CC BY
22
5. Левшин А. Л. Поверхностные и канало-вые сейсмические волны. -М.: Наука, 1973. -176 с.
6. Dziewonski, A.M., Anderson, D.L. Preliminary reference Earth model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V.25. -P. 297356.
7. Priesley K., Debayle E., McKenzie D., Pilidou S. Upper mantle structure of eastern Asia from multimode surface waveform tomography// Journal of Geoph.Res., 2006, v.111, B10304, doi: 10.1029/2005JB004082.
8. Ritzwoller M.N., Levshin A.L. Eurasian surface wave tomography: group velocities // J. Geophys. Res. 1998. Vol.103. № B3. -P. 4839-4878.
9. Russel, D. W., Herrman, R.B., Hwang, H. Application of frequency-variable filters Работа выполнена при финансовой поддержке НШ-4496.2006.5. и РФФИ № 06-0564117
Институт земной коры СО РАН. Рецензент А.П.Кочнев
УДК 551.24.03.
А.П.Кочнев, Р.Н.Иванова
ХАРАКТЕР ДЕСТРУКЦИИ ПОРОД В ЗОНАХ ГЛУБИННЫХ РАЗЛОМОВ НА РАЗНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ УРОВНЯХ ЗЕМНОЙ КОРЫ (НА ПРИМЕРЕ ПРИМОРСКОГО РАЗЛОМА)
По результатам тектонофациального анализа территории Ольхонского региона рассмотрены особенности деструкции пород в зоне влияния Приморского разлома, характерные для разных глубинных уровней их формирования. Показано, что термодинамический разрез земной коры региона представлен образованиями разных уровней - от экзозоны и эпизоны до мезозоны и катазоны. Структурный парагенезис каждого уровня характеризуется специфическим набором структурных форм, типом деформаций, степенью метаморфизма и деформированности пород. Выделены прогрессивные и регрессивные приразломные структурные парагенезисы. Показаны возможные варианты их сочетания на примере Приморского разлома (Западное Прибайкалье).
A.P. Kochnev, R.N. Ivanova Character rocks destruction in the zones of deep faults from the different thermodynamic levels of earth's crust (by Primorsky deep fault)
Tectonofacial analysis was made in the Olkhon region, in the zone of Primorsky fault. A result of investigation indicates individual of destruction of rocks from the different levels of the earth's crust. Section of earth's crust include 4 thermodynamic zones: exozone, epizone, mesozone and katazone. The zones had individual parameters of pressure, temperature, tip of deformation, metamorphism and deformation and paragenesis of structures. Dates, which is
to surface wave amplitude analysis // Bull. Seismol. Soc. Am. 1988. Vol.78. -P.339-354.
10. 10.Wu F.T., Levshin A.L., Kozhevnikov V.M. Rayleigh wave group velocity tomography of Siberia, China and vicinity // Pure and Appl. Geophys. 1997. Vol.149. -P. 447-473.
11. Yanovskaya T.B, Kozhevnikov V.M. 3D S-wave velocity pattern in the upper mantle beneath the continent of Asia from Rayleigh wave data. Phys. Earth Planet. Int. 2003. V. 138. -P. 263-278.
12. Zhao, D. Global tomographic images of mantle plumes and subducting slabs: insight into deep Earth dynamics // Phys. Earth Planet. Int. 2004. V.146. -P. 3-34.
characterizing progression and regression fault structures paragenesis were obtained. The date of research the zone of Primorsky fault demonstrate of variants composition of structures paragenesis.
В термодинамическом разрезе земной коры традиционно вслед за У.Грубенманом [2] выделяют эпизону, мезозону и катазону, которые различаются по глубине залегания, условиям метаморфизма и характеру деформации [6]. Нами [4, 5] предложено дополнительно выделять экзозону, самую верхнюю часть коры, в пределах которой преобладают экзогенные процессы. Таким образом, на современном уровне целесообразно рассматривать четыре уровня термодинамического разреза земной коры.
