CC BY
160
Трофименко С.В. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТИ (Ф) ГОУ ВПО ЯГУ
----------------------------- © А.С. Статива, С.В. Трофименко,
2006
УДК 551.24 (571.56)
А.С. Статива, С.В. Трофименко
МЕТОДИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СИСТЕМ РАЗЛОМОВ АЛДАНСКОГО ЩИТА
Основные положения методики и технологии выделения и трассирования систем разломов. В процессе изучения систем докембрийских разломов Алданского щита с использованием геолого-геофизических данных использовалась методика и технология, разработанные при изучении разломно-блоковой тектоники Украинского и Балтийского щитов [1-4]. В качестве рабочей гипотезы этой методики принята ротационная гипотеза структурообразования в земной коре [4], на которой основывается методика и технология изучения разломов земной коры Алданского щита [5, 6]. Как и всякая гипотеза (теория), она основана на ряде постулатов (аксиом). Главные принципы ротационной гипотезы структу-рообразования следующие:
1. Источником энергии тектонических активизаций Земли являются силы взаимодействия планеты с окружающими ее физическими полями: гравитационным, магнитным, электрическим или электромагнитным.
2. Планетарные закономерности структурообразова-ния, наблюдаемые в земной коре, определяются законами деформации (реакцией на внешние силы) мантии или, по крайней мере, ее верхней части мощностью не менее 900 км.
3. В начальный этап тектонической истории Земли ее оболочки являются гомогенными, а с течением времени они последовательно усложняются нарушениями.
4. Законы деформации оболочек Земли и связанные с ними процессы формирования структур в земной коре в течение всей геологической истории Земли были подобными. Возможно, изменялась только интенсивность тектонических процессов.
5. Разломы первых порядков в каждой системе должны иметь определенную металлогеническую специализацию, которая усложняется в процессе участия фрагментов этих разломов в последующих тектонических
активизациях.
Методика изучения разломов земной коры, основанная на ротационной гипотезе структурообразования (изложена в авторской концепции [56-59]), должна учитывать закономерности, установленные на ее основе:
1. Декембрийские разломы в пределах щита располагаются не произвольно, а укладываются в определенные системы. Каждая система включает разломы двух взаимиоорто-гональных направлений разных порядков. Изучение тектоники Украинского и Балтийского щитов авторами [1-4] свидетельствует о том, что каждая из систем включает крупные разломы, отстоящие друг от друга на 140-150 км (условно называемых разломами первого порядка). Между ними наблюдаются параллельные им разломы на расстояниях, равных 1/2, 1/4 и т.д. расстояния между разломами первого порядка, соответственно разломы второго, третьего и последующих порядков. Разломы первого порядка отличаются более четкими проявлениями в полях и особенностях геологического строения разделяемых ими блоков, большей шириной зоны проявления, выдержанностью по простиранию и, по-видимому, большей глубиной проникновения.
2. Иерархическая соподчиненность разломов разных порядков в пределах каждой системы.
3. Взаимосвязь формирования разломов, осадконакоп-ления и складчатости. Денудация и осадконакопление возможны только при наличии относительно приподнятых участков земной коры - областей сноса и относительно опущенных - областей осадконакопления. Геологические процессы ведут к выравниванию этих участков. Каждая новая тектоническая активизация приводит к возникновению разломов
земной коры и относительному перемещению по ним блоков. Процессы денудации возобновляются. Следовательно, каждой тектонической активизации должно соответствовать образование осадочных толщ. Верно и обратное утверждение: каждой осадочной толще или изменению скорости ее накопления соответствует своя тектоническая активизация.
4. Следствием ротационной гипотезы является также тесная взаимосвязь между активизацией разломов земной коры и складчатостью, потому что эти процессы являются результатом разрядки одного и того же поля напряжений.
5. Закон унаследованного формирования разломов и связанных с ними поверхностных структур. Заключается он в том, что разломы вновь образуемой системы частично могут использовать фрагменты разломов ранее образованных систем.
