A statistical model of the earth's crust: Method and results

A model of the earth's crust has been adopted for interpretation of seismic reflection profiles in Kazakhstan. Within it, the smooth variation of seismic velocities with depth becomes complicated by small random fluctuations of various scales. These velocity fluctuations are manifested in oscillations of amplitudes and arrival times of the recorded signals.

The inhomogeneity of the medium is characterized by its coefficient of intrinsic attenuation. Investigation of this coefficient shows that for the crust, its mean value (at a frequency of 7 Hz) is equal to 10⁻³ km ⁻¹ and that over the depth interval of 10–25 km its value is very small, almost zero. It is therefore most surprising that this same depth interval (10–25 km) contains nothing unusual within the cross-section of its determined component wave velocity.     

Compression and tension in the earth's crust

Summary Variations in density in the basaltic layer and the upper mantle are postulated as being due to mineral conversions as result of high temperature and pressure variations. This theory has been developed in order to explain the elevation of mountain chains, median ocean rises and deep sea trenches as being caused by compressional and tensional stressfields.

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Zusammenfassung Es wird angenommen, daß Dichte-Änderungen in der Basalt-Schale und dem oberen Teile des Erdmantels von Mineralumwandlungen infolge hoher Temperatur- und Druck-Änderungen herrühren. Diese Theorie wird ausgebaut, um die Hebung von Kettengebirgen und ozeanischen Rücken und die Bildung von Tiefseegräben auf Grund von Zug- und Druckspannungs-Feldem zu erklären.

     

Contemporary technogenic movements of the earth's crust

Technogenic movements, caused by Man's activities, are subdivided on the basis of their causative factors, which are: changes in hydrodynamic and hydrostatic conditions at depth during the process of withdrawal and injection of fluids, the effect of static pressure during mining operations, the redistribution of static loads on the surface, and dynamic interactions during explosions. During the removal of fluids and solid rocks from below, downwarping of near-surface portions of the sedimentary shell and crust takes place, which cannot for the most part be regarded as tectonic.

The creation of additional loads during the construction of large cities and the building of large reservoirs cause downwarping of the crust on the order of a few tens of centimeters with a velocity on the order of 1 cm/yr, and also earthquakes of magnitude up to 5-6. The patterns of manifestation of this type of movement are considered on the basis of three major dams: North America (Lake Mead), Africa (Kariba), and India (Koyna).

During underground nuclear explosions in Nevada, substantial faults were engendered over an extent of hundreds of meters up to kilometers for a distance of up to 6 km from the point of detonation.

Technogenic movements may embrace not only the sedimentary shell, but also the consolidated crust. In their characteristics, and also the areas and depths of the sectors of the crust involved, the technogenic movements in a number of cases cannot be distinguished from present-day natural tectonic movements, in every case local. —Authors.     

Deep drilling in study of earth's crust

The great importance of super-deep drilling to the advancement of the total field of geoscience and mineral and energy production is outlined, with anticipated problems. Variations in thickness, lateral extent, temperature, velocity, and material are summarized. Super-deep drilling should pay for itself in a short time, by providing theoretically and practically valuable data and insight regarding 1) origin and distribution of minerals, oil, gas, and water; 2) energy potential of deep crustal and upper mantle regions; 3) greatly improved drilling techniques, and downhole geophysical and geochemical testing techniques; and 4) basic geologic constitution and structure in contrasting regions. The following regions in Russia have been given priority for super-deep drilling: 1) North Caspian trough, Azerbaijan, and South Caspian trough — deep oil-bearing troughs of the platform provinces; 2) Urals and Central Kazakhstan — Paleozoic geosyncline and basement; 3) Karelia and Ukraine — ancient Archean not later reworked; 4) Trans-Caucasus and the Black Sea — basaltic layer near or in direct contact with the sedimentary veneer; and 5) South Kuriles and south part of Sakhalin Island arc complex and relatively shallow M-surface and upper mantle. Super-deep drilling, a state project requiring coordinated efforts of numerous scientific and technical personnel and organizations, got underway in 1963 and will continue as an urgent task. — L.T. Grose.     

