Heterogeneous structure of the lithosphere in the Black Sea from a multidisciplinary analysis of geophysical fields

Abstract

Magnetic, gravity, geothermal, seismic and tomographic data from the lithosphere were first jointly examined. A multidisciplinary interpretation has resulted in a new and consistent model for lithospheric density, magnetic, thermal and velocity heterogeneities. Faults of different orders for the crystalline crust have been mapped in details. Large deep fault zones were recognized. Among them is the most prominent Odessa-Sinop-Ordu (OSO) fault zone, which played a key role in the opening and development of the Black Sea Depression. A fundamental difference was revealed between the crustal and mantle structure and geophysical parameters of the Western Black Sea Basin (WBSB) and Eastern Black Sea Basin (EBSB). These dissimilarities are in the size of «non-granitic» crust, pattern and intensity of heat flow, topography of the lower boundary of the thermal lithosphere, mantle seismic velocity and structure of magnetic and residual gravity anomalies. Based on new information it was demonstrated that the WBSB and EBSB were diachronously formed on two large distinct continental blocks with independent post-rift development of the sub-basins. The rifting of the western sub-basin commenced earlier than that of the eastern one. The EBSB is characterized by younger thermal activity than the WBSB and consequently it was stabilized later. The Mid Black Sea High (MBSH) is not a single tectonic unit but is formed by two ridges of various crystalline crustal structure and age shifted relative to each other by the faults of the OSO zone.Key words: The Black Sea basins, magnetics, gravity, heat flow, fault tectonics, seismic tomography, lithosphere heterogeneity.Впервые проведен общий анализ магнитных, гравитационных, геотермических, сейсми-ческих и томографических данных о литосфере Черного моря. В результате комплексной интерпретации получена новая и согласованная модель плотностной, магнитной, термаль-ной и сейсмической неоднородностей литосферы. Построена подробная карта разломов консолидированной коры разных рангов. Выявлены зоны глубинных разломов. Среди них наиболее примечательна зона разлома Одесса-Синоп-Орду, игравшая ключевую роль в рас-крытии и развитии Черноморской впадины. Выявлены фундаментальніе различия в строе-нии и геофизических параметрах коры и литосферы Западно-и Восточно-Черноморской впадин. Эти различия заключаются в размере площади «безгранитной» коры, структуре и интенсивности теплового потока, топографии нижней границы термальной литосферы, осо-бенностях магнитного и остаточного гравитационного полей. На основе новой информации показано, что Западно-и Восточно-Черноморская впадины сформировались в разное время на двух различных крупных блоках континентальной коры с независимым пострифтовым развитием суббассейнов. Рифт в западном бассейне образовался раньше, чем в восточном. Восточно-Черноморская впадина отличается более молодой термической активностью, чем Западно-Черноморская, которая стабилизировалась позже. Центрально-Черноморское под-нятие не представляет собой единую тектоническую единицу, а сформиро...

The decisive role of the crystalline crust faults in the Black Sea opening.

“…The Black Sea opened as a back-arc basin related to the northward subduction of the Neo-Tethys Ocean [Zonenshain, Le Pichon, 1986;Finetti et al, 1988;Okay et al, 1994Okay et al, , 2014Banks et al, 1997;Nikishin et al, 2003. Although the timing and opening history of its sub-basins are still considerably debated, there is growing agreement that their forming was diachronous [Okay et al, 1994[Okay et al, , 2014Spadini et al, 1996Spadini et al, , 1997Nikishin et al, 2003;Hippolyte et al, 2010;Starostenko et al, 2010Starostenko et al, , 2015. The East Basin back-arc extension occurred no earlier than the Late Cretaceous while the rifting of the West Basin predated this event.…”

Structural, tectonic and fluid-dynamic aspects of deep degassing of the black sea megatrench

“…В результате комплексной интерпретации потен-циальных полей получены новые модельные пред-ставления о плотностной, магнитной, термальной и сейсмической неоднородностях литосферы мегавпа-дины Черного моря (Starostenko et al, 2015). В частно-сти, выявлены фундаментальные различия в строении и геофизических параметрах коры и литосферы За-падной и Восточной впадин, а также определена клю-чевая роль Одесско-Синопской разломной зоны в раскрытии и развитии Черноморской мегавпадины.…”

“…Глубинная часть ЗЧВ и ВЧВ характеризуется наиболее глубоко погруженным фундаментом и об-ширной утоненной земной корой, субконтиненталь-ный или субокеанический тип которой обусловлен отсутствием "гранитно-метаморфического" слоя (Egorova, Gobarenko, Yanovskaya, & Baranova, 2012;Starostenko et al, 2015). Выделение под ЗЧВ и ВЧВ подстилающей океанической коры над границей Мохо, на наш взгляд, является проблематичным.…”

“…К ним, в первую оче-редь, относится Одесско-Синопская разломная зона, которая выделяется параллельно оси Центрально-Черноморского поднятия (ЦЧП) с Восточно-Европейской платформы до Понтид (Рис. 7, 9) на ос-новании повышенных градиентов мантийной состав-ляющей гравитационного поля (Starostenko et al, 2015). Зафиксированные в западном основании фун-дамента ЦЧП два разлома (Рис.…”

“…Изменение геодинамического режима в тече-ние геологического времени не могло не отразиться на ее сложном, пока еще недостаточно изученном, глу-бинном строении. Необычная структурно-тектони-ческая геометрия, не соответствующая укоренившим-ся моделям континентального растяжения коры, до настоящего времени оставляет вопросы глубинного строения, происхождения и эволюции Черного моря предметом оживленной дискуссии (Graham, Kaymakci, & Horn, 2013;Glumov, Gulev, Senin, & Karnaukhov, 2014;Starostenko et al, 2015;Gintov, Tsvetkova, Bugaenko, & Murovskaya, 2016;Yanovskaya, Gobarenko, & Egorova, 2016;Kobolev, 2016). В частности, остаются нерешенными вопросы о времени и механизме образования как са-мой мегавпадины Черного моря в целом, так и ее за-падной и восточной составляющих.…”