Подобные закономерности характерны и для других геологических регионов, но они не находят логического обоснования с позиций других тектонических концепций. Вновь полученные данные о разломах входят в противоречие с созданными ранее представлениями о них. Отметим следующие основные противоречия:
1. Наблюдаются строго ориентированные в пространстве сети разломов, которые могут быть следствием разрядки планетарного, а не локального полей напряжений.
2. Каждая тектоническая активизация приводила к образованию своей системы разломов. Следовательно, в докембрии было столько тектонических активизаций, сколько систем разломов удается установить. Противоречие заключается в том, что при традиционном подходе разломно - блоковые структуры представляются как одноактные образования, однажды возникшие, в лучшем случае активизированные впоследствии.
3. Многоактность тектонических активизаций меняет представление о блоках земной коры как структурах только пространственных. Каждая новая тектоническая активизация нарушает ранее сложившуюся систему блоков и создает новую.
4. Новые представления о формировании структур типа геосинклиналей на границах жестких блоков позволяют устанавливать не только пространственную, но и генетическую
связь между образованием блоков земной коры, перемещением их по разделяющим разломам и явлениям осадконако-пления, складчатости и магматизма в верхних частях земной коры.
Эти противоречия вскрываются в разных частях Земли, в различных реологических условиях и, следовательно, носят глобальный характер.
Для построения схем систем докембрийских разломов Алданского щита и прилегающих территорий масштаба 1:500 000 использованы следующие исходные материалы:
1. Карты магнитного поля масштаба 1:500 000, составленные в ПГО "Якутскгеология", ПГО "Дальгеология", ПГО "Иркутскгеология", 10% контроль по отчету ПНИЛЗ ЯГУ.
К недостаткам этих карт следует отнести: разнотипность съемок на разных участках и, как следствие, разная детальность, недостаточность увязки уровней полей на границах территорий разных ПГО, несоответствие густоты сети наблюдений на отдельных участках масштабу карты и др.
2. Карты гравитационного поля масштаба 1:500 000, составленные в ПГО "Якутскгеология", ПГО "Дальгеология".
Для них характерны те же недостатки, что и для карт магнитного поля.
3. Топографические карты масштаба 1:500 000.
Технология выделения разломов по геолого-реофизи-
ческим данным основана на использовании реологических признаков разломов и проявлении их в физических полях. Она включает три основных этапа: определение направлений систем, составление схем индикаторов разломов по системам и трассирование разломов.
Геологические признаки разломов, используемые при их выделении и трассировании, можно разделить на три группы.
1. Признаки, проявляющиеся в особенностях состава и строения разделяемых разломами блоков.
2. Признаки, проявляющиеся в петрографическом составе и внутренней структуре разломов.
3. Признаки, проявляющиеся в строении осадочного чехла, рельефе фундамента и коре выветривания пород фундамента.
Первая группа признаков наиболее четко проявляется в случае, корда разлом разделяет блоки с разными уровнями эрозионных срезов. Соседние блоки при этом отличаются по структурным планам и вещественному составу иди степеням метаморфизма слагающих их пород. Разные структурные планы в ряде случаев подчеркиваются наложенными структурами. Сложными является случаи, когда соседние блоки сложены одними и теми же породами, но количественные соотношения отдельных петрографических разностей различные. В этом случае можно воспользоваться картой-мозаикой литолого-петрографического состава пород, строящейся на основе фактических геологических данных [3].
Вторая группа признаков связана со специфическим петрографическим составом и внутренней структурой самих разломов. Эта специфика приобретается фрагментами разломов как в момент образования, так и в процессе последующих тектонических активизаций в результате воздействия процессов магматизма, гранитизации, метасоматоза, метаморфизма и разного рода механических подвижек.
Отличительной особенность большинства новообразований в пределах разломов является их линейная форма, связанная с линейными ограничениями блоков. Одной из наиболее четко проявляющихся особенностей разломов является наличие линейных тел интрузивов (массивы, дайки) основного или ультраосновного состава. Они возникают во время образования разломов или в процессе последующих его активизаций, проходящих в режиме растяжения. Наличие подобного рода интрузивов с несомненностью свидетельствует о разрывах земной коры, которые, в частности послужили каналами для вывода магм основного и ультраосновного состава к приповерхностным частям земной коры. К сожалению» вопрос о соотношении времен возникновения разлома и интрузий, как правило, остается открытым. Они могут быть как одновременными, так и разновременными.