Structure of the earth's crust in Jordan from potential field data

Gravity and magnetic data were collected and used to study the crustal structure of Jordan. Three new geophysical maps of Jordan were created: a Moho discontinuity map, a crystalline basement surface map, and a map showing the lowest limit of magnetic blocks. Depths of the Curie Isotherm were also calculated. Results indicate that the depth to the Moho discontinuity in Jordan varies from 32 to 33 km in the northwest to 38 km in the southeast. The basement complex rocks outcrop on the surface in the southwest but lie at about 8 km in the northeast. The Curie Isotherm (585 °C) lies at a depth of about 10 km in the area east of the Dead Sea and dips southeastward towards the Al-Sirhan (Wadi Sirhan), southeast Jordan, where it is located at 35 km depth. Local isostasy of rock masses (blocks) in Jordan does not occur. Nevertheless, this does not rule out the possible existence of isostasy in a regional scale at greater depths within the mantle.     

On the origin and evolution of the earth's crust and magmas

This paper discusses some controversial petrological ideas, expressed in the geonomic literature of our time.Origin and evolution of the crust: According to classical magmatism the sialic crust is segregated from the mantle in the course of the Earth's evolution, causing a growth of the continental crust. Arguments against this concept are advanced.According to neo-huttonism the sialic crust developed from the outside in an early phase of the Earth's history. This might have occurred according to the hot-Earth theory on the origin of our planet (Rittmann), or according to the cold-Earth theory of cosmogenesis (Urey; Berlage).The matter of this envelop of proto-sial has then been geochemically recycled countless times during the major part of the Earth's history (neo-huttonism), transforming it into the sialic crust as we know it (Nieuwenkamp). During the later part of the evolution, in post-Algonkian times, a new process came to the fore. Extensive parts of the sialic crust were incorporated and digested by the mantle; in these areas an oceanic crust came into being. This physicochemical process of burning holes in the sialic crust has been called the Mediterranean type of oceanization (van Bemmelen).Origin and evolution of the magmas: Distinction is made between basaltic magmas segregated from the upper mantle, and the calcalkaline suite of magma derived from the sialic crust and its sedimentary cover. This classification corresponds withRittmann's bimodality concept, andNieuwenkamp's distinction between an oceanic and a continental metabolism. Moreover, transitions are found between the two fundamental types of crust (continental and oceanic) and the corresponding suites of magma. These transitions occur especially in small ocean basins with a foundering, intermediary type of crust and thick piles of sediments (Menard). In these areas the process of Mediterranean oceanization is active.The final chapter discusses the synthetic model of the origin and evolution of the Earth's crust and magmas according to the undation theory.

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Zusammenfassung Diese Arbeit bespricht einige umstrittene petrologische Gedanken, welche in letzter Zeit in der geonomischen Literatur publiziert wurden.Herkunft und Entwicklung der Kruste. Nach dem Konzept des klassischen Magmatismus wurde die sialische Kruste im Laufe der Erdentwicklung vom Mantel ausgeschieden, was von einem Wachstum der sialischen Kruste begleitet wurde. Argumente gegen diese Auffassung werden angeführt.Nach den neo-huttonischen Vorstellungen wurde die Kruste von außen her in einer frühen Phase der Erdgeschichte gebildet. Die Bildung einer protosialischen Hülle könnte entweder ganz im Anfang stattfinden (nach der Theorie einer heißen Urerde vonRittmann), oder kurz nach der Agglomeration einer kalten Urerde (nach den Vorstellungen vonUrey undBerlage).Die Umwandlung dieser Protosialhülle in eine sialische Kruste geschah während den zahllosen geochemischen Zyklen der Erdgeschichte (Neo-huttonismus nachNieuwenkamp). Im letzten Teil der Erdgeschichte wurde eine neue Phase der planetarischen Entwicklung erreicht. Ausgedehnte Teile der sialischen Kruste wurden vom Mantel angefressen, verschluckt und verdaut, wobei die Ozeane mit basaltischer Kruste entstanden. Diese relativ jungen physischchemischen Prozesse der Aufnahme der Sialkruste im Mantel wird Mediterraner Typus der Ozeanisation genannt (van Bemmelen).Herkunft und Entwicklung der Magmen. Ein Unterschied wird gemacht zwischen basaltischen Magmen, die ihre Herkunft im oberen Mantel haben, und der kalk-alkalischen (Pazifischen) Magmenreihe, die von der sialischen Kruste und ihrer Sedimenthülle abgeleitet wird. Diese Unterscheidung stimmt überein mitRittmanns Auffassung der Bimodalität der Magmen, undNieuwenkamps Einteilung in ozeanischen und kontinentalen Metabolismus.Außerdem treten auch Übergänge auf zwischen diesen zwei Grundtypen der Kruste und den sie begleitenden Magmen. Diese Übergänge können beobachtet werden in den kleinen ozeanischen Becken der Gegenwart, mit absinkender Kruste intermediärer Art und mächtiger Sedimentfüllung (Menard). In diesen Gebieten ist der Prozeß der Mediterranen Ozeanisation im Gange.Das Schlußkapitel bespricht das synthetische Modell der Herkunft und Entwicklung der Erdkruste und der Magmen nach der Undations-Theorie.

