On connection of modern geodynamic processes in carbonate rocks with tectonic activization of Petrivs’k-Kreminna fault

Валерій Васильович Сухов V. N. Karazin Kharkiv National University
Василь Григорович Суярко V. N. Karazin Kharkiv National University
Олександр Володимирович Чуєнко V. N. Karazin Kharkiv National University

Keywords: fault, geodynamic processes, fluid-dynamic system heat and mass transfer, hydrogeochemical anomalies, tectonic activation, brachyanticline, carbonate rocks, suffusion, karst

Abstract

The given paper considers the connection of modern geodynamic processes in carbonate rocks with the tectonic activation of Petrivs’k-Kreminna fault. It is emphasized that faults in the region are the channels of the upward heat and mass transfer.

The unloading of deep formation waters and endogenous fluids in the area Petrivs’k-Kreminna and other faults results from heat and mass transfer, which is brought about by the motions of lithospheric blocks of Donets’k folded structure.

The present tense dynamic state of the geological system manifests itself in the constant uplifting of the hanging wings of Svyatohirs’k brachyanticline at a speed of 1,3-2,5 mm a year. Earthquakes with the focal depth of ~10 km are associated with periodic geodynamic stress relaxation in the Archean-Proterozoic basement complex in the ancient geologically closed submeridional fault that intersects within Svyatohirs’k structure with the Petrivs’k-Kreminna fault. The modern and most recent tectonic activation of the latter is evidenced in the formation of hypogenic hydrogeochemical anomalies, accompanied by hydrochemical inversion. The groundwater here exhibit alkaline reaction (pH up to 8,2), an increased temperature (19-
27 °C) in the range of 0-300 m and a high content of hypogenic trace elements, among which carbon dioxide takes pride of place.

The presence of CO₂ increases the aggressiveness of underground water towards carbonate rocks, resulting in a chemical geodynamic process referred to as karst. Furthermore, abnormal physical and chemical properties of groundwater bring about suffusion processes in loamy, chalk strata of rocks. These geodynamic processes are associated with geological risks for buildings of Svyatohirs’k monastery.

The study found that: 1) the tectonic activation of the Petrivs’k-Kreminna fault in various and, above all, the modern and contemporary periods of Alpine tectonogenesis is the dominant energy basis of geodynamic processes, including seismic activity; 2) carbon dioxide as atmospheric and deep genesis present in the groundwater of different types, is the major factor in the development of carbonate karst in Svyatohirs’k brachyanticline; 3) the isotopic analysis of δ¹³C and δ¹⁸O in aragonite chalk powder clearly showed that recrystallization of chalk into aragonite occurred involving deep formation waters saturated with endogenous (metamorphogenic or mantle) CO₂.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Валерій Васильович Сухов, V. N. Karazin Kharkiv National University