Определенной характеристикой разломов может быть форма интрузивных образований. Последние в пределах разломов могут быть в виде: линейно вытянутых массивов; интрузий центрального типа, но укладывающихся в линейные цепочки; одиночных даек или их поясов.
Некоторые разломы характеризуются активным проявлением процессов гранитизации и метасоматоза, в результате которых вдоль определенных фрагментов разломов наблюдаются линейные зоны, насыщенные гранитами аплито-идного типа, пегматитами и метасоматитами. Названные выше процессы тесно взаимосвязаны между собой и протекают в условиях повышенного притока тепла и флюидов по разломам.
Не обсуждая конкретную роль каждого фактора в названных выше преобразованиях пород на границе блоков земной коры, подчеркнем две их особенности, имеющие важное значение для дальнейшего изложения:
1. Специфический состав новообразований, отличный от петрографического состава пород, слагающих соприкасающиеся блоки.
2. Линейный характер новообразований, наблюдающийся на поверхности фундамента в виде зон шириной от доли километра до нескольких километров.
Кроме того, в результате относительных взаимных перемещений блоков в межблоковых зонах возникает специфическая, так называемая, разломная складчатость. На уровне современного эрозионного среза ока проявляется в виде полосчатости в мигматитах, ориентированной вдоль разломов.
Третья группа признаков связана с проявлениями разломов в строении Осадочного чехла, рельефе фундамента и коре выветривания кристаллических пород. Любое осадкона-копление связано с тектонической активизацией разломов, приводящей к необходимой для этого процесса разности отметок блоков. Кроме того, относительные перемещения блоков нарушают структуру ранее образованного чехла, Следовательно, особенности строения и состава осадочного чехла можно использовать для решения двух задач:
1. Выявление фрагментов разломов, активизирующихся в период образования осадочного чехла.
2. Изучения динамики движения блоков в периоды активизации.
Относительные вертикальные перемещения блоков фундамента создают разные фациальные условия осадкона-копления по разные стороны от разлома. Может иметь место
разная мощность одноименных осадков, частичный или полный размыв определенных горизонтов, приводящий либо к изменению мощности одновозрастных образований, либо к их выпадению по разные стороны от изучаемого фрагмента разлома.
Непосредственно над разломами в осадочной толще могут наблюдаться отклонения от ее нормального залегания: изменения мощности, деформации типа приразломных складок, серии разрывов, зоны повышенной трещиноватости.
Рельеф кристаллических пород формируется в два этапа: до образования на них устойчивого чехла и после.
На первом этапе за счет относительного перемещения блоков земной коры создаются условия для денудационно-седиментационных процессов. За счет разной скорости перемещения блоков происходит разная расчлененность рельефа выходящих на дневную поверхность кристаллических пород.
На втором этапе существенное значение приобретают относительные высоты поверхности фундамента. Осадочный чехол при этом предохраняет поверхность от денудации, и разность отметок на границах крупных блоков может достигать десятков и даже сотен метров.
Разломы в рельефе поверхности фундамента могут проявляться еще в виде линейных повышений или понижений. Природа их может быть разной. Относительные повышения рельефа над разломом на первом этапе формирования рельефа могут быть связаны с новообразованиями пород в пределах разлома, трудно поддающихся выветриванию. Если в пределах разлома имеют место легко выветриваемые породы - образуются относительные понижения. На втором этапе формирования рельефа кристаллических пород возможно возникновение в пределах разломов горст-грабеновых структур за счет "отставания" смещений блоков-пластин, из которых состоит крупный разлом, в процессе смены направлений относительных перемещений блоков.
Кора выветривания кристаллических пород также несет информацию о пространственном положении разломов и о их активизациях в процессе ее формирования. Это связано с влиянием разломов на процесс образования коры и по-
следующего ее выветривания. В результате указанных процессов кора выветривания по разные стороны от изучаемых разломов может отличаться; мощностью, рисунком изопахит и даже составом.
