CC BY
27НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2006, №4
УДК 550.372:552.323.6(571.56)
Магнитотеллурические исследования в Зимнебережном алмазоносном районе при прогнозировании коренных месторождений алмазов
Е.В. Поспеева
Среднемасштабные магнитотеллурические исследования, выполненные в Архангельской алмазоносной провинции, выявили основные особенности геоэлектрического разреза Зимнебережного кимберли-тового района, имеющие генетическую связь с процессами кимберлитообразования. В контурах выявленных здесь проводящих геоэлектрических неоднородностей располагаются все известные кусты кимберлитовых трубок Зимнего берега. Наличие таких неоднородностей может стать одним из глубинных критериев выделения кимберлитоперспективных участков.
Average in scale magnetotelluric investigations, performed in Arkhangelsk diamondiferous province, revealed basic features of geoelectric section of Zimneberezhnt kimberlite region, having genetic relations with the process of kimberlite formation. All known clusters of kimberlite pipes ofZimny Bereg are located in the profiles of discovered here conductive geoelectric heterogeneities. Availability of such heterogeneities may become one of hypogene criteria of kimberlite-prospective sites' allocation.
В конце семидесятых годов на территории северо-запада Восточно-Европейской платформы была открыта Архангельская алмазоносная провинция (ААП). Она является второй после Якутии территорией Российской Федерации с разведанными запасами коренных месторождений алмазов. Балансовые запасы промышленных месторождений алмазов ААП составляют 18 % от общего объема запасов алмазов России. Здесь расположены два крупных, пространственно сближенных месторождения - им. Ломоносова и им. Гриба, первое из которых является одним из крупнейших в мире.
До настоящего времени промышленный потенциал ААП не исчерпан, поэтому одной из важнейших задач является выявление закономерностей размещения алмазоносных кимберлитов на основе изучения глубинного и структурно-тектонического строения земной коры Архангельской провинции и использование их в целях прогноза.
В общем комплексе геолого-геофизических методов одно из ведущих мест принадлежит магнитотеллурическим зондированиям, решающим самые различные геологические задачи - от поисков месторождений углеводородов и руд до изучения тектоники Земли на глубинах в сотни
ПОСПЕЕВА Елена Валентиновна - к.г.-м.н., в.н.с. ЯНИГП ЦНИГРИ АК «AJ1POCA».
километров. Результаты применения региональных и среднемасштабных магнитотеллурических зондирований на Сибирской платформе показали высокую информативность метода при прогнозировании разноранговых объектов кимберлито-вого вулканизма. Среднепалеозойская Сибирская кимберлитовая провинция расположена в области выклинивания крупных астенолинз в пределах приподнятых по поверхности фундамента районов платформы. В провинции выделены закономерно сочетающиеся геоэлектрические неоднородности, различающиеся по сопротивлению, латеральным размерам и глубинности. Кимбер-литовые поля, как правило, располагаются в пределах крупных высокоомных неоднородностей с сопротивлением тысячи Ом м, а участкам их локализации соответствуют проводящие субвертикальные аномалии.
Сходная структурно-тектоническая ситуация наблюдается в Зимнебережном алмазоносном районе Архангельской кимберлитовой провинции. Здесь региональными магнитотеллуриче-скими зондированиями (ГП «Архангельскгеоло-гия») выявлена значительная латеральная дифференцированность геоэлектрического разреза в нижнекоровом и подкоровом интервалах глубин. Наиболее низкие значения сопротивлений отмечаются под рифейскими грабенами (предполагаемыми палеорифтами). Они выделяются областями пониженных сопротивлений, в которых прослеживаются несколько субверти-
кальных аномальных зон проводимости, совпадающих обычно с глубинными разломами. Области высоких сопротивлений связаны с выступами кристаллического фундамента, на которых располагаются трубки взрыва щелочно-ультраосновного состава [1]. Кроме того, отмечена приуроченность трубок к серии линейных вертикальных зон повышенной проводимости, вытянутых в субмеридиональном направлении.
В 2004-2005 гг. на территории Зимнебереж-ного района силами ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛ-РОСА» проведены среднемасштабные магнито-теллурические исследования по серии профилей, пересекающих Золотицкое и Кепинское кимбер-литовые поля, а также Ижмозерское поле оливи-новых мелилититов. Цель исследований - изучение локальных особенностей геоэлектрического разреза и выявление индикационных критериев кимберлитопроявл ений.
Всего на территории Зимнебережного района выполнено 155 зондирований с шагом по профилю 2 км. При проведении магнитотеллурических зондирований в диапазоне периодов 0,003-5000 с применялась современная цифровая аппаратура V-5 System (Phoenix geophysics, Канада), оснащенная программой обработки первичных данных (SSMT).
