CC BY
3
ГЕОЛОГИЯ
НАУЧНЫЙ ОТДЕЛ
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 262-267
Izvestiya of Saratov University. Earth Sciences, 2022, vol. 22, iss. 4, pp. 262-267 https://geo.sgu.ru https://doi.org/10.18500/1819-7663-2022-22-4-262-267, EDN: FHAQPE
Научная статья
УДК 550.831:550.838:551.243
К вопросу о геологической природе неоднородностей кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы
В. А. Огаджанов0, Е. Н. Волкова
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Россия, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83
Огаджанов Виктор Александрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, ozhva@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2645-4110
Волкова Елена Николаевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, заведующий кафедрой геофизики, volkovaen@info.sgu.ru, https://orcid.org/0000-0002-7620-3440
Аннотация. На основе анализа гравитационных и магнитных аномалий восточной части Восточно-Европейской платформы делается вывод о присутствии в земной коре неоднородностей, обусловленных процессами серпентинизации. Этот вывод подтверждается проведением геолого-геофизических исследований на эталонных объектах с выходами серпентинитов.
Ключевые слова: гравитационные аномалии, магнитные аномалии, магнитные свойства горных пород, плотность, серпентинизация
Для цитирования: Огаджанов В. А., Волкова Е. Н. К вопросу о геологической природе неод-нородностей кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 262-267. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2022-22-4-262-267, EDN: FHAQPE
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0)
Article
On the question of the geological nature of the crystalline basement inhomogeneities of the East European Platform
V. A. Ogadzhanov0, E. N. Volkova
Saratov State University, 83 Astrakhanskaya St., Saratov 410012, Russia
Viktor A. Ogadzhanov, ozhva@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-2645-4110 Elena N. Volkova, volkovaen@info.sgu.ru, https://orcid.org/0000-0002-7620-3440
Abstract. Based on the analysis of gravitational and magnetic anomalies of the eastern part of the East European Platform, it is concluded that inhomogeneities caused by serpentinization processes are present in the Earth's crust. This conclusion is confirmed by conducting geological and geophysical studies on reference objects with serpentinite outcrops. Keywords: gravitational anomalies, magnetic anomalies, magnetic properties of rocks, density, serpentinization
For citation: Ogadzhanov V. A., Volkova E. N. On the question of the geological nature of the crystalline basement inhomogeneities of the East European Platform. Izvestiya of Saratov University. Earth Sciences, 2022, vol. 22, iss. 4, рр. 262-267 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1819-7663-2022-22-4-262-267, EDN: FHAQPE
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC0-BY 4.0)
Введение
Один из наиболее сложных и важных вопросов глубинного строения древних платформ -геологическая природа их неоднородностей.
Во многом сведения о геологической природе структурно-вещественных неоднородностей можно получить на основе комплексного анализа геофизических данных. Гравитационные и магнитные аномалии отражают наиболее важные особенности неоднородностей земной коры. Поэтому необходимым этапом анализа данных региональных геофизических исследований является интерпретация магнитного и гравитационного полей.
На востоке Восточно-Европейской платформы в составе фундамента широко распространены основные интрузивные породы, которые вскрыты многими скважинами, как правило, в зонах больших разломов. Эти породы обычно представлены типичными габбро и габбро-норитами, которые тесно ассоциируются с пара-гнейсовым комплексом [1]. Такие интрузивные массивы, имея высокие значения плотности и намагниченности, зачастую отражаются совпадениями положительных аномалий гравитационного и магнитного полей.
На основании изучения физических свойств горных пород востока Восточно-Европейской платформы и ее обрамления (Волго-Уральской антеклизы, Воронежского кристаллического массива, Кавказа, Урала) были определены основные аномалиеобразующие породы кристаллического фундамента [2].
Посредством комплексного анализа гравитационных и магнитных полей востока ВосточноЕвропейской платформы выявлены аномалии, которые объясняются неоднородностями кристаллической коры, обладающими низкими значениями плотности и высокими значениями намагниченности.