В экзозоне основными геологическими процессами являются выветривание, денудация и аккумуляция осадков во впадинах в основном в условиях водной и (в меньшей степени) воздушной среды седиментации при тесном взаимодействии стратисферы, гидросферы, атмосферы и биосферы.
В рыхлых (нелитифицированных) осадках экзозоны преобладающим механизмом деформации является гравитационное оплывание или гидропластичное течение, формируются консе-диментационные хрупкие разрывы и складки оползания.
Экзозональный структурный парагенезис включает в основном складки поперечного изгиба, связанные с погружением, разгрузкой от вышележащих толщ, обрушением, с провалами, вызванными деятельностью человека. Среди складок течения и волочения этой зоны наблюдаются подводно-оползневые, наземнооползневые. Из других разновидностей в эпизоне образуются складки гляциодислокаций, складки, связанные с неравномерным накоплением осадка, вулкано-тектонические (первичного наклона в эффузивных толщах).
Разрывные нарушения в экзозоне практически отсутствуют во внутренних
частях тектонических блоков, а в краевых частях формируются разломные зоны, представленные зонами дробления и трещиноватости.
Уровень метаморфизма осадков в экзозоне - нулевой. Экзозона отделяется от расположенной ниже эпизоны фронтом литификации.
Эпизона характеризуется уплотнением осадков, их литификацией, диагенезом и дегидратацией. Эпизональный тип тектоники характерен для платформенных и позднеорогенных комплексов, в которых преимущественным механизмом деформации является хрупко-пластичное изгибное течение [6].
Складки поперечного изгиба этой зоны - малоглубинные гравитационные, диапировые. Отраженная складчатость в эпизоне представлена флексурообраз-ными, брахиформными и купольными складками. Процессы течения и волочения в породах эпизоны формируют участки бескливажной шовной складчатости. Совокупность таких структурных форм определяет германотипный стиль складчатости эпизоны.
Разрывные нарушения эпизоны представляют собой мощные, зачастую сложно построенные геологические тела, с явно выраженным магистральным швом и зоной деструкции. В целом разломы и сопровождающие их структуры (приразломные складки, трещинова-тость и др.) определяют общий линейный характер складчатости в зонах своего влияния.
Уровень метаморфизма пород в эпизоне практически нулевой, в глубоко погруженных блоках наблюдаются па-рагенезисы цеолитовой стадии. Нижней границей эпизоны считается [6] фронт кливажа.
Мезозона отличается широким развитием процесса кливажирования пород в условиях зеленосланцевой и
эпидот-амфиболитовой фаций метаморфизма. Мезозональный тип тектоники наиболее полно проявлен в геосинклинальных, коллизионных комплексах, где широко распространена альпинотипная складчатость прираз-ломного смятия. Деформация пород ме-зозоны происходит в хрупко-вязких условиях. Складки изгиба мезозоны представлены среднеглубинными гравитационными, флексурообразными структурными формами, Б-образными при-сдвиговыми складками, образованными действием пары сил. В мезозоне наиболее полно проявлена шовная складчатость приразломного ламинарного сдвигового течения и волочения.
Хрупко-вязкие разрывные нарушения мезозоны сопровождаются зонами смятия, зонами ламинарного сдвигового течения, волочения, которые определяют общий линейный характер складчатости в зонах своего влияния. Нижней границей мезозоны традиционно считается [6] фронт кристаллизационной сланцеватости.
Катазона характеризуется широким развитием кристаллизационной сланцеватости в породах амфиболито-вой и гранулитовой фаций метаморфизма, локальным развитием процессов ультраметаморфизма, анатексиса и палингенеза.
Складки изгиба катазоны в целом представлены глубинно-гравитационными структурами куполов. Складки течения и волочения на уровне катазо-ны формируют в межкупольных зонах шовную складчатость течения, волочения. Катазональная складчатость характерна для полициклических комплексов основания с преимущественным развитием складчатости гравитационного всплывания или вертикального течения - сибиретипной и карелотипной. Сиби-ретипный тектогенез выделен М.А. Усовым на основе изучения Алтайских горно-складчатых сооружений [9]. Для него характерно усложнение ранее сформированных складчатых образова-
ний, без предварительного "омолаживания" литосферы мощными осадочными толщами. Этот тип тектогенеза отличается от альпинотипного умеренным распространением покровных структур, отсутствием значительных по мощности новых геосинклинальных отложений. От германотипного сибиретипная складчатость отличается интенсивностью дислокаций и особенно мощным развитием интрузивных процессов.