Вдоль крупных разломов, в связи с повышенной раздробленностью земной коры и дополнительного притока тепла, могут образоваться линейные коры выветривания, мощность которых превышает иногда 100 м.
В связи с изложенным можно сделать следующие замечания:
1. Описанные признаки справедливы для идеального случая разлома гомогенного участка земной коры. В действительности имеют место многочисленные наложения систем разломов друг на друга, усложняющие реально наблюдаемую обстановку.
2. Могут иметь место случаи, когда в пределах изучаемого участка описанные особенности установить не удается. Из этого не следует делать вывод об отсутствии разломов.
Проявление разломов в физических полях. В условиях недостаточности геологических данных о разломах целесообразно использовать геофизические методы. Часто применяют термин "геофизические признаки" разломов. Будем понимать под этим термином проявления геологических признаков в физических полях. Характерные признаки разломов земной коры, проявляющиеся в гравитационном и магнитном полях будем в дальнейшем называть индикаторами разломов в физических полях. Наибольшее распространение в прикладной геофизике получили и эффективно используются три группы индикаторов разломов:
1. Линейные ступени в уровнях полей. В дальнейшем для краткости будем их называть гравитационными и магнитными ступенями
2. Линейные локальные аномалии полей обоих знаков.
3. Линейные нарушения регулярного поведения иэоа-номал гравитационного и магнитного полей и линейные границы областей с разным рисунком этих полей.
На рисунке приведены рисунки изолиний полей, соответствующие указанным индикаторам и принятые их обозначения на картах признаков.
Рассмотрим возможную геологическую природу обсуждаемых групп индикаторов.
1. Гравитационные магнитные ступени соответствуют линейным тектоническим и стратиграфическим контактам комплексов пород с разными физическими свойствами. Геологическая природа такого контакта может выть определена только геологическими методами. Для определения местоположения разломов с помощью геофизических методов геологическая природа контакта (тектонический или стратиграфический) не имеет существенного значения, т.к. и те и другие теснейшим образом связаны с относительными перемещениями блоков по разломам. Кроме того, гравитационные ступени могут разграничивать блоки с разными уровнями эрозионных срезов. В этом случае по разные стороны от ступени может иметь место один и тот же комплекс пород, но с разными сочетаниями слагающих его петрофизических разностей или разными степенями метаморфизма.
2. Линейные гравитационные и магнитные аномалии обусловлены линейными геологическими объектами, которые, чаще всего, представлены новообразованиями в пределах разломов. Линейные геологические тела возникают в процессе формирования разломов в результате разрядки поля планетарных напряжений.
В третью группу включен разнообразный набор нарушений поля, схематически изображенных в четырех нижних ячейках на рисунок. Этим нарушениям соответствуют и наиболее разнообразные геологические признаки: стратиграфические контакты двух соприкасающихся разнородных толщ; тектонические контакты, приводящие к нарушению корреляции выходящих на поверхность линейных образований или нарушению структурных планов по равные стороны от этих контактов.
На этапе определения наличия и местоположения разломов с помощью геофизических методов геологическая природа контактов существенного значения не имеет. Поэтому третья группа индикаторов может быть также использова-
на для выявления разломов с помощью геофизических методов.
Для выявления и трассирования разломов могут быть использованы также данные сейсморазведки и электроразведки. Они используются чаще всего при выявлении признаков разломов, проявляющихся в строении осадочного чехла, коры выветривания, а также рельефа кристаллических пород. Сейсморазведка методом ГСЗ является эффективным методом изучения глубинного строения земной корн и верхней мантии и, в частности, разломов земной коры. Критерии выделения разломов по данным ГСЗ обстоятельно описаны в работах [7, 8].
В условиях большой мощности осадочного чехла и достаточно густей сети сейсморазведочных работ можно использовать карты изогипс кристаллического фундамента и погоризонтные карты. Изучение геологического строения осадочного чехла в пределах щитов обычно ведется с помощью ВЭЗ, опирающихся на разрезы по близрасположенным скважинам. Результаты электроразведки можно использовать для изучения геологического строения осадочного чехла и глубины до фундамента. С помощью крестовых ВЭЗ в некоторых случаях можно определять ориентировку слоистости или трещиноватости.