Вопрос о геологической природе низкоплотных и высокомагнитных неоднородностей ранее рассматривался; в связи с этим был сделан вывод о том, что подобные комплексы земной коры в наибольшей степени могут соответствовать серпентинизированным образованиям [2, 3].
Интерпретация аномалий потенциальных полей по региональным профилям на ряде участков востока Восточно-Европейской платформы позволила выделить парагенетически связанные гравитационные и магнитные аномалии, когда гравитационные минимумы в редукции Буге (Л#Б) соответствуют магнитным максимумам (ЛГ) [2, 3].
Заключение о правомерности выводов о связи гравитационных минимумов и магнитных максимумов с неоднородностями земной коры, обусловленных серпентинизацией, можно сделать на основе геолого-геофизических исследований, выполненных на эталонных объектах
с выходами серпентинитов и известной физико-геологической характеристикой.
Методика исследований
Проведены анализ и обобщение данных о плотностях и магнитных свойствах горных пород по литературным и фондовым материалам. Физические свойства серпентинитов и других горных пород, слагающих кристаллическую кору, исследованы по материалам глубокого бурения на Волго-Уральской антеклизе, Воронежском кристаллическом массиве (ВКМ), а также в районах складчатых сооружений Кавказа и Урала.
Для складчатого сооружения Урала в кислых и средних породах плотность изменяется от 2,57 • 103 до 2,83 • 103кг/м3. Породы представлены гранитами, гранодиоритами и сиенитами. Среди ультраосновных пород дунит сер-пентинизированный имеет среднюю плотность 3,02 • 103 кг/м3, а перидотит пироксеновый -3,12 • 103 кг/м3. Из метаморфических пород минимальными значениями плотности отличается серпентинит - 2,66 • 103 кг/м3, а максимальными - эклогит со значениями 2,82-3,35 • 103 кг/м3. В состав ультраосновных пород входит перидотит серпентинизированный с плотностью 2,77х х 103 - 3,05 • 103 кг/м3, пироксенит с плотностью 3,2 • 103 кг/м3 и пироксенит амфиболовый - 3,25х х 103 кг/м3. Метаморфические породы включают сланцы, серпентиниты, мигматиты, амфиболиты и плагиогнейсы. Высокую плотность имеет амфиболит - 2,92 • 103 - 3,01 • 103 кг/м3, серпентинит антигоритовый-2,81 • 103 - 2,83 • 103 кг/м3, сланец хлорит-серицит-кварцевый - 2,77 • 103 кг/м3, сиенит - 2,71 • 103 кг/м3. Меньше, от 2,62 • 103 кг/м3 до 2,67 • 103 кг/м3, плотность у мигматита-биотита амфиболового, мигматита, плагиогнейса и сланца биотит-кварцевого.
Для серпентинита апоперидотитового ВКМ плотность составляет 2,60 • 103 кг/м3.
Диапазон изменения плотности пород метаморфического комплекса пород Волго-Уральской антеклизы, представленный гнейсами и кристал-лосланцами, варьирует в диапазоне 2,61-3,14 х х 103 кг/м3 при величинах магнитной восприимчивости 290-1420 • 10~5 ед. СИ.
Минимальные значения плотности характерны для серпентинитов Кавказа 2,29 • 103-2,44 х х 103 кг/м3.
Магнитная восприимчивость интрузивных пород разного состава изменяется в зависимости от среднего содержания в них магнетита, которое увеличивается от 0 до определенного процента, повышающегося от кислых пород к ультраосновным.
Для гранитов Кавказа магнитная восприимчивость составляет 8 • 10~5 ед. СИ, сиенитов -Урала 1300 • 10~5 ед СИ. Максимальными значениями магнитной восприимчивости (до 10000 •
х 10~5 ед. СИ) характеризуются габбро-нориты, выявленные на Волго-Уральской антеклизе.
Ультраосновные породы характеризуются наиболее широким диапазоном изменения магнитной восприимчивости - от слабо - (460 • х 1СГ5 ед. СИ) до сильномагнитных (10000 х х 10~5 ед. СИ).