Интерпретация данных проводилась в квазидвумерном приближении. Интерпретировались продольные кривые зондирования. Выбор продольных кривых осуществлялся на основе близости кривой зондирования в области больших периодов к кривым, характеризующим «нормальный» разрез Архангельской алмазоносной провинции и глобальной магнитовариационной кривой. При глубинных исследованиях продольные кривые дают наименее искаженную информацию о распределении электропроводности земной коры и верхней мантии. Для установления факта экранирования, степени экранирования и оценки параметров экранов выполнялось сопоставление наблюденных, продольных для структур осадочного чехла и фундамента, кривых МТЗ со среднехарактеристическими кривыми, совмещенными с модельными кривыми и кривой глобального зондирования (рис. 1).
По результатам проведенных исследований составлено представление о геоэлектрическом разрезе осадочного чехла, земной коры и верхней мантии Зимнебережного алмазоносного района.
В разрезе осадочного чехла выделяются три геоэлектрических горизонта - р?>рг<рз (рис. 2). Первый - высокоомный, приурочен к современным четвертичным отложениям, породам верх-
него палеозоя (каменноугольная система) и отложениям верхнего протерозоя (золотицкие слои падунской свиты котлинского горизонта). Мощность горизонта изменяется от 150 до 400 м, среднее продольное сопротивление 50 Ом м. Второй геоэлектрический комплекс - проводящий. Он представлен вендскими отложениями верхнего протерозоя (мельские и ергинские слои мезенской свиты котлинского горизонта; зимне-горские, вайзицкие и сюзьминские слои усть-пинежской свиты редкинского горизонта). Его мощность составляет 250-500 м, среднее сопротивление 7-10 Омм. Третий геоэлектрический горизонт включает в себя отложения венда (вер-ховские, архангельские, лямицкие и тамицкие слои усть-пинежской свиты редкинского горизонта) и рифея общей мощностью от 250 до 1500 м и сопротивлением 15-20 Ом м.
ЕЕЗ5 ЕЕЗ6 ЕЕЗ1
Рис. 1. Средние продольные кривые МТЗ Архангельской алмазоносной провинции.
Средние кривые: 1 - Ключевой, Пачугский кусты; 2 - Шочинский куст; 3 - Чидвинский куст; 4 - Ижемский куст; 5 - Золотицкий куст; 6 - Черноозерский, Верхотинский кусты; 7 - кривая «нормального» разреза Архангельской кимберлитовой провинции; 8 - модельные «нормальные» кривые для термодинамических условий Архангельской кимберлитовой провинции, совмещенные с кривой глобального зондирования магнитовариационной кривой
Породы кристаллического фундамента, по данным глубокого бурения и изучения ксенолитов в трубках взрыва, представлены мигматитами, амфиболсодержащими гнейсами, мигматизи-рованными амфиболитами, гранитогнейсами архейского возраста. Сопротивление пород фундамента в среднем составляет около 200 Ом-м, увеличиваясь до значений более 500 Ом м под Золотицким и Кепинским кимберлитовыми полями. На поверхности рельефа кристаллического фундамента наблюдается осложнение структур-
ПОСПЕЕВА
ного плана, выразившееся в чередовании выступов, впадин и грабенов. По данным МТЗ, четко картируются Керецкий и Падунский грабены, а также Зимнебережное поднятие. Основные ким-берлитовые поля Зимнебережного алмазоносно-
го района - Золотицкое и Кепинское - приурочены к Зимнебережному поднятию и только Ижемское поле северной частью располагается в пределах Керецкого грабена, а южной - в пределах Архангельского поднятия.
»»«i Uii3itaú1r ч и и > » i i j < т z » iú п ц 14 3J а гззМнм^т hzíSi il я st моя 1тж »un« rá«m*4j 4« лгЧа + Ai. А Л. Л.Х Л.Л t. М. Л.Л. АААА Л ÁA Л Ж Ж аАА A1AÁAÁA AUA ААААА АА1АААААА 1J.Á
500 — Q — -5UD -10ÜD
ОхлзяавЬ! té-f 72 jrJUriwi?
-1500 —
-2ÜDQ
-2500
+ 4. 1 1 1 +
+ + + К +
+- 4 + 4- -4-
+- -+ + +
35 к
40 00 0
6D-HUüu.a
80000
±
Рис. 2. Геолого-геофизический разрез по профилю I-I: 1 - пункты магнитотеллурических зондирований; 2 - геоэлектрические горизонты, выделенные в осадочном чехле и их параметры (мощность и сопротивление); 3 - поверхность кристаллического фундамента, по данным МТ-зондирований; 4 - тектонические нарушения, по данным ОГТ;5 - скважины глубокого бурения
Глубина залегания поверхности фундамента изменяется от 500 до 1100 м на выступах до 2000-2800 м в грабенах и впадинах (рис. 2).