Для карелотипной складчатости характерно сочетание разнообразных купольных структур, сложенных грани-то-гнейсами, гнейсо-гранитами, чарно-китами, эндербитами, мигматитами, и сложных, дисгармоничных разнообразных складок межкупольных зон.
Разрывные нарушения катазоны исключительно вязкие. Это зоны течения собственно тектонического потока, нередко выполненные ультраметаморфическими магматитами.
Обобщенная характеристика рассмотренных выше структурных параге-незисов разных зон приведена в табл.1. Рассмотренные структурные парагене-зисы (СП) разных зон можно считать типоморфными, первичными или условно прогрессивными - они формируются в условиях нарастания давления и температуры (РТ), отражая прогрессивную ветвь деформационных процессов.
Изучение долгоживущих глубинных разломов показывает, что при выведении на современный уровень эрозионного среза пород, деформированных в глубинных условиях катазоны, обязательно происходит обратная смена РТ - от высоких катазональных до экзо-зональных, что проявляется в образовании новых СП, отвечающих условиям верхних термодинамических зон.
Таблица 1
Сводная характеристика термодинамических зон земной коры"
Термодинамические зоны
Тип складчатости
Деформационные условия образования
складок
Изгиба
Течения
Волочения
Скалывания
Другой механизм складчатости
разломов
Л «
ЭКЗОЗОНА
диагенез-уплотнение Фронт литификации
Гравитационная оплывания или горизонтального течения; отраженная
«
« Й Я
а и
И 8 р Си
О л
ЭПИЗОНА
диагенез-дегидратация
Р-0 кбар; Т-от 0 до 100° Фронт кливажа
Отраженная (германотип-ная)
Складки погружения Складки, вызванные разгрузкой от вышележащих пород Складки обрушения связанные с провалами, вызванными деятельностью человека
Подводнооползневые Наземнооползневые
Складки гидропластче-ского течения
Складки гидро-пластческо-го
волочения
Малоглубинная гравитационная складчатость - диапировые; диапироидные складки Отраженная складчатость поперечного изгиба - флексурообраз-ные складки_
Шовная (бескпиважная) полная (голоморфная ) замкнутая, часто изоклинальная линейная складчатость; нередко асимметричная.
Гляциодислокации
Складки, связанные с неравномерным накоплением осадков
Вулкано-тектонический (первичный наклон в эффузивных толщах)
Практически отсутствуют во внешнем фронте тектонического потока; Либо скрытые, трансформированные в зоны пликативных деформаций в связном тектоническом потоке
Мощные, зачастую сложно построенные геологические тела, определяют общий линейный характер складчатости в зонах своего влияния (собственно тектонические потоки)
Гравитационые покровы (шарьяжи);
о
«
К Г)
£ о о
МЕЗОЗОНА
метаморфизм цеолитовый,
зеленосланцевый, эпидот-
амфиболитовый
Р-0-10-12 кбар; Т- 100-500°
Фронт кристаллизационной
сланцеватости
Шовная или приразломно-го смятия (альпинотип-ная)
Среднеглубинные гравитационные складки Флексурообразные, Б-образные присдви-говые складки образованные действием па-ры сил_
Шовная складчатость прираз-ломного ламинарного сдвигового течения, волочения
Складки дифференциального скалывания
покровы (шарьяжи)
3 «
КАТАЗОНА
метаморфизм амфиболитовый, грану литовый; ультраметаморфизм, полингенез, анатексис Р- от 1 до 16 и более кбар; Т-более 500°
Гравитационная всплыва-ния или вертикального течения, купольная (сибиретип-ная, карело-типная)
Глубинно-гравитационные складки- купола
Шовная складчатость межкупольного течения,волочения
Покровы (шарьяжи)
Зоны ламинарного сдвигового течения, волочения;
определяют общий линейный характер складчатости в зонах своего влияния
(собственно тектони-_ческие потоки)_
Вязкие; зоны течения$$ часто выполнены ультраметаморфическими магматитами
(собственно тектонические потоки)
Использованы материалы У.Грубенмана, П. Ниггли, [2], М.А. Усова [9], С.И. Шермана [10], Е.И. Паталахи [6, 7]; В.А. Вигинского [1] и др., авторов [4.5]
Происходит последовательное наложение их на ранее сформированные более глубинные СП. Такое наложение характеризует регрессивную ветвь деформационных процессов, а вновь образующиеся СП могут быть названы вторичными, наложенными или регрессивными.
Возможно образование нескольких вариантов сочетаний разноглубинных СП. При этом необходимо учитывать тип первичных СП, скорость и градиент уровней поднятия блока земной коры.
Первичные СП с целью упрощения формализации обозначим условными аббревиатурами или порядковыми номерами: 1 - экзозональные СП (ЭзСП), 2 - эпизональные СП (ЭпСП), 3 - мезозональные СП (МзСП), 4 - ката-зональные СП (КзСП).
В зависимости от скорости поднятия можно наметить 3 варианта - мед-
леное, умеренно-быстрое или быстрое поднятие.
В зависимости от градиента уровней поднятия блоков земной коры целесообразно рассматривать также три варианта - незначительный градиент (поднятие на один уровень), средний градиент (поднятие на 2 уровня) и большой градиент (поднятие на три уровня).
При разных сочетаниях этих условий наложенные структурные парагене-зисы могут сформироваться полностью или частично.
Теоретически в полевых условиях в зонах долгоживущих глубинных разломов можно наблюдать 4 первичных (типоморфных, прогрессивных) и до 10 вторичных (наложенных, регрессивных) СП (табл. 2).
Приморский разлом является прекрасным объектом для изучения результатов такого наложение и влияния предшествующей истории деформации
Таблица 2
Типизация приразломных структурных парагенезисов
Первичные (прогрессивные) СП Вторичные (наложенные, регрессивные) СП
Градиент уровней поднятия
незначительный средний большой
медленное быстрое медленное умеренно- быстрое быстрое
1. Экзозональные (ЭзСП) ЭпСП+ЭзСП =21 МзСП+Эп СП +ЭзСП=32 1 МзСП+Э зСП =31 КзСП+МзСП +ЭпСП+ЭзС П =4321 КзСП+Эп СП +ЭзСП=4 21 КзСП +ЭзС П =41
2. Эпизональные (ЭпСП) МзСП+ЭпС П =32 КзСП+Мз СП +ЭпСП=43 2 КзСП+Э пСП =42
3. Мезозональные (МзСП) КзСП+МзС П =43
4. Катазо- нальные КзСП
пород на характер их деструкции на поверхности. В разные этапы своего развития он относился сначала к группе вязких, затем хрупко-вязких и хрупких разрывов. Его формирование началось с раннего протерозоя и продолжается до современного времени. По характеру состояния вещества, вовлеченного в процесс деструкции, в пределах зоны влияния данного разлома отчетливо выделяются структурные парагенезисы всех термодинамических уровней.
Катазональный парагенезис представлен вязкими разрывами, фиксирующимися зонами милонитизации, бластомилонитизации. Среди них преобладают субвертикальные нарушения, которые представляют собой продольные разрывы, ориентированные параллельно основному сместителю современного Приморского разлома и ранне-палеозойской шовной коллизионной зоне [8]. Большинством исследователей они определены как вязкие синмета-морфические бластомилонитовые швы сдвигового характера. Они имеют северо-восточное простирание и субвертикальное положение сместителей, часто выполнены телами синметаморфиче-ских пегматитов, гранит-пегматитов.
Структурный парагенезис мезозо-ны составляют хрупко-вязкие, хрупкие разрывы, кливаж. В системах трещин мезозонального типа часто можно наблюдать мелкие прожилки (менее 1 см) и довольно крупные жилы низкотемпературного гидротермального кварца мощностью до 15-20 см.
