CC BY
13Общая геология
УДК 55(1/9X571.56)
О напряженном состоянии горных пород обрамления Анабарского кристаллического массива
B.C. Якупов
Рассматривается пространственное распределение удельного электрического сопротивления мерзлых карбонатных пород, окаймляющих Анабарский кристаллический массив и независимо от возраста и положения по отношению к массиву почти однородную по литологическому составу толщу. В ее составе выделяется полоса разновозрастных пород, местами разобщенных, в целом высокого удельного электрического сопротивления. Главные особенности пространственного распределения удельного электрического сопротивления мерзлых кембрийских пород в обрамлении А набарского кристаллического массива можно объяснить их напряженно-деформированным состоянием в северо-западной части района всюду, а в юго-восточной части - на локальных участках, приуроченных к поднятиям кристаллического фундамента. Отдельные черты пространственного распределения электропроводности мерзлых карбонатных пород могут быть объяснены их литологическими различиями.
Spatial distribution offrozen carbonaceous rocks edging Anabar crystalline massif and in spite of their age and position relatively to massif forming almost uniform by lithologic content strata is considered. In their content it can be singled out a strip of rocks of different age, disconnected by places, in whole of high resistivity. Main peculiarities of spatial distribution offrozen cambrian rocks resistivity in the Anabar massif frame can be explained by their stress condition in north-west part of region everywhere and in south-east - on local sites coinciding with rises of crystalline foundation. Separate features of frozen carbonaceous rocks resistivity spatial distribution can be explained by their lithological differences.
Анабарский кристаллический массив, выходящий на дневную поверхность в виде треугольника со сторонами 250-300 км, расположен в северной части Сибирской платформы. Он сложен преимущественно гнейсами архейсшго возраста, собранными в крупные крутопадающие складки северо-западного простирания. На архейских породах с угловым несогласием окаймляющей массив полосой залегают протерозойские отложения, окруженные полем преимущественно карбонатных отложений кембрийского возраста. Они полого (углы падения -1°) погружаются в стороны от массива. Анабарский массив и его обрамление относятся к области глубокого промерзания земной коры. Медианное значение мощности мерзлых горных пород - 730 м, максимальное - около 1300 м. С 1970 по 1985 г. на территории массива и его обрамления нашей лабораторией выполнено 2032 точки вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), включая 124 контрольных (средняя погрешность измерения оказалась равной 2,6%), с разносами АВ до 4400 м. Это позволило определить удельное электрическое сопротивление горных пород различного литолого-петрографического состава всех основных горизонтов геоэлектрического разреза (сверху вниз, летом): талые и мерзлые рыхлые отложения, мерзлые и талые скальные породы. Распре-
ЯКУПОВ Виль Сайдельевич, д.г.-м.н., профессор, г.н.с. ИКФИА
деление удельного электрического сопротивления для всех их однотипных разностей соответствует логнор-мальