CC BY
10
УДК 551.243.8:553.677.2(571.53)
О МЕХАНИЗМЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕГМАТИТОВМЕЩАЮЩИХ ЖИЛЬНЫХ ПОЛОСТЕЙ МАМСКОЙ МУСКОВИТОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ
А.П. Кочнев1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проведен анализ существующих представлений об условиях образования пегматитовме-щающих структурных элементов и полостей для слюдоносных жил Мамской мусковитоносной провинции. Показано, что они формируются в две основные стадии: раннюю - заложение пегматитовмещающих структурных элементов и позднюю - их раскрытие с образованием жильных полостей. В первую стадию формировались как доскладчатые, так и соскладчатые и постскладчатые приразломные структурные элементы, во вторую - происходило раскрытие их в условиях субширотного растяжения, обусловленного левосдвиговым полем напряжений при активизации Слюдянского разлома глубокого заложения. Библиогр. 11 назв. Ил. 2.
Ключевые слова: мусковитовые пегматиты; слюдоносные жилы; пегматитовмещающие структурные элементы; жильные полости.
ON FORMATION MECHANISM OF PEGMATITE CONTAINING VEIN CAVITIES OF MAMA MUSCOVITE-BEARING PROVINCE
A.P. Kochnev
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article analyzes existing ideas about the formation conditions of pegmatite containing structural elements and cavities for the mica-bearing veins of Mama muscovite-bearing province. It is shown that they are formed in two main stages: early one - the formation of pegmatite containing structural elements, and late one - their opening with the formation of vein cavities. Pre-folded, co-folded and post-folded fault line structural elements have been formed during the first stage. The second stage is characterized by their opening under the conditions of sublateral extension caused by the left shift stress field under the activation of Slyudyanka deep fault. 11 sources. 2 figures.
Key words: muscovite pegmatites; mica-bearing veins; pegmatite containing structural elements; vein cavities.
Вопрос об условиях образования пегматитовмещающих структурных элементов и полостей является одним из наиболее важных в дискуссии о струк-
турных факторах локализации слюдоносных пегматитов. В зависимости от его решения существует две основные точки зрения: согласно одной пегмати-
1 Кочнев Анатолий Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии, тел.: (3952) 405114, e-mail: kochnev@istu.irk.ru
Kochnev Anatoly, Doctor of Geological and Mineralogical sciences, Professor of the Department of Geology, tel.: (3952) 405114 (office), e-mail: kochnev@istu.irk.ru
ты и вмещающие их трещины и полости являются соскладчатыми [10, 3], согласно второй - постскладчатыми, связанными с наложенными на складки разрывными нарушениями [11, 9, 5].
В последние годы достоверно установлено, что в мусковитоносных провинциях развиты разновозрастные складчатые и разрывные структуры, а их пегматитоконтролирующая роль различна [4, 5, 6]. Отсюда говорить о со-складчатых или постскладчатых пегматитах в настоящее время по меньшей мере некорректно. Необходимо четко обозначить, о складках, разрывах и пегматитах какого возраста идет речь: для Мамской мусковитоносной провинции (ММП) плагиопегматиты являются со-складчатыми относительно продольных наложенных складок Б3, но постскладчатыми относительно линейных складок и доскладчатыми относительно присдвиговых флексурообраз-ных складок Б4, тогда как калишпатовые пегматиты соскладчатые относительно присдвиговых складок Б4, но постскладчатые относительно ранних складок и Б3.
Пегматитовмещающими структурными элементами являются [4, 5, 6] плоскости слоистости, сланцеватости, кливажа и секущих трещин разного возраста, образование которых связано как с линейными и наложенными складчатыми структурами, так и с пост-, поздне- и соскладчатыми разрывными дислокациями типа сдвигов, сбросо-сдвигов, взбросов и надвигов. В связи с этим здесь рассмотрим лишь некоторые вопросы механизма открытия пегмати-товмещающих трещин и плоскостей сланцеватости с образованием жильных полостей.
Г.Г. Родионов [10] и Н.В. Горлов [2], наиболее последовательно отстаивающие взгляды на контроль пегмати-
тов складчатыми структурами и со-складчатой трещиноватостью, обосновывают эту связь закономерной ориентировкой пегматитовых жил относительно слоистости и элементов складки. При этом они исходят из принципов синхронности, с одной стороны, процессов пегматитогенеза и складчатости, а с другой - заложения трещин и их открытия с образованием жильных полостей.
