А., Dolgal А.S., 2019. Results of the Profile Complex Interpretation of Geopotential Fields through Empirical Mode Decomposition (EMD) Aimed at Oil-and-Gas Occurrence Prospects Assessment. Geophysics 1, 2–12 (in Russian)Казанин Г.С., Журавлев В.А., Павлов С.П. Структура осадочного чехла и перспективы нефтегазоносности Белого моря // Бурение и нефть. 2006. № 2. С. 26–28].Kazanin G.S., Zhuravlev V.A., Pavlov S.P., 2006. Structure of the Sedimentary Cover and Petroleum Capacities of the White Sea. Drilling and Oil 2, 26–28 (in Russian)Kazmin V.G., Byakov А.F., 1997. Continental Rifts: The Structural Control of Magmatism and Continental Breakup. Geotectonics 31 (1), 16–26.Kazmin V.G., Byakov А.F., 1997. Continental Rifts: The Structural Control of Magmatism and Continental Breakup. Geotectonics 31 (1), 16–26.Kearey Ph., Klepeis K.A., Vine F.J., 2009. Global Tectonics. Wiley-Blackwell, 482 p.Kearey Ph., Klepeis K.A., Vine F.J., 2009. Global Tectonics. Wiley-Blackwell, 482 p.Kheraskova T.N., Sapozhnikov R.B., Volozh Yu.A., Antipov M.P., 2006. Geodynamics and Evolution of the Northern East European Platform in the Late Precambrian as Inferred from Regional Seismic Profiling. Geotectonics 6, 434–449. https://doi.org/10.1134/S0016852106060021.Kheraskova T.N., Sapozhnikov R.B., Volozh Yu.A., Antipov M.P., 2006. Geodynamics and Evolution of the Northern East European Platform in the Late Precambrian as Inferred from Regional Seismic Profiling. Geotectonics 6, 434–449. https://doi.org/10.1134/S0016852106060021.Khutorskoy M.D., Akhmetzyanov V.R., Ermakov A.V., Leonov Yu.G., Podgornykh L.V., Polyak B.G., Sukhoi E.A., Хуторской М.Д., Ахмедзянов В.Р., Ермаков А.В., Леонов Ю.Г., Подгорных Л.В., Поляк Б.Г., Сухих Е.А., Цыбуля Л.А. Геотермия Арктических морей. М.: ГЕОС, 2013. 238 с.].Khutorskoy M.D., Akhmetzyanov V.R., Ermakov A.V., Leonov Yu.G., Podgornykh L.V., Polyak B.G., Sukhoi E.A., Tsybulya L.A., 2013. Geothermy of the Arctic Seas. GEOS, Moscow, 238 p. (in Russian)Комаров А.Г. Океанические хребты и структура рифта. Геологическая природа магнитных и гравитационных аномалий над рифтовой долиной // Природа.1965. № 7. С. 95–98].Komarov A.G., 1965. Oceanic Ridges and Rift Structure. Geological Nature of Magnetic and Gravitational Anomalies above the Rift Valley. Priroda 7, 95–98 (in Russian)Коротченко Р.А., Семченко А.Н., Ярощук И.О. Применение многомерного ЕОФ анализа в геоинформатике // Цифровая обработка сигналов. 2013. № 3. С. 17–20].Korotchenko R.A., Semchenko A.N., Yaroshchuk I.O., 2013. Application of Multidimensional EOF Analysis in Geoinformatics. Digital Signal Processing 3, 17–20 (in Russian)Кутинов Ю.Г. Современный геодинамический режим Арктического сегмента земной коры и нефтеобразование. Пенза: НИЦ Социосфера, 2021. 281 с.].Kutinov Yu.G., 2021. Modern Geodynamic Regime of the Arctic Crustal Segment and Oil Formation. Research and Publishing Center "Sociosphere", Penza, 281 p. (in Russian)Лисицын А.П., Немировская И.А., Шевченко В.П., Воронцова В.Г. Система Белого моря: Процессы осадкообразования, геология и история. М.: Научный мир, 2017. Т. 4. 1030 с.].Lisitsyn A.P., Nemirovskaya I.A., Shevchenko V.P., Vorontsova V.G., 2017. The White Sea System. Vol. 4. The Processes of Sedimentation, Geology and History. Nauchny Mir, Moscow, 1030 p. (in Russian)Мицын С.В., Ососков Г.А. Экстраполяция сеточных моделей геофизических полей методом конечных разностей // Геоинформатика. 2016. №3. С. 29–34].Mitsyn S.V., Ososkov G.