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Résumé Cette contribution analyse quelques idées controversables, sur les problèmes fondamentaux du volcanisme publiées récemment dans la littérature géonomique.Origine et développement de l'écorce terrestre. Selon la théorie classique du magmatisme, la croûte sialique est le produit du manteau (supérieur). Elle s'est dégagée pendant l'évolution de notre planète et ce processus résultait dans un accroissement en volume de l'écorce sialique. Des arguments contre cette théorie sont étalés.Selon la théorie « neo-huttonique », l'écorce sialique se formait de l'extérieur de notre planète au commencement de son évolution.Rittmann suppose une proto-planète chaude, tandis queUrey etBerlage supposent une agglomération relativement froide. Cette enveloppe proto-sialique fut formée immédiatement ou peu de temps après cette agglomération planétaire. Puis le matériel de cette enveloppe fut soumis aux cycles géochimiques qui produisaient l'écorce continentale que les géologues de terrain peuvent étudier (Nieuwenkamp).Dans la dernière phase de l'évolution terrestre un nouveau phénomène géochimique devient de plus en plus important. Des parties de la croûte sialique sont corrodées et englouties par le manteau. Dans ces régions l'écorce continentale est transformée en écorce océanique. Ce processus de transformation de la croûte continentale est nommé le type méditerranéen de l'océanisation (van Bemmelen).Origine et développement des magmes. On peut distinguer entre les magmes basaltiques, qui sont dégagés par le manteau et les magmes calco-alkalins (suite Pacifique) qui sont dérivés de la croûte sialique et son épiderme sédimentaire. Cette distinction correspond à l'idée deRittmann sur la » bimodalité « des magmes et l'idée deNieuwenkamp sur deux types de « métabolisme » (continental et océanique) de la terre. En outre, on peut observer des transitions entre ces deux types fondamenteaux de l'écorce (continentale et océanique) et de magmes (basaltiques et granodioritiques). Ces transitions sont actives dans de petits bassins océaniques (récemment décrits parMenard) dans lesquels l'écorce continentale est en train de transformation et descente. Cette écorce intermédiaire est couverte par des piles de sédiments d'une épaisseur énorme.Dans le chapitre dernier l'auteur avance un modèle synthétique sur ces problèmes fondamentaux de l'évolution de notre planète selon la théorie des ondations de la surface terrestre.

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Dedicated to Professor Dr. A.Rittmann on the occasion of his 75. birthday     

Upper mantle and its effects on earth's crust

Some 40 papers among a larger number presented at the First All-Union Conference analyzing the results of the I. G. Y., held in Moscow from January 24 to February 5, 1963 are reviewed in this article. A summary points out the cumulative weight of evidence favoring a close connection between processes in the mantle and crust and arguing against continental drift. The significance of continental-type composition of Icelandic lavas, which contrast with the magmas known in other parts of the Atlantic Ocean, is expressed as an indication that suboceanic mantle can be converted from continental type to oceanic type in the time interval which has elapsed since the beginning of the Cretaceous.—B. N. Cooper     

New data on relationship between earth's crust and upper mantle

New data on velocities of elastic waves in rocks and minerals under pressures, anisotropism of elastic properties of monocrysts, oceanic volcanism, deep seismic profiles, isotopic composition of strontium and distribution-abundance of Sr⁸⁷ in ancient and in young rocks, and others, tend to show that the "M" discontinuity is but an expression of the state of compaction of the rocks, devoid of any petrographic or geochemical connotations, that the sialitic shell of the Earth, with its heterogeneities, extends to depths exceeding 100 km (i.e. deeper than the "M"), and that the two types of the crust, "oceanic" and "continental," created by geophysicists, are actually one and the same type. Tentatively drawn analogies between the terrestrial and the lunar crust, on the assumption of a lunar origin of tektites, and the.crust of Mars, with regard to densities and planetary size relationships, are used as illustrations of the re-evaluated ratios between the crust and the upper mantle of the earth. — IGR Staff.     