Эти принципы, довольно убедительные на уровне изученности муско-витовых месторождений в 50-60 гг. ХХ столетия, в настоящее время таковыми не выглядят. Так, в свете установления разновозрастности пегматитов, разрывных и складчатых структур нельзя рассматривать столь прямолинейно, как делают сторонники разных точек зрения, принцип синхронности-асинхрон-ности складчатости и пегматитогенеза. В 70-80 гг. выявлено множество случаев расположения пегматитовых жил за пределами складчатых структур (в областях моно- и псевдомоноклинального залегания пород) в виде линейно вытянутых струй, кулисообразных и лестничных зон, прямолинейно пересекающих складчатые структуры или переходящих из одних элементов складок в другие, а также случаи незакономерного положения жил относительно элементов складок.
К тому же совершенно необязательно пространственную связь пегматитов и складок объяснять синхронностью процессов их образования. Такая связь возможна и при асинхроннос-ти этих процессов: соскладчатые трещины могли открываться в связи с постскладчатыми деформациями. Однако этот подход до сих пор вообще не обсуждался - априорно принималась синхронность заложения и открытия пегматитовмещающих трещин либо в процесссе складчатости, либо в связи с
постскладчатыми дизъюнктивами. В то же время за асинхронность этих процессов говорит большинство известных фактов:
- пегматитовмещающими являются разновозрастные структурные элементы - от допегматитовых плоскостей слоистости, сланцеватости и кливажа до синпегматитовых секущих трещин, образование которых по данным структурного анализа связано с наложенными складками Б3 и Б4, с поздне- и постскладчатыми дизъюнктивами типа сдвигов, сбросо- и взбросо-сдвигов;
- асинхронность заложения и открытия трещин лучше объясняет пространственную связь пегматитов с разновозрастными складками - заложение трещин могло происходить в процессе ранней складчатости (сланцеватость, кливаж), а их открытие - с образованием жильных полостей в процессе наложенных складчатых и разрывных деформаций;
- образование трещин, закономерно ориентированных относительно складок, возможно и на более поздних этапах деформации - так ориентируются даже молодые неминерализованные трещины относительно элементов древних складок, что отмечает и Г.Г. Родионов [10]. Эти трещины не могут быть соскладчатыми, т. к. они неизбежно должны были залечиваться в процессе длительного постскладчатого развития (сотни млн лет). По-видимому, в процессе складчатости создается определенное поле напряжений, в соответствии с которым закладываются системы ослабленных плоскостей (латентных трещин), которые могли быть реализованы при любом типе наложенных деформаций (наложенной складчатости, движениях по разломам, сводовых и глыбовых поднятиях). Другими словами, пегматитовмещающие трещины
унаследуют поле напряжений ранних этапов складчатости, их ориентировка зависит от складчатой анизотропии так же, как и от слоистой анизотропии, от физико-механической неоднородности пегматитовмещающей толщи.
Главными механизмами формирования жильных полостей сторонники соскладчатости пегматитов [10, 2] считают отслоение в процессе образования складок изгиба без скольжения и разд-виг трещин отрыва и скола в процесссе образования складок изгиба со скольжением. Если первый механизм в принципе не вызывает возражения, хотя им трудно объяснить раскрытие плоскостей слоистости и сланцеватости в крыльях складок, то второй механизм требует более тщательного анализа.
Прежде всего, Г. Г. Родионов, Н.В. Горлов и др., предлагая механизм раздвига трещин в процессе складчатости, не анализируют соответствие мощностей пегматитовых жил и величины раздвигания трещин в складках с разным радиусом изгиба, т. е. фактической и теоретической амплитуды раздвигания. Рассмотрим этот аспект на примере формирования полости продольно-секущей жилы 53 г. Желанного (Чуя), которая рассматривается Г. Г. Родионовым как типоморфная для этого типа жил [10, рис. 20-24].
По его данным, жила 53 выполняет соскладчатую полость в замке антиклинальной складки с углом между крыльями 135-1450. Величина угла складки отражает радиус изгиба пегма-титовмещающего пласта, определяя амплитуду раздвигания продольных трещин в замке складки. По данным моделирования деформаций продольного изгиба [1, 7] в изгибаемом слое происходит закономерное распределение напряжений (рис. 1): во внешней (выпук-
Рис. 1. Механизм образования пегматитовмещающей полости жилы 53 (Чуя) по
Г.Г. Родионову [14].
А. План жилы. Б-В. Форма жилы в поперечном сечении по уступам 3 (Б) и 8 (В). Г-Д. Схемы механизма формирования полости по Г.Г. Родионову (Г) и предлагаемая (Д) с учетом соотношений параметров деформируемого слоя.