А., 2016. Finite Difference Method for Numerical Extrapolation of Grid Models of Geophysical Fields. Geoinformatics 3, 29–34 (in Russian)Navara A., Simoncini V., 2010. A Guide to Empirical Orthogonal Functions for Climate Data Analysis. Springer, Dordrecht, 152 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3702-2.Navara A., Simoncini V., 2010. A Guide to Empirical Orthogonal Functions for Climate Data Analysis. Springer, Dordrecht, 152 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-3702-2.Нилов М.Ю., Бакунович Л.И., Шаров Н.В., Белашев Б.З. 3D магнитная модель земной коры Белого моря и прилегающих территорий // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 3. С. 375–385]. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-375-385.Nilov М.Yu., Bakunovich L.I., Sharov N.V., Belashev B.Z., 2021. 3D Magnetic Crustal Model of the White Sea and Adjacent Areas. Arctic Ecology and Economy 11 (3), 375–385 (in Russian) https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-3-375-385.Приезжев И.И. Построение распределений физических параметров окружающей среды по данным гравиразведки, магнитометрии // Геофизика. 2005. № 3. С. 46–51].Priezzhev I.I., 2005. Constructing the Distribution of Physical Environment Parameters on the Basis of Gravity Prospecting and Magnetometric Data. Geophysics 3, 46– 51 (in Russian)Разницин Ю.Н., Гогоненков Г.Н., Загоровский Ю.А., Трофимов В.А., Федонкин М.А. Серпентинизация мантийных перидотитов как основной источник глубинных углеводородов Западно–Сибирского нефтегазоносного бассейна // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле. 2020. Вып. 45. №1. С. 66–88]. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2020-145-66-88.Raznitsin Yu.N., Gogonenkov G.N., Zagorovsky Yu.A., Trofimov V.A., Fedonkin M.A., 2020. Serpentinization of Mantle Peridotites as the Main Source of Deep Hydrocarbons of the West Siberian Oil and Gas Basin. Bulletin of Kamchatka Regional Association "Educational-Scientific Center". Earth Sciences 45 (1), 66–88 (in Russian) https://doi.org/10.31431/1816-5524-2020-145-66-88.Sharov N.V. (Ed.), 2022. Lithospheric Structure and Dynamics of the White Sea Region. KarRC RAS, Petrozavodsk, 239 p. (in Russian) [Строение и динамика литосферы Беломорья / Ред Н.В. Шаров. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2022. 239 с.].Sharov N.V. (Ed.), 2022. Lithospheric Structure and Dynamics of the White Sea Region. KarRC RAS, Petrozavodsk, 239 p. (in Russian)Шаров Н.В., Бакунович Л.И., Белашев Б.З., Нилов М.Ю. Скоростная структура и плотностные неоднородности земной коры Белого моря // Арктика: экология и экономика. 2020. № 4 (40). С. 43–53]. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-4-43-53.Sharov N.V., Bakunovich L.I., Belashev B.Z., Nilov М.Yu., 2020a. Velocity Structure and Density Heterogeneities of the White Sea’s Earth Crust. Arctic: Ecology and Economy 4 (40), 43–53 (in Russian) https://doi.org/10.25283/2223-4594-2020-4-43-53.Шаров Н.В., Бакунович Л.И., Белашев Б.З., Журавлев В.A., Нилов М.Ю. Геолого-геофизические модели земной коры Беломорья. Геодинамика и тектонофизика. 2020. Т. 11. № 3. С. 566– 582]. https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-3-0491.Sharov N.V., Bakunovich L.I., Belashev B.Z., Zhuravlev V.A., Nilov M.Yu., 2020b. Geological-Geophysical Models of the Crust for the White Sea Region. Geodynamics & Tectonophysics 11 (3), 566–582 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2020-11-3-0491.Шаров Н.В., Слабунов А.И., Исанина Э.В., Крупнова Н.А., Рослов Ю.В., Щипцова Н.И. Сейсмический разрез земной коры по профилю ГСЗ-ОГТ «Суша-море» Калевала – Кемь – горло Белого моря // Геофизический журнал. 