PhD (Geology), Senior Lecturer

Василь Григорович Суярко, V. N. Karazin Kharkiv National University

Doctor of Sciences (Geology and Mineralogy), Full Professor

Олександр Володимирович Чуєнко, V. N. Karazin Kharkiv National University

Head of laboratory

References

1. Белоконь В. Г. Неотектонические движения в Донбассе и их связь со структурными элементами / В. Г. Бе-локонь. – В кн. Материалы по геологии Донецкого бассейна. – М. : Наука, 1968. – С. 11–15.
2. Белоконь В. Г. О глубинном источнике энергии углеобразования формации Донецкого бассейна / В. Г. Бело-конь // Геологический журнал. – 1981. – Т. 41, № 6. – С. 88–99.
3. Белоконь В. Г. Бассейн р. Северский Донец как геодинамическая система, отражающая процессы больших глубин / В. Г. Белоконь // Геологический журнал. – 1984. – Т. 34. – Вып. 5. – С. 11–27.
4. Бескровный Н. С. Изотопный состав углерода природных газов Камчатки / Н. С. Бескровный, Е. И. Кудряв-цева, В. А. Лобков // Геохимия. – 1975. – № 11. – С. 1660–1667.
5. Гаррелс Р. М. Растворы, минералы, равновесия / Р. М. Гаррелс, Ч. Л. Крайст. – М. : Мир, 1968. – 368 с.
6. Дегенс Э. Т. Биогеохимия устойчивых изотопов углерода / Э. Т. Дегенс. – В кн. : Органическая геохимия. – Л., 1974. – С. 207–226.
7. Калюжный В. А. Современное состояние проблемы «Углерод и его соединения в эндогенных процессах мине-ралообразования (по включениям в минералах) / В. А. Калюжный // В сб. «Углерод и его соединения в эндо-генных процессах минералообразования (по данным изучения флюидных включений в минералах»)». – К. : Наукова думка, 1978. – С. 3–16.
8. Киссин И. Г. К геохимии углекислоты в глубоких зонах подземной гидросферы / И. Г. Киссин, С. И. Пахомов // Геохимия. – 1969. – № 4. – С. 460–471.
9. Конашов В. Г. Мезозойский этап тектогенеза в Донецком бассейне / В. Г. Конашов // Геологический журнал. – 1983. – № 3. – С. 96–102.
10. Лазаренко Е. К. Минералогия Донецкого бассейна / Е. К. Лазаренко, Б. С. Панов, В. И. Павлишин. – К. : Нау-кова думка, 1975. – Ч. ІІ. – 502 с.
11. Лущик А. В. Формирование режима подземных вод в районах развития активных геодинамических процес-сов / А. В. Лущик, Г. В. Лисиченко, Е. О. Яковлев. – К. : Наукова думка. – 1988. – 164 с.
12. Мейсон Б. Основы геохимии / Б. Мейсон. – М. : Недра, 1971. – 312 с.
13. Набоко С. И. Металлоносность современных гидротерм в областях тектономагматической активизации / С. И. Набоко. – М. : Наука, 1980. – 199 с.
14. Національний атлас України. – К. : ДНВЦ «Картографія», 2009. – 440 с.
15. Скаржинский В. И. Эндогенная металлогения Донбасса / В. И. Скаржинский. – К. : Наукова думка, 1973. – 203 с.
16. Соколов Д. С. Основные условия развития карста / Д. С. Соколов. – М.: Госгеолтехиздат, 1962. – 321 с.
17. Сухов В. В. О результатах экспериментов по изучению влияния процессов замерзания и таяния капиллярных и трещинных вод на горные породы / В. В. Сухов // Матеріали наук.-практ. конф. «Регіон – 2012. Стратегія оптимального розвитку». – Харків, 2012. – С. 309-312.
18. Сухов В. В. Гідрогеологічні особливості карбонатного карсту / В. В. Сухов, В. Г. Суярко, О. О. Сердюкова // Science Rise. – 2015. – № 7/1(12). – С. 23-27.
19. Суярко А. В. Роль зон разгрузки глубинных вод в выяснении природы геотермических аномалий и рудной ми-нерализации в Западном Донбассе / А. В. Суярко // ІІ геол. конференция «Степановские чтения». – Арте-мовск, 1968. – С. 161–163.
20. Суярко В. Г. Особенности формирования вертикальной гидрогеохимической зональности в мезозойских структурах Донецкого прогиба / В. Г. Суярко // Геологический журнал. – 1984. – Т. 44, № 1. – С. 127–130.
21. Суярко В. Г. Геохимия подземных вод восточной части Днепровско-Донецкого авлакогена / В. Г. Суярко. – Харьков : ХНУ имени В. Н. Каразина, 2006. – 225 с.
22. Суярко В. Г. Концептуальна синергетична геолого-гідрогеологічна модель розвитку суфозії та карсту у кар-бонатних породах на території Святогірського монастиря / В. Г. Суярко, В. В. Сухов // Вісник ХНУ імені В. Н. Каразіна, серія «Геологія. Географія. Екологія». – 2015. – № 1157. – С. 63-68.
23. Филькин В. А. Опыт составления карты современных движений земной коры по территории Донбасса / В. А. Филькин // Современные движения земной коры. – К. : Наукова думка, 1986. – С. 216–221.
24. Fournier F. Climatel erosion / F. Fournier. – Press Universitaries de France. – Paris, 1960. – 120 p.
25. Sukhov Valeriy. Forecast of potential natural risks for the historical and architectural sights of the Holy Mountains Lavra (Sviatohirsk Monastery) / Valeriy Sukhov // Young Scientist USA. – Vol. 4. – Lulu, USA. – 2015. – P. 126-130.
26. Wiebe R. The solubility of carbon dioxide in water at various temperature from 12 to 40o and at pressures to 500 atmospheres / R. Wiebe, V. L. Gaddy // Critical phenomena, J. Am. Ckem. Soc., 62, 1940. – Р. 815–817.