1 - пегматит; 2 - гнейсы; 3 - неминерализованные трещины; 4 - оси антиклинальных (сплошные линии) и синклинальных (пунктирные линии) изгибов; 5 - полость и направления растяжения; 6 - предполагаемые границы; 7 - угол складки; 8 - плоскость скольжения; 9 - амплитуда раздвига; 10 - длина слоя в плоскости скольжения (11) и в кровле (12); 11 -радиусы изгиба плоскости скольжения (Щ) и в кровле (Я2); 12 - элементы залегания; 13 -точки замеров залегания пород
лой) части слоя возникают растягивающие напряжения, а во внутренней вогнутой - сжимаю-щие. Смена их в слое происходит вдоль условной нейтральной поверхности, вблизи которой деформация не проис-ходит. Такая поверхность разделяет слой на две неравные части: растянутая внешняя часть обычно составляет 0,60,7 от мощности слоя (М). Отсюда можно рассчитать амплитуду раздвига слоев разной мощности в складках с разным радиусом изгиба: вдоль нейтральной поверхности амплитуда раздвига равна нулю, а максимальная амплитуда раздвигания будет вдоль кровли слоя (Арк). Она равна разности длин кровли (Дк) и нейтральной поверхности (Дн) как сег-
ментов окружности со своими радиусами изгиба (Як и Ян).
На рис. 1 видно, что длина этих сегментов пропорциональна углу, дополнительному к углу складки:
Дк=2пЯк (180-а)
360
Дн=2пЯн (180-а) 360
Арк= Дк - Дн
(180-а)
Арк= 2п(Як-Ян)
360
(1)
(2)
(3)
(4)
Из формулы [4] следует, что амплитуда раздвига в кровле слоя (Арк) зависит от разности величины радиусов изгиба кровли и нейтральной поверхности (Як-Ян) и от угла складки (а).
Если принять среднюю мощность растягивающейся части слоя равной
0,65 мощности слоя (М), то радиус изгиба кровли будет больше радиуса изгиба нейтральной поверхности именно на величину 0,65М:
Як-Ян=0,65М. (5)
Подставив выражение (5) в формулу (4), получим
Арк=2п х 0,65М(180-а)/360. (6) Для жилы 53 мощность слоя, судя по приведенным рисункам, около 12 м, а угол складки в среднем составляет 140о. Отсюда максимальная амплитуда раздвигания слоя по кровле составит Арк=2х3,14х0,65х12х0,111=5,44м (7) Фактическая мощность жилы 53 в ее верхней части по данным карьерной отработки составляет около 8 м. Следовательно, теоретическая амплитуда раздвига, отвечающая радиусу изгиба контролирующей складки, не обеспечивает формирование жил той мощности, которая характерна для жил этого типа. Если же учесть, что вмещающий жилу слой в процессе складчатости до стадии хрупкой деформации и раздвигания трещин отрыва испытал удлинение за счет пластического растяжения, то теоретическая амплитуда раздвига будет еще меньше.
Г. Г. Родионов и Н. В. Горлов приводят примеры приуроченности поперечно-секущих жил к пологим изгибам с углом складки в 165-1750. Простейшие расчеты показывают, что такие изгибы слоев мощностью 10-20 м могут создать очень малую амплитуду раздвига, значительно меньшую, чем мощности приуроченных к этим изгибам жил. Так, на рис. 2 по данным Н.В. Горлова [2, рис.
12] приведены разрезы сводовой части структуры Пертиваара (Карелия), на которых угол складки составляет 167-175°. При таком изгибе слоя мощностью в 100 м раздвиг составит 10 м, тогда как в своде сосредоточено несколько жил мощностью каждая 5-10 м.
Итак, и в этом плане парагенети-ческая связь пегматитовмещающих полостей со складчатостью изгиба достаточно проблематична. Она не объясняет фактические мощности пегматитовых жил, величину открытости вмещающих их полостей. Последние могли возникнуть лишь при допущении других механизмов раскрытия соскладчатых трещин, например, при наложенных деформациях, в связи с движениями по разломам.
Наконец, существует еще один момент, ставящий под сомнение парагенетическую связь пегматитов и складчатости. Сторонники этой связи оперируют фактом сопряженности жил со складчатыми изгибами, однако строгого структурного анализа такой связи не проводят. На примере той же жилы 53 Чуйского месторождения (рис. 1) видно, что приуроченность ее к замку антиклинального изгиба справедлива лишь для фланговых частей жилы. Центральная же часть жилы приурочена к сопрягающему крылу изгиба типа флексуры, а отдельные сечения даже к замкам синклинальных изгибов.
Оси изгибов ориентированы диагонально (аз. 135-150о) к простиранию жилы (аз. 7о), т.е. жилу 53 вообще нельзя относить к телам, контролируе-
2ÎL
2 на
-400 G0G 800м
Рис. 2. Схематический субширотный разрез сводовой структуры Пертиваара (Карелия)
по Н.В. Горлову (1973)
мым продольно-секущими трещинами отрыва, параллельными осевой поверхности складки, как это сделано Г.Г. Родионовым [10, с. 181]. Скорее эта жила выполняет плоскость сбросо-сдвига, а складчатые изгибы, с которыми связывается образование пегматито-вмещающей полости, являются прираз-рывными подгибами слоистости, которые свидетельствуют о левосдвиговом характере перемещений вдоль разрыва.