Анализ магнитотеллурических и других глубинных геолого-геофизических данных, полученных на территории Феноскандии, позволил обосновать глубинную геоэлектрическую модель и соответствующие ей условия в земной коре и верхней мантии Архангельской алмазоносной провинции. Важнейшими элементами этой модели являются внутрилитосферный и мантийный (астеносфера) проводящие слои. Первый из которых, вероятнее всего, является ответственным за протекание многих тектонических и рудогене-тических процессов. Глубина залегания лито-сферного и мантийного проводящих слоев составляет 40-45 и 250-270 км соответственно, мощность литосферы - 220-240 км. Это подтверждают результаты трехмерного термическо-
го моделирования литосферы Архангельской (Зимний берег) алмазоносной провинции [2].
Выше литосферного проводящего слоя наблюдаются локализованные геоэлектрические неоднородности различного порядка. Они могут являться следствием процессов пространственного перераспределения свободных флюидов за пределы слоя и выделения растворенных в них электронно-проводящих минералов. Эти неоднородности образуют сопряженные системы, пространственно связанные с районами и полями кимберлитового магматизма.
В пределах Зимнебережного алмазоносного района по структурному положению и принадлежности к разным магматическим формациям выделяются четыре поля: Мельское - карбонатит -кимберлитовое, Золотицкое - мелилит-кимбер-литовое, Ижемское - щелочное мелилит-кимбер-литовое, Кепинское - пикрит-кимберлитовое.
Четыре самостоятельные кимберлитовые формации, сформировавшиеся на разных глубинах и в разных участках мантии, образуют единый аль-неит-кимберлит-карбонатитовый комплекс пород [3]. Золотицкое и Кепинское поля, совмещенные в пространстве и близкие по времени образования, занимают одну и ту же территорию Зимнебережного района. Алмазоносные поля объединяют группы (кусты) кимберлитовых и родственных им пород, принадлежащих к единой формации вулканических образований, локализованных в единых тектонических структурах и внедренных в течение единого тектономагмати-ческого цикла [3].
7:7000th
■?2<аш
?151я№1-1
7240OÜO-
231ЖШ-
ЗОООО-
7210000-
7200000-
1 v-'.-
сФЩт^
7190000-^
"У
7МСООО bwow Taoounu 'olOOUU "'oiOOOO 7ЙВООО 7640000
Ш' ЕЭ г Ш 1 Ш"
woo да аз о
ТОЙ <¡00 во
ÜOtl
wo 200 150 mo
50
■SO Om.M
Северо-Двинской зоной разломов, контролирующей размещение кимберлитов Зимнебережного алмазоносного района. В западной части Северо-Двинской системы разломов выделяются три проводящие неоднородности (рис. 3). Первая с глубиной залегания 20 км и сопротивлением меньше 50 Омм пространственно совмещена с Золотицким кимберлитовым кустом и раскрывается в северо-западном направлении. Две другие соответствуют Чидвинскому и Ижмозерскому кустам Ижемского мелилит-кимберлитового поля. Глубина залегания верхних кромок и неодно-родностей составляет 20 и 15 км, а сопротивление - 70 и 30 Ом м.
В восточной части Северо-Двинской системы разломов выделено четыре проводящих неоднородности, соответствующих Черноозерскому, Верхотинскому, Ключевому, Пачугскому и Шо-чинскому кустам Кепинского кимберлитового поля (рис. 3). Все неоднородности соизмеримы по своим параметрам. Глубина залегания их верхних кромок составляет около 20 км, а сопротивление - менее 100 Ом м.
Анализ материалов магнитотеллурических зондирований и других геолого-геофизических данных показал, что для Архангельской алмазоносной провинции характерно:
1. Расположение в древнем архейском блоке Беломоро-Кольского кратона.
2. Наличие мощной до 220-240 км литосферы.
3. Наличие высокоомного блока земной коры, пространственно совмещенного с кимберлитовыми полями Зимнебережного алмазоносного района.
4. Наличие сквозных проводящих неоднород-ностей, связанных с внутрикоровым и мантийным проводниками, в пределах которых локализуются кусты кимберлитовых трубок.
Литература
Рис. 3. Схема распределения удельного сопротивления на глубине 30 км в Зимнебережном алмазоносном районе:
1 - пункты магнитотеллурических зондирований; 2 - изолинии удельных сопротивлений, Омм; 3 - кимберлитовые трубки; 4 - кимберлитоподобные породы
Золотицкое и Кепинское кимберлитовые поля располагаются в пределах относительно высокоомного блока земной коры (продольное сопротивление свыше 500 Ом м). На фоне высокоомного разреза выделяются субвертикальные проводящие неоднородности. Они вытянуты в субмеридиональном направлении и совпадают с
1. Широбоков В.Н. Некоторые особенности глубинного строения Зимнебережного алмазоносного района // Разведка и охрана недр. - М.: Недра, 1977. - С. 21-25.
2. Глазнев В.Н. Комплексные геофизические модели литосферы Феноскандии. - Апатиты, 2004. - 250 с.
3. Андросов Е.А., Вержак В.В., Ларченко В.А., Минченко Г.В. О структурном контроле размещения кимберлитовых тел // Геология алмазов -настоящее и будущее. - Воронеж: Воронежский госуниверситет, 2005. - С. 31^43.