Четкими критериями проявления разломов в осадочном чехле служат изменения геологического разреза по разные стороны от разлома, которые могут выражаться в геоалек-трическим разрезе "выпадением" геоэлектрических горизонтов, изменением их мощности или удельного сопротивления.
Неоценимую помощь в выявлении разломов фундамента могут оказать карты изогипс опорного горизонта, построенные по данным ВЭЗ. Для их построения необходимо иметь достаточно густую сеть точек ВЭЗ и опорных скважин._______
Индикаторы Рисунок изолиний Условные обозначения
Гравита- Магнитное
ционное поле
поле
Рис. 1. Индикаторы разломов в физических полях и условные обозначения к ним
С целью выделения разломов используется повышенная микротрещиноватость пород осадочного чехла над разломами, возникающая в процессе малых, но систематически проявляющихся относительных перемещений соприкасающихся блоков фундамента в новейшее и настоящее время.
Повышенная трещиноватость пород в сочетании с их обводненностью понижает удельное сопротивление, которое может быть зафиксировано методами электропрофилирования.
Метод ВЭЗ может быть использован для непосредственного выявления зон дробления и трещиноватости фундамента, являющихся следствием молодых активизаций разлом-ных структур.
Результаты работ методом теллурического зондирования также могут использоваться при изучении разломов, которые проявляются чаще всего как зоны повышенной проводимости в земной коре.
С позиций ротационной гипотезы структурообразования [4] в земной коре в течение докембрия имели место несколько (не менее 6) тектонических активизаций, связанных с изменением пространственного положения оси вращения Земли. Каждой из этих активизаций должна соответствовать своя система разломов.
В более позднее время, заложенные в архее системы разломов, неоднократно активизировались. Часто они несут признаки молодых геологических образований, которые принимаются некоторыми исследователями в качестве индикаторов времени заложения разломов. С целью определения направлений разломов Алданского щита выполнен статистический анализ азимутов простираний линейных элементов гравитационного и магнитного полей, а также линейных участков гидросети.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гонтаренко В.Н., Веток В.В. Системы разломов Кольского полуострова //Геофизические методы изучения систем разломов земной коры и принципы их использования для прогнозирования рудных месторождений.
- Днепропетровск: 1988. - С. 26-28.
2. Тяпкин К.Ф., Гонтаренко В.Н. Системы разломов Украинскогощи-та. - Киев: Наук, думка, 1990. - 184 с.
3. Тяпкин К.Ф. Изучение разломных и складчатых структур докембрия геолего-геофизическими методами. - Киев: Наук, думка, 1986. -
168 с.
4. Тяпкин К.Ф., Кивелюк Т.Т. Изучение разломных структур геологогеофизическими методами. - М.: Недра, 1982. 239 с.
5. В.Н. Гонтаренко, А.С. Статива Системы докембрийских разломов Алданского щита //Геофизические исследования в Якутии. - Якутск: Изд. ЯГУ, 1992. - С. 67-71.
6. Статива А.С., Трофименко С.В. Кондряков В.А. и др. Электропроводность земной коры, литосферы и астеносферы. - Якутск: ЯГУ, 1990.
- 141с.
7. Соллогуб В.Б., Павленкова Н.И., Чекунов А.В. Критерии выделения разломов земной коры по данным ГСЗ //Геофизические исследования строения земной коры Юго-Восточной Европы. - М.: Наука, 1967. - С. 72-83.
8. Чекунов А.В., Кучма В.Г., Сигалов Я.Б. Некоторые принципиально важные свойства разломов //Геофиз. сб. АН УССР, 1977, -Вып. 77. - С. 312.
і— Коротко об авторах-------------------------------------------
Статива А.С. - Проблемная лаборатория по прогнозу землетрясений Якутского госуниверситета,
Трофименко С.В. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТИ (Ф) ГОУ ВПО ЯГУ.