Таким образом, механизм раскрытия секущих пегматитовмещающих трещин в процессе складчатости не может считаться универсальным - часто он не обеспечивает необходимой амплитуды раздвигания. Нужен другой механизм, который удовлетворял бы этим требованиям, объяснял бы образование жильных полостей не только в складках, но и в их крыльях, учитывал бы неоднозначность трактовки принципа синхронности-асинхронности процессов пегматитогенеза и складчатости, разрыв во времени образования большей части пегматитовмещающих структурных элементов (слоистости, сланцеватости, кливажа, ранних трещин) и их открытия с образованием жильных полостей, обеспечивал бы соответствие теоретической и фактической амплитуды раздвигания.
Исходным положением такого механизма может служить ориентировка секущих пегматитовых жил: в Мамской провинции преобладают субмеридиональные секущие жилы. Следовательно,
в процессе образования пегматитовмещающих полостей в районе господствовало субширотное растяжение. Идея о таком растяжении высказана Г.В. Ивановым [3], но удовлетворительного объяснения причин появления такого плана напряжений им не дано.
Нами [4, 5, 6] установлена тесная связь трещин, вмещающих калишпато-вые пегматиты, с левосдвиговыми перемещениями по субсогласным локальным разрывам, с образованием присдви-говых субширотных складок, т. е. в поле напряжений с преобладанием субмеридионального сжатия и субширотного растяжения. Показано, что появление такого поля напряжений связано с левосдвиговыми перемещениями вдоль Слюдянского разлома - одного из разломов системы краевого шва Сибирской платформы [4, 5, 6]. Этому плану подчиняются дорудные синпег-матитовые, рудные и пострудные трещины, т. е. левосдвиговые перемещения и связанное с ними субширотное растяжение господствовали в течение всего позднесинпегматитового этапа активизации, что и обеспечивало раскрытие субмеридиональных трещин (как поздне-, так и раннесинпегматитовых и даже допегматитовых), преобладание субмеридиональных пегматитовых тел и зон ослюденения в них.
Таким образом, наиболее приемлемым механизмом образования пегмати-товмещающих жильных полостей для ММП является субширотное растяже-
ние в процессе поздне- и постскладчатых левосдвиговых и сдвиго-сбросовых деформаций, а не складчатость, с который связано только заложение части пегматитовмещающих трещин.
Библиографический список
1. Бондаренко П.М., Лучицкий И. В. О полях напряжений в складках, возникающих вследствии продольного изгиба // ДАН СССР, 1969. Т. 188. N.4. С. 878-880.
2. Горлов Н. В. Структурный контроль пегматитов Беломорья. Л.: Наука, 1973. 95 с.
3. Иванов Г. В. Тектоника и время образования мамских слюдоносных пегматитовых жил // Тектоника Сиб. платф. и смежн. обл.: тр. ВСНИИГГИМС. Иркутск, 1971. Вып.9. С. 225-270.
4. Кочнев А.П. Наложенные складчатые деформации в мамской толще и их роль в размещении слюдоносных пегматитов // Геол. рудн. месторожд. М., 1976. №.3. С. 53-62.
5. Кочнев А.П. Поля мусковито-вых пегматитов в зонах сдвиговых дислокаций //Сдвиговые тект. нарушения и их роль в образ. м-й полезн. ископ. М.: Наука, 1991. С. 175-180.
6. Кочнев А.П. Структурные типы мусковитоносных пегматитовых полей
и месторождений. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. 167 с.
7. Лучицкий И.В., Бондаренко П. М. Моделирование полей напряжений в геологических структурах и его значение в теории рудообразования //Роль физико-механич. свойств горных пород в локализации эндогенных м-й. М.: Наука, 1973. С. 89-94.
8. Мораховский В.Н. Формирование структур эндогенных месторождений в регрессивную стадию метаморфизма (на примере пегматитовых тел Мамского региона Северного Прибайкалья): автореф. дис. ... докт. геол.-минералог. наук. Л.: ЛГИ, 1991. 48 с.
9. Никитин В.Д. Генезис слюдоносных зон в телах гиганто-мигматитов // Минералогия и генезис пегматитов. М.: Недра, 1965. С. 110-120.
10. Родионов Г.Г. Происхождение форм пегматитовых жил // Тр. ВНИИАсбестцемент, вып. 5. М., 1956. Вып. 5. С. 156-215.
11. Рыцк Ю.Е. Роль тектоники в формировании слюдоносных пегматитов // Минералогия и генезис пегматитов. М.: Недра, 1965. С. 133-139.
Рецензент доктор геолого-минералогических наук, профессор Иркутского государственного технического университета В.А.Филонюк