Серпентиниты являются магнитными и сильномагнитными породами. Так, например, величина магнитной восприимчивости серпентинитов Кавказа достигает 3000 • 1СГ5 ед. СИ.
Сведения о главных аномалиеобразующих комплексах кристаллического фундамента территории востока Восточно-Европейской платформы приведены в табл. 1 [3].
Из анализа физических свойств горных пород, слагающих кристаллическую кору востока Восточно-Европейской платформы и его обрамления, видно, что наиболее низкими значениями плотности характеризуются граниты и серпен-тинизированные разности пород. Однако у серпентинитов при малых значениях плотности значения магнитной восприимчивости существенно выше, чем у гранитов. Согласно данным [4], при плотности 2,44 • 103 кг/м3 магнитная восприимчивость серпентинитов может достигать 3000 • 1СГ5 ед. СИ. Это дает основание полагать, что наиболее интенсивные минимумы аномалий гравитационного поля и максимумы аномалий магнитного поля должны соответствовать блокам серпентинизированных пород.
Выводы о соответствии гравитационных минимумов и магнитных максимумов низкоплотным и высокомагнитным неоднородностям земной коры востока Восточно-Европейской платформы подтверждаются интерпретацией аномалий потенциальных полей по региональным профилям.
При интерпретации в качестве граничных условий задавались значения плотности и магнитных свойств горных пород, определенные
по материалам, доступным в справочной литературе (например, [4, 5, 6] и др.), а также глубины границ раздела земной коры, выделенные по данным сейсморазведки.
Качественная интерпретация основывалась на исследовании амплитуд и морфологии гравитационных и магнитных аномалий и их совместном анализе. Количественная интерпретация потенциальных полей заключалась в определении физических свойств и структуры комплексов пород кристаллического фундамента по профилям длиной не менее 200-300 км.
Проверка гипотезы о соответствии гравитационных минимумов и магнитных максимумов неоднородностям земной коры, обусловленным серпентинизированными горными породами, проведена на эталонных объектах с выходами серпентинитов в районе Даховского кристаллического массива Западного Кавказа.
Для соблюдения условий подобия эталонного объекта серпентинизированному образованию в метаморфизованном фундаменте древних платформ, в пределах Даховского кристаллического массива выбран участок выхода серпентинитов, внедренных по разлому в толщу метаморфического комплекса, представленного амфиболитами, роговиками, мигматитами (табл. 2).
Были отобраны образцы горных пород с различных участков эталонного объекта. На основе петрографического и петрофизического анализа этих образцов, проведенных в СГУ им. Н. Г. Чернышевского, составлена петрофизическая модель эталонного объекта (табл. 2).
Данная петрофизическая модель иллюстрирует тот факт, что из всех породообразующих пород кристаллического массива на эталонном объекте только серпентиниты обладают наиболее низкими значениями плотности, сохраняя при этом высокие значения магнитной восприимчивости.
Таблица 1
Физические свойства главных аномалиеобразующих пород кристаллического фундамента востока
Восточно-Европейской платформы
Название пород и их комплексов Плотность, 103 кг/м3 Магнитная восприимчивость, 10-5 ед. СИ
Биотито-гранатовые, биотито-пироксеновые, биотито-роговообманковые, биотито- 2,70-2,90 (2,80) 300-1400 (850)
плагиоклазовые гнейсы
и кристаллосланцы
Граниты и плагиограниты 2,57-3,00 (2,80) 8-200 (100)
с гранатитом
Сиениты 2,71 1300
Габбро-нориты и габбро-диабазы 2,70-3,00 (2,85) 5000-10000 (7500)
Серпентиниты 2,38-2,83 (2,60) 600-3000 (1800)
Примечания. В скобках показаны средние значения физических параметров.