Комплекс структур эпизоны представлен хрупкими продольными и поперечными разрывами. Продольные разрывы, почти параллельные главному сместителю Приморского разлома, рассекают участок на ряд узких блоков северо-восточного простирания, образующих ступенчатую структуру. Наиболее крупные поперечные разрывы северо-западного простирания участвуют в формировании второстепенных долин, примыкающих к долине р. Кучелга.
Структурный парагенезис экзозо-ны представлен системами экзогенной трещиноватости. Наиболее часто встречаются трещины, параллельные господствующему северо-восточному простиранию пород. Также наблюдаются системы северо-западных трещин. Форма трещин самая разнообразная: от прямых до ломаных, неровных и даже изогнутых. По степени раскрытия отмечены трещины всех типов: скрытые, закрытые и открытые. Трещины разделяют породы на блоки, линзы разных размеров.
В связи с изучением комплекса наложенных структур были проведены исследования габитуса и толщины мик-ролитонов. Под микролитонами подразумеваются доступные для непосредственного наблюдения в обнажениях макролинзы, пластины и плитки, на которые разделены породы плоскостями кливажа.
Результаты проведенных исследований [3] показывают, что экспоненциальный характер зависимости толщины микролитонов от степени деформиро-ванности, ранее установленный Е.И. Паталахой и др. [6] для зеленосланцево-го комплекса пород фанерозойских складчатых сооружений Казахстана, сохраняется и для интенсивно метаморфи-зованных пород других регионов:
1/х
у = к е ,
где у - степень деформированности, к -константа, х - толщина микролитонов.
Разброс значений толщины мик-ролитонов в породах вблизи Приморского разлома изменяется от 0.1 до 16.0 см. Это несколько больше по сравнению с результатами изучения пород зеленос-ланцевой фации метаморфизма Казахстана, для которых этот интервал укладывается от 0.7 до 10.0 см.
Для всех типов пород, в соответствии с классификацией [11], характерна сглаженная трещинная сланцеватость с полной ориентировкой зерен минералов внутри микролитонов. Наблюдается отчетливое удлинение крупных мине-
ральных зерен, директивное расположение их длинных осей. В наиболее деформированных разностях пород фиксируется тонкая проникающая сланцеватость, для которой характерно параллельное залегание всех зерен. Как следствие, на макроуровне габитус микро-литонов в изученной выборке изменяется от грубо-линзовидной, грубо-плитчатой до тонкопластинчатой.
Толщины микролитонов амфиболитов от 2-3 до 16-20 см. Для сланцев наблюдаются наиболее тонкие формы -от 0.2 до 5.0 - 7.0, реже 12-15 см при хорошей выдержанности толщины микро-литона на значительные расстояния (первые десятки метров и сотни метров) по простиранию слоев. Группа мраморов занимает несколько обособленное положение. Для нее характерны линзо-видные и грубо пластинчатые формы, толщина микролитонов изменяется от 0.7 до 10-15 см.
Максимальная толщина микроли-тонов характерна для группы гнейсов, гнейсо-гранитов, гранито-гнейсов от 2-5 до 20-30 см и пегматитов 2-5 до 15-20 см.
Данные изучения габитуса и толщины микролитонов пород полициклического комплекса Приольхонья позволяют сделать вывод о том, что характер процессов деструкции пород в эпизоне зависит от предшествовавших деформационных преобразований на более глубоких горизонтах.
Просматривается следующая закономерность в интенсивности разрушения пород в зависимости от истории их деформации на разных термодинамических уровнях.
Наиболее устойчивыми к процессам деструкции в верхних частях земной коры оказываются породы, ранее деформированные на уровне катазоны. Вязко-пластичная и пластичная деформация этого уровня и преобразование внутренней структуры пород на гране расплавления или в полурасплавленном состоянии оставляют свой неизглади-
мый след. Проявляется это в том, что при выведении в верхние уровни земной коры породы оказываются менее подвержены разрушению. Они ведут себя аналогично настоящим магмати-там.