2010. Т. 32. № 5. С. 21–34].Sharov N.V., Slabunov A.I., Isanina E.V., Krupnova N.A., Roslov U.V., Chipzova N.I., 2010. Seismological Cross-Section of the Earth’s Crust along the Profile DSS – CMP "Land – Sea" Kalevala – Kem' – the White Sea Neck. Geophysical Journal 32 (5), 21–34 (in Russian)Государственная геологическая карта Российской Федерации. Серия Балтийская. Масштаб 1:1000000. Лист Q-35, 36 (Апатиты): Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 487 с.].State Geological Map of the Russian Federation, 2009a. Baltic Series. Scale 1:1000000. Sheet Q-(35), 36 (Apatity). Explanatory Note. VSEGEI, Saint Petersburg, 487 p. (in Russian)Государственная геологическая карта Российской Федерации. Серия Балтийская. Масштаб 1:1000000. Лист Q-37 (Архангельск): Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 338 с.].State Geological Map of the Russian Federation, 2009b. Baltic Series. Scale 1:1000000. Sheet Q-37 (Arkhangelsk). Explanatory Note. VSEGEI, Saint Petersburg, 338 p. (in Russian)State Geological Map of the Russian Federation, 2009c. Mezen series. Scale 1:1000000. Sheet Q-38 (Mezen). Explanatory Note. VSEGEI, Saint Petersburg, 350 p. (in Russian) [Государственная геологическая карта Российской Федерации. Серия Мезенская. Масштаб 1:1000000. Лист Q-38 (Мезень): Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 2009. 350 с.].State Geological Map of the Russian Federation, 2009c. Mezen series. Scale 1:1000000. Sheet Q-38 (Mezen). Explanatory Note. VSEGEI, Saint Petersburg, 350 p. (in Russian)Statistics Toolbox for Use with Matlab, 2005. User’s Guide. Version 5. Math Works, 912 p.Statistics Toolbox for Use with Matlab, 2005. User’s Guide. Version 5. Math Works, 912 p.Степанов В.С., Степанова А.В. Основные и ультраоснвные породы Разострова, Белое море // Геология и полезные ископаемые Карелии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. Вып. 10. C. 16–26].Stepanov V.S., Stepanova A.V., 2007. Basic and Ultrabasic Rocks of the Razostrov Island, the White Sea. In: Geology and Minerals of Karelia. Vol. 10. KarRC RAS, Petrozavodsk, p. 16–26 (in Russian) [Степанов В.С., Степанова А.В. Основные и ультраоснвные породы Разострова, Белое море // Геология и полезные ископаемые Карелии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. Вып. 10. C. 16–26].Тевелев Арк.В., Федоровский А.С. Трансферные зоны в структуре Байкальского рифта // Тектоника, геодинамика и рудогенез складчатых поясов и платформ: Материалы XLVIII тектонического совещания (1–6 февраля 2016 г.). М.: ГЕОС, 2016. Т. 2. С. 214–218].Tevelev Ark.V., Fedorovsky А.S., 2016. Transfer Zones in the Baikal Rift Structure. In: Tectonics, Geodynamics and Ore Formation of Fold Belts and Platforms. Proceedings of XLVIII Tectonic Conference (February 1–6, 2016). Vol. 2. GEOS, Moscow, p. 214–218 (in Russian)Цыбуля Л.А., Левашкевич В.Г. Тепловое поле Баренцевоморского региона. Апатиты: КНЦ РАН, 1992. 115 с.].Tsibulua L.A., Levashkevich V.G., 1992. Terrestrial Heat Flow in the Barents Sea Region. KSC RAS, Apatity, 115 p. (in Russian)Wasilewski P.J., Mayhew M.A., 1992. The Moho as a Magnetic Boundary Revisited. Geophysical Research Letters 19 (2), 2259–2262. https://doi.org/10.1029/92GL01997.Wasilewski P.J., Mayhew M.A., 1992. The Moho as a Magnetic Boundary Revisited. Geophysical Research Letters 19 (2), 2259–2262. https://doi.org/10.1029/92GL01997.Журавлев В.А. Структура земной коры Беломорского региона // Разведка и охрана недр. 2007. № 9. С. 22–26].Zhuravlev V.A., 2007. The Crustal Structure of the White Sea Region. Prospect and Protection of Mineral Resources 9, 22–26 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.