Таблица 2
Физические свойства горных пород эталонного объекта в районе Даховского кристаллического массива
Номер Плотность, Магнитная восприимчивость, Название породы
образца 103 кг/м3 10-5 ед. СИ
1 2,44 3000 Серпентинит
2 2,52 500-600 Серпентинит
3 2,29 2000-3000 Серпентинит
4 2,64 90-88 Амфиболит полевошпатовый
5 3,02 55 Амфиболит
6 2,79 4800-5000 Амфибол плагиоклазовый - роговик
7 2,79 4800-5000 Мигматит
8 2,66 270 Роговик
9 2,61 4 Пегматит
По профилю длиной примерно 170 м, пересекающему участок выхода серпентинитов на эталонном объекте, были проведены измерения гравитационного и магнитного полей с шагом 10 м. После обработки данных гравиметрической и магнитной съемок над выходами серпентинитов локализовались минимум гравитационного и максимум магнитного полей (рис. 1).
Рис. 1. Физико-геологическая модель эталонного объекта с выходами серпентинитов (составлена по данным В. В. Тимофеева и [3]: 1 - метаморфические породы, 2 -серпентиниты, 3 - галечник, 4 - дизъюнктивные дислокации (цвет online)
Результаты исследований
По результатам интерпретации гравитационных аномалий в кристаллической коре и мантии ряда участков востока Восточно-Европейской платформы установлено, что на фоне нормально
уплотненных пород кристаллического фундамента метаморфического состава с плотностью 2,703,00 • 103 кг/м3 в нем присутствуют низкоплотные неоднородности, плотность которых составляет 2,55-2,65 • 103 кг/м3 (рис. 2). В пределах Восточно-Европейской платформы выявлены регионально выраженные слои разуплотненных комплексов. Поверхность разуплотненных слоев в верхней части земной коры варьирует в среднем диапазоне глубин 5-9 км.
Сопоставление с данными магнитных съемок показывает, что в ряде случаев меньшим глубинам поверхности разуплотненных слоев, определенным по данным гравиразведки, соответствуют максимумы аномалий магнитного поля, а большим глубинам разуплотненных слоев соответственно минимальные значения аномалий магнитного поля (рис. 2).
Был проведен расчет коэффициента корреляции между глубинами поверхности разуплотненного слоя, определенного по данным гравираз-ведки и значениями магнитного поля по профилю, приведенному на рис. 2 [2].
Величина коэффициента корреляции между указанными параметрами, равная —0,69, свидетельствует о тесной связи магнитных аномалий с разуплотненными комплексами пород. Таким образом, очевидна обратная зависимость между глубиной разуплотненных слоев верхней части земной коры, определенной по данным интерпретации гравитационных аномалий и магнитным полем, откуда следует, что разуплотненные комплексы являются магнитоактивными.
Изложенным выше подтверждается вывод о наличии низкоплотных и высокомагнитных комплексов пород в земной коре востока Восточно-Европейской платформы, связанных с серпен-тинизацией горных пород [2].
Таким образом, по материалам проведенных исследований были выработаны критерии, определяющие физико-геологическую модель неоднородности, обусловленной серпентинизирован-
Рис. 2. Геолого-геофизический профиль верхней части земной коры Восточно-Европейской платформы на территории Нижнего Поволжья: 1 - осадочная толща; породы кристаллического фундамента: 2 - нормально уплотненные, 3 -переуплотненные, 4 - разуплотненные; 5 - разломы. AT - кривая магнитного поля, А^б - кривая гравитационного поля в редукции Буге, AgT - кривая гравитационного поля, рассчитанная от модели. На модели показаны значения скоростей сейсмических волн в числителе и плотностей в знаменателе (цвет online)
ными образованиями в земной коре древних платформ.
Отличительными особенностями серпенти-низированной неоднородности являются аномально низкие величины плотности (до 2,30 х х 103 кг/м3) и аномально высокие величины магнитной восприимчивости (до 3000 • 10"5 ед. СИ). На фоне высоких значений плотности и низких значений магнитной восприимчивости горных пород преимущественно метаморфического состава, слагающих кристаллический фундамент древних платформ, серпентинизированные неоднородности могут обусловить достаточно интенсивные минимумы гравитационного и максимумы магнитного полей.