По всей видимости, это связанно с изменением структуры породы при высоком давлении и температуре с образованием плотной упаковки как на уровне кристаллической решетки минеральных агрегатов, слагающих породу, так и на наиболее плотном расположении самих минералов. В зоне разрывного нарушения, развивающегося в катазоне, к этому добавляется максимальная линеаризация в направлении, перпендикулярном преобладающему сжатию, увеличивающая прочностные свойства породы.
Максимально интенсивно на уровне экзозоны разрушаются породы, прошедшие деформацию в хрупко-пластичной среде мезозоны. Даже в залеченных кварцем разрывах образуются максимально тонкие микролитоны в 1 мм и менее. Наиболее ослабленными оказываются при выветривании плоскости кливажа, сформированные в мезо-зоне при образовании приразломных складок скалывания или кливажного течения.
Промежуточное положение занимают породы, преобразованные на уровне эпизоны - они подвержены формированию блоковых, линзовидно-блоковых структур.
В целом для изученного района характерно полное развитие парагенезиса катазоны, частичное развитие структур мезозоны (редкие жильные образования). Из структур мезозональ-ного парагенезиса отчетливо и повсеместно проявлен только кливаж. Структуры эпи- и экзозоны развиты отчетливо.
Таким образом, анализируя характер наложенных структур, можно предполагать достаточно быстрый подъем данного блока земной коры. Изучение интроструктуры долгоживущих разлом-ных зон с рассмотренных позиций по-
зволит более четко определить структурный контроль приуроченных к ним
рудопроявлений и месторождений.
Библиографический список
1. Вигинский В.А., Громин В.И., Чаиц-кий В.П. Тектонофациальный анализ эпизоны // Геоинформмарк.- М., 1999. - 45 с.
2. Грубенман У., Ниггли П. Метаморфизм горных пород. Общая часть. -М.-Л., 1933.
3. Иванова Р.Н. Характеристика микро-литонов метаморфических пород Приольхонья по результатам текто-нофациального анализа //Строение литосферы и геодинамика: Материалы XIX всероссийской молодежной конференции. - Иркутск: ИЗК СО РАН, 2001. - С. 34-35.
4. Кочнев А.П. Иванова Р.Н. Термодинамическая зональность земной коры Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований // Сборник избранных трудов НТК ФГГГ ИрГТУ.-Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. -Вып. 6. - С. 60-62.
5. Кочнев А.П. Иванова Р.Н. Термодинамическая зональность разломов // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований // Сб. избранных трудов региональной научно-
технической конференции ФГГГ.. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ 2007. -Вып.7.- С. 57-59.
6. Паталаха Е.И. Тектонофациальный анализ складчатых сооружений фа-нерозоя (обоснование, методика, приложение). - М.: Недра, 1985. -169 с.
7. Паталаха Е.И. Общая деформация земной коры с позиций тектонофа-циального анализа // Тектонические процессы: Докл. сов. геологов на XXVIII сессии Международного геол. конгресса (Вашингтон, июль 1980). - М.: Наука, 1989. - С. 201 -210.
8. Розен О.М., Федоровский В.С. Коллизионные гранитоиды и расслоение земной коры (примеры кайнозойских, палеозойских и протерозойских коллизионных систем). - М.: Научный мир. (Тр. ГИН РАН. Вып. 545). -2001. - 188 с.
9. Усов М.А. Структурная геология. -М.-Л.: Государственное издательство геологической литературы, 1940. -135 с.
10. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. - Новосибирск: Наука, 1977. -102 с
11. Passchier C.W., Trouw R.A.J. Mikro-tectonics. - Berlin, Springer, 1996. -298 p.
Иркутский государственный технический университет. Рецензент К.Ж. Семинский
УДК 550.835.24:546.296 + 551.243 А.А.Бобров
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ РАДОНА В РАЗЛОМНЫХ ЗОНАХ ПРИОЛЬХОНЬЯ И ЮЖНОГО ПРИАНГАРЬЯ
Проведены работы на территории Приольхонья и южного Приангарья по выявлению разломных зон в эманационном поле по объемной активности радона (ОАР). Измерения осуществлялись радиометром радона РРА-01М-03 по разработанной методике. От-