Statistics of ultimate strain of the earth's crust and probability of earthquake occurrence

Statistics of ultimate strain are improved by adding new data to the previous ones. The critical value for horizontal strain seems somewhat larger than that for vertical strain, although parameters of a Weibull distribution, which is customarily used for quality-control research and which fits in very well with the present statistics, are calculated for the whole set of data making no distinction between the two subsets because of their scantiness.On the basis of the parameters thus determined and strain rates obtained from geodetic data, probabilities of earthquake occurrence in a few regions in Japan and the U.S. are estimated. Probability of having an earthquake in an area southwest of Tokyo, where we had the 1923 earthquake (magnitude 7.9), at this time amounts to 20%, a value almost the same as that obtained in the previous papers. The probability will reach some 50 and 90% by 2000 and 2050, respectively. In the North Izu district, where an earthquake of magnitude 7.0 occurred in 1930, a shearing crustal motion is going on to an extent for which we have a probability for an earthquake recurring there in these 40 years amounting to 40%. By the end of this century, it will become as high as 85%.Similar estimates of such cumulative probabilities are made for the San Francisco and Fort Tejon regions, where great earthquakes occurred respectively in 1906 and 1857, yielding values of 30 and 80% at present. These probabilities are tentative because of possible errors in evaluating geodetic measurements and uncertainty of the ultimate crustal strain assigned to the San Andreas fault.     

The state of stresses in the upper part of the earth's crust: A discussion

HAST (1967) recently concluded that the results of his stress measurement work confirm the validity of the contraction hypothesis for the evolution of the earth. This conclusion may not be warranted. A critique and discussion of alternatives that involve continental separation and sea floor spreading are presented in this paper.     

Solar energy and problem of developments of sialic layer of the earth's crust

The sialitic layer is visualized as a gigantic weathered crust which has developed over the primordial basaltic crust of the planet, under the influence of climatic processes motivated by solar energy. – V.P. Sokoloff.     

Structure of earth's crust in the plains of Crimea and the Sivash region from geophysical data

The base of the plains has a blocky structure – the result of shattering by systems of submeridional and sublatitudinal fractures. The Sivash depression is essentially Mesozoic, but the Indol downwarp had developed during Cenozoic time. The new geologic map of Crimea (no scale) shows that the peninsula's folded zone, the Russian Platform, and the Scythian Platform are separated from each other by large tectonic sutures, i. e., by deep-seated rifts with preponderantly latitudinal strikes. – IGR Staff.     

On the problem of the horizontal heterogeneity of the earth's crust and uppermost mantle in southern Eurasia

An analysis of the geological structure and history of development of the Himalayas points to the conclusion that prior to the Neogene most of that territory was part of the epi-Proterozoic Indian Platform; it was reworked only in the epoch of Neogene-Quaternary activation of tectonic movements. It was precisely during this period that the mountain ridge of the Himalayas formed. Only the narrow northern zone — the Himalayas of Tibet — which is composed of marine deposits of all systems of the Paleozoic and Mesozoic groups possibly did not develop on the platform with the Precambrian basement. Most likely, it is a near-fault folded zone that arose on the site of a near-fault trough, which already in the Cambrian Period had formed along the northern boundary of the Indian Platform.     

Development of block structure in the crust below the Pannonian basin

The analysis of geophysical and geological data on the structure of the pre-Miocene substratum of the Pannonian basin has revealed a block structure. The crust was divided by deep-seated faults of mainly NE-SW orientation. The deep-seated faults separate zones of continental crust (with granitoids), which were more intensely consolidated during the Hercynian, from strips with volcanic-sedimentary rocks of eugeosynclinal character (sub-oceanic crust). In geological development of the Pannonian basin crust during the last 330 million years, subsidence predominated over uplift and denudation. The great mobility of the crust ist related to its lesser thickness compared to the thick crust in the orogenic border and median massifs, e. g. of the Balkan region. The block structure is superimposed on the original belt structure and nucleus stage of continental crust formation. In the pre-Hercynian stage, tectonic division along E-W and N-S lines predominated. The long persistence and magmatic activity of deep-seated faults and their almost vertical dip do not support proposed models of partial subduction and closing of microoceans in the region of the Pannonian basin. Strips or blocks of suboceanic crust are considered to be relicts of more weakly sialized original thin oceanic crust. The Pannonian basin is not a typical ensialic basin. Tectonic development has distinctly changed the mantle diapir, which originated in the Late Cretaceous. Along the circumference of this diapir, shear zones originated in the crust, along which seismic activity has persisted to the present. The Pannonian megablock is a type of simatic median massif, preserving long-lasting subsidence mobility. The Pannonian mantle diapir is considered to be an autonomous deep structure in the sense ofvan Bemmelen (1972). We do not relate the ascent of the mantle diapir to subduction of lithospheric plates, which must have been the cause of folding of the Carpathians according toStegena et al. (1975).

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Zusammenfassung Die Analyse der geophysikalischen und geologischen Angaben über den Bau des vormiozänen Untergrundes des Pannonischen Becken enthüllte einen Blockbau. Die Erdkruste war durch Tiefenbrüche gegliedert, vorwiegend in NO-SW Richtung. Die Tiefenbrüche trennen Streifen der kontinentalen Kruste mit Granitoiden, epiherzynisch intensiver konsolidiert, von den Streifen mit vulkanisch-sedimentären Serien eugeosynklinalen Charakters (subozeanischer Krustentyp). In der geologischen Entwicklung der Kruste während der letzten 330 Mill. Jahren herrschte die Subsidenz über Hebungen und Denudationen vor. Die große Mobilität der Kruste wird mit ihrer geringeren Dicke verbunden zum Unterschied von der mächtigen Kruste im orogenen Raum und der medianen Massive, z. B. der Balkan-Region. Der Blockbau ist aufgelegt auf den ursprünglichen Zonenbau und das Nukleus-Stadium der kontinentalen Krustenbildung. In der vorherzynischen Etappe war die tektonische Gliederung nach den Linien W-O und N-S vorherrschend.Die lange Lebensdauer und magmatische Aktivität der Tiefenbrüche, ihre fast vertikale Neigung unterstützen die Modelle der Teil-Subduktionen und Schließung der Mikroozeane im Raume des Pannonischen Beckens nicht. Die Streifen-Blöcke der subozeanischen Kruste werden als Relikte der schwächer sialisierten ursprünglichen dünnen ozeanischen Kruste betrachtet. Das Pannonische Becken ist kein typisches ensialisches Becken.Die tektonische Entwicklung verändert deutlich den Manteldiapir, dessen Entstehung schon in die Oberkreide gestellt wird. Am Umfang dieses Diapirs sind in der Kruste Scherzonen entstanden, auf welchen die seismische Aktivität bis zur Gegenwart andauert. Der pannonische Megablock ist ein Typ eines simatischen medianen Massivs, welches eine langdauernde Subzidenzmobilität erhält. Der pannonische Manteldiapir wird als autonome Tiefstruktur im Sinnevan Bemmelens (1972) betrachtet.Wir setzen den Aufstieg des Manteldiapirs nicht mit der Subduktion der lithosphärischen Platten in Verbindung, welche nachStegena et al. (1975) die Ursache der Faltung der Karpaten sein sollte.

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Résumé L'analyse des données géologiques et géophysiques sur la constitution du soubassement prémiocène du bassin pannonique a fait découvrir l'existence d'une structure en bloc. La croûte a été compartimentée par des failles profondes de direction NE-SW. Ces cassures profondes séparent des bandes de croûte continentale avec granitoïdes, bien consolidée par l'orogenèse epihercynienne, de bandes à séries volcano-sédimentaires à caractère eugéosynclin (type sub-océanique). Au cours du développement géologique de la croûte pendant ces dernières 330 M/A, c'est la subsidence qui a prédominé sur les soulèvements et al dénudation. La grande mobilité de la croûte est liée à sa faible épaisseur, différant en cela de la croûte épaisse du domaine orogénique et des massifs médians (p. e. la région balcanique). La structure en blocs est superposée à la structure zonaire primitive d'une part, et au stade de «nucleus» de la croûte continentale d'autre part. Dans l'étape anté-hercynienne, la subdivision prédominante se faisait conformément aux direction W-E et N-S.La longévité et l'activité magmatique des cassures profondes, leur position quasiverticale, sont en contradiction avec les modèles de subduction partielle et de fermeture de microocéans dans la région du bassin pannonique. Les bandesblocs de l'écorce subocéanique sont considérées comme des relictes faiblement sialisés de l'écorce océanique originellement peu épaisse. Le bassin pannonique n'est pas un bassin typiquement ensialique.Le développement tectonique modifia de toute évidence le diapir du manteau qui prend déjà naissance au Crétacé supérieur. Dans le pourtour de ce diapir, des zones de cisaillement sont apparues dans l'écorce, qui ont été et sont restées jusqu'à ce jour le siège d'une activité seismique. Le megabloc pannonique est un type de massif médian simatique à mobilité subsidente de longue durée. Le diapir pannonique est considéré comme une structure autonome et profonde dans le sens devan Bemmelen (1972). L'ascension du diapir du manteau n'est pas, d'après nous, liée à la subduction de plaques lithosphériques, laquelle, d'aprèsStegena et al. (1975) devrait être responsable de l'orogenèse des Carpathes.

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. — . , , ( ). . . , , . . 3 - - . , , . - . . . . , . - , . (1972). , , , , . (1975), .

     

Great circles — The leading lines for jointing and mineralization in the upper earth's crust

The state of our knowledge today of the problems of jointing is very unsatisfactory. No clear explanation exists for the origin of joints. Observations available indicate, however, the importance of these phenomena for the morphology and for the distribution of mineralization in the earth's crust. The dependence of the surface features on jointing and on mineralization is indicated and examples of a close relationship of the great circles with jointing, morphology and the distribution of deposits of nickel, platinum, tin and diamonds are described. The paper deals essentially with Africa.

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Zusammenfassung Unser Wissen über die Entstehung der Klüftung ist unbefriedigend. Dabei erscheint dieses Problem wichtig genug, um sich eingehender damit zu befassen. Es werden einige Fälle der Spezialklüftung erörtert und auf die Bedeutung der großräumigen rhegmatischen Klüftung hingewiesen. Die charakteristischen Eigenschaften der letzteren werden ausführlich beschrieben. In einem Versuch, die GedankenSpurrs über eine lineare Anlage der Erzlagerstätten zu erweitern, wird auf die große Ähnlichkeit im Verhalten hingewiesen, die zwischen der Klüftung und den Erzlinien besteht.Die auf einem Großkreis liegende Linie der Nickel- und Platinlagerstätten der Alten Welt, die sich von Südafrika bis nach dem Nordpolarmeer hinzieht wird beschrieben, und es wird auf ihre Beziehungen zur Klüftung und zur Morphologie hingewiesen. Eine noch ganz ungeklärte morphologische Beziehung zum Aufbau des Bodens des Indischen Ozeans scheint zu bestehen.Weiterhin wird die Verteilung der Lagerstättenfelder von Zinnerz und Diamanten in Afrika kurz beschrieben und auf das lineare Prinzip ihrer Lage und Form hingewiesen. Das Netzwerk der Erzlinien und der Unterbrechungslinien einzelner Zonen mit einer Nord-West- und Nord-Ost-Orientierung folgt wieder den Großkreisen. Auch hier ist wieder eine deutliche Beziehung zwischen Mineralisation, Klüftung und Morphologie zu beobachten. Damit wird auf einige Grundlagen für eine mögliche künftige Großprospektion hingewiesen.

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Résumé L'état de nos connaissances d'aujordhui sur les problèmes des diaclases n'est pas satisfaisant. Il n'y a pas d'explications claires et definies sur leur origine. Les observations faites indiquent cependant l'importance de ce phénomène sur la morphologie et sur la distribution de la minéralisation de la croûte de la terre. La dépendance des traits de surface sur les diaclases et sur la minéralisation est indiquée. Les examples des relations très proches des grands cercles avec les diaclases, la morphologie et avec la distribution des gisements de nickel, de platine, d'étain et des diamants sont donnés. Ce travail est écrit surtout avec raport sur l'Afrique.

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The structure of the earth's crust and the heat-flow—heat-generation relationship in the Bohemian Massif

The relationship between terrestrial heat flow and heat generation of rocks was examined in the region of Proterozoic crystalline schists (Crystalinicum) of the Bohemian Massif at 18 sites. It has been shown that it is not possible to fit a single straight line to the heat-flow—heat-generation plot for the whole area investigated. It is necessary to consider for different parts of the Bohemian Massif how the different values of the heat flow q₀, originating at greater depths, influence the measured surface value q. In the paper it is explained that different values of q₀ are not caused by different heat flow through the M-discontinuity but predominantly by the different fabric of the lower crust.     

Magnetotelluric study of the earth's crust along the deep seismic reflection profile DEKORP 2-N

In 1986/1987, 53 magnetotelluric soundings were carried out along the deep seismic reflection line DEKORP 2-N crossing the Münsterland basin and the Rhenish Massif. Examination of the data suggests one-dimensional interpretation to be appropriate for the Münsterland sites and still reasonable as an approximation for the major part of the Rhenish Massif sites. In some cases, the data are disturbed by man-made noise, in particular at the northern border of the Rhenish Massif, or affected by static shift distortion effects evidencing small scale, near surface electrical conductivity inhomogeneities. One-dimensional modeling for undistorted stations reveals a good conductor at a depth of 6–8 km in the Münsterland basin and at a depth of 14–16 km in the Rhenish Massif, shallowing to the north. Thus far, earlier MT results for these regions are largely corroborated. Comparison with reflection seismic results shows the conductor of the Rhenish Massif to coincide fairly well with a poorly reflective zone in the middle crust associated with strong reflectors at its upper and lower boundaries.The discussion of possibly responsible electrical conduction mechanisms considers electronic conduction to be most favorable for explanation of the Münsterland good conductor. Black shales with high organic content are regarded as being primarily capable of producing the observed high conductance because of adequate pre-graphitization of organic matter which may form a conducting network at conditions of very low grade metamorphism. In accordance with the crustal structure discernible from seismic reflections, an extension of this black shale horizon to the south into the Rhenish Massif is discussed. At the base of overthrusted rock masses it could have served as a gliding horizon during the Variscan folding era. Mobilization of its organic content and redeposition in shear zones would explain the good conductor of the Rhenish Massif by means of electronic conduction. Therefore, concurrence between the good conductor and strong seismic reflecting elements appears conceivable provided the latter represent shear zones as well. Electrolytic conduction, often supposed to be causative to high conductivity layers at midcrustal depths, would require considerable connected pore space. If the latter interpretation is correct the good conductor observed will indicate a recent thermal or extensional process.

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Zusammenfassung In den Jahren 1986 und 1987 wurden 53 magnetotellurische Sondierungen entlang des tiefenreflexionsseismischen Profils DEKORP 2-N in der Münsterländer Bucht und im Rheinischen Schiefergebirge durchgeführt. Die Auswertung der Daten läßt erkennen, daß eine eindimensionale Interpretation für die Meßpunkte in der Münsterländer Bucht angemessen ist und eine zulässige Näherung für den größten Teil der Meßpunkte im Rheinischen Schiefergebirge darstellt. In einigen Fällen sind die Daten durch künstliche elektromagnetische Signale gestört, besonders am nördlichen Rand des Rheinischen Schiefergebirges, oder durch »Static Shift«-Effekte verzerrt. Letztere weisen auf kleinräumige, oberflächennahe Leitfähigkeitsinhomogenitäten hin. Eindimensionale Modellrechnungen an ungestörten Stationen zeigen einen guten Leiter in 6 bis 8 km Tiefe in der Münsterländer Bucht und einen weiteren in 14 bis 16 km Tiefe im Rheinischen Schiefergebirge, der nach Norden hin ansteigt. Frühere MT-Ergebnisse für diese Gebiete werden damit weitgehend bestätigt. Ein Vergleich mit den reflexionsseismischen Ergebnissen macht deutlich, daß die Tiefenlage des guten Leiters im Rheinischen Schiefergebirge sehr gut mit einer reflexionsarmen Zone in der mittleren Kruste zusammentrifft, die an ihrer oberen und unteren Grenze von kräftigen Reflektorenbündeln eingeschlossen ist.Eine genaue Betrachtung der in Frage kommenden elektrischen Leitungsmechanismen ergibt, daß Elektronenleitung als wahrscheinlichste Erklärung für den guten Leiter in der Münsterländer Bucht anzusehen ist. Schwarzschiefer mit einem hohen Gehalt an organischem Material können die beobachteten großen Leitfähigkeiten erzeugen, wenn das organische Material durch eine niedriggradige Metamorphose prägraphitisiert ist und ein Netzwerk elektrischer Leiterbahnen ausbildet. In Anlehnung an die aus den seismischen Reflexionen ableitbare Krustenstruktur wird eine Ausdehnung dieses Schwarzschiefer-Horizontes nach Süden in das Rheinische Schiefergebirge diskutiert. An der Basis der überschobenen Gesteinspakete könnte er als Gleithorizont während der variszischen Faltung gedient haben. Eine mögliche Mobilisation seines organischen Gehaltes und Wiederablagerung in Scherzonen könnte den guten Leiter des Rheinischen Schiefergebirges somit ebenfalls durch Elektronenleitung erklären. Es liegt deshalb nahe anzunehmen, daß der gute Leiter unmittelbar identisch ist mit den Bündeln von Reflektoren, sofern diese ebenfalls als Überschiebungsbahnen anzusprechen sind. Elektrolytische Leitung, die oft als Ursache für Schichten mit hoher Leitfähigkeit in der mittleren und unteren Kruste vermutet wird, erfordert einen beträchtlichen konnektierten Porenraum. In diesem Fall wäre der gute Leiter als Hinweis auf rezente Wärmezufuhr oder Dehnungsprozesse zu deuten.