Заключение
Выявление зон серпентинизации имеет большое значение при решении ряда фундаментальных и прикладных геологических задач. Среди основных задач следует выделить такие, как прогнозирование зон возникновения очагов землетрясений и поиски полезных ископаемых [1, 2, 3].
В работах [1, 2, 3] показана эффективность анализа потенциальных полей при изучении вещественных неоднородностей кристаллического фундамента древних платформ, а также сде-
лан вывод о возможной связи гравитационных и магнитных аномалий Восточно-Европейской платформы с серпентинизированными образованиями и зонами геодинамической активности [7, 8].
В части поисков полезных ископаемых следует отметить, что некоторые геологические объекты, например алмазоносные кимберлитовые трубки, будучи связанными с корово-мантийны-ми структурами древних платформ, образовались при метаморфизме горных пород; они характеризуются низкими значениями плотности при сохранении высоких значений намагниченности и отображаются отрицательными аномалиями гравитационного поля и положительными аномалиями магнитного.
Следует обратить внимание на ряд работ, указывающих на непосредственную роль сер-пентинизации в образовании и формировании скоплений углеводородов; подобные исследования ранее были проведены применительно к Западно-Сибирской молодой платформе [9, 10]. Отсюда становится очевидным интерес к исследованиям по выявлению зон развития серпенти-низированных образований, для платформенных территорий в целом.
Тем самым обосновывается актуальность исследований, касающихся связи зон вероятной серпентинизации с аномалиями геофизических
полей, выработки критериев и разработки методов прогноза объектов, связанных с серпентини-зацией применительно к решению задач прогноза нефтегазоносности в пределах древних платформ.
Библиографический список
1. Гафаров Р. А. Сравнительная тектоника фундамента и типы магнитных полей древних платформ (Восточно-Европейской, Сибирской и Северо-Американской). Москва : Наука, 1976. 270 с.
2. Огаджанов А. В. О возможной природе зон разуплотнения в земной коре Саратовского участка Поволжья // Недра поволжья и Прикаспия. 2004. Вып. 40. С. 59-61.
3. Огаджанов В. A., Огаджанов А. В. Аномалии геофизических полей при дилатации горных пород // Геофизика. 2013. № 6. С. 65-69.
4. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых : справочник геофизика / под редакцией Н. Б. Дорт-ман. Москва : Недра, 1984. 455 с.
5. Геофизические и геохимические исследования глубинных зон земной коры. Москва : Недра, 1983. 177 с.
6. Физические свойства осадочного покрова территории СССР: справочник / под редакцией М. Л. Озерской и Н. В. Подобы. Москва : Недра, 1967. 772 с.
7. Огаджанов А. В. Физико-геологические модели сей-смогенерирующих неоднородностей земной коры Среднего и Нижнего Поволжья : автореферат диссертации ... кандидата геолого-минералогических наук. Саратов, 2007. 16 с.
8. Огаджанов В. А., Огаджанов А. В. К вопросу о возникновении очагов землетрясений при дилатации горных пород // Геофизика. 2016. № 3. С. 34-39.
9. Разницин Ю. Н., Гогоненков Г. Н., Загоровский Ю. А., Трофимов В. А., Федонкин М. А. Серпентинизация мантийных перидотитов как основной источних глубинных углеводородов Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. № 1, вып. 45. С. 66-88.
10. Цепляева А. И. Моделирование залежей нефти в коллекторах палеозойского фундамента на основе ком-плексирования геолого-геофизических и промысловых данных (на примере одного из месторождений Красно-ленинского свода) : диссертация . кандидата геолого-минералогических наук. Тюмень, 2018. 142 с.
Поступила в редакцию 16.06.2022; одобрена после рецензирования 15.07.2022; принята к публикации 01.09.2022 The article was submitted 16.06.2022; approved after reviewing 15.07.2022; accepted for publication 01.09.2022