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Résumé En 1986 et 1987, 53 sondages magnéto-telluriques ont été effectués le long du profil de sismique-reflexion DEKORP 2-N mené à travers le bassin du Münsterland et le massif schisteux rhénan. L'examen des résultats montre qu'une interprétation uni-dimensionnelle convient à la région du Münsterland et est acceptable en première approximation pour la majeure partie du massif rhénan. Dans quelques cas, les mesures sont perturbées par des signaux électro-magnétiques d'origine artificielle, particulièrement au bord nord du massif rhénan, ou encore sont affectées par des effets de «static shift» traduisant des hétérogénéités de la conductivité électrique près de la surface. La modélisation uni-dimensionnelle, établie pour les stations non perturbées, met en évidence un bon conducteur situé à une profondeur de 6 à 8 km dans le Münsterland et un autre à 14 à 16 km dans le massif rhénan, ce dernier s'élevant vers le nord. Les résultats de mesures magnéto-telluriques antérieures sont ainsi confirmés. Par comparaison avec le profil de sismique-reflexion, le conducteur du massif rhénan correspond à une zône peu reflective de la croûte moyenne limitée à son toit et à son mur par des réflecteurs marqués.La discussion des mécanismes susceptibles d'être responsables de la conduction électrique fait apparaître la conduction électronique comme la plus probable dans le cas du conducteur du Münsterland. Des schistes noirs riches en matière organique peuvent justifier la haute conductivité en raison de la pré-graphitisation qui, dans des conditions de métamorphisme de très faible degré, peut engendrer un réseau conducteur. En liaison avec les structures crustales déduites de la sismique-réflexion, l'extension latérale éventuelle de cet horizon pourrait avoir joué le rôle de lubrifiant à la base de masses charriées au cours du plissement varisque. La mobilisation de son contenu organique reprécipité dans des shear-zones expliquerait la présence du bon conducteur sur le massif rhénan, par un processus de conduction électronique. Ainsi pourrait s'expliquer la coïncidence du bon conducteur et des bons réflecteurs sismiques, puisque ces derniers s'interprètent comme des surfaces de charriage. Un processus de conduction électronique, souvent considéré comme responsable de couches à haute conductivité dans la croûte moyenne, exige la présence d'un volume important de pores interconnectés. Si une telle interprétation est correcte, le bon conducteur observé serait l'indice d'un échauffement ou d'un processus extensif récent.

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DEKORP 2Nord , N-S 230 , E-W 170 , . . , , . DEKORP , , . , .

     

Geothermal evolution of the Astrakhan Arch region of the Pricaspian basin

The Astrakhan Arch region contains one of the largest sub-salt structures of the Pricaspian basin, where perspectives for hydrocarbon generation and accumulation in the Devonian to Carboniferous deposits are considered to be high. The paper addresses the problem of structural and geothermal evolution of the region deformed by salt movements. Initially, we developed a model of the regional structural evolution along a geological profile using the volume-balancing and back-stripping methods and geological constraints on the sedimentation, erosion, and paleo-water depths. Then we developed geothermal models (along the study profile) associated with the regional structural evolution. The models were constrained by the temperatures measured in four deep boreholes along the profile. We show that the present temperatures and heat flux are influenced by the presence of salt diapirs. Since the Early Carboniferous and till Middle Permian times, the temperatures predicted by the models vary significantly due to the regional transgression and the presence of seawater. The temperature of Devonian–Carboniferous carbonates increases since the Late Permian (time of post-salt deposition) and attains its maximum values in the SW-part of the profile. If the model assumptions concerning the constant vertical and zero lateral heat fluxes are valid, we can conclude that hydrocarbons are most likely to be generated in the SW-part of the region for the post-Early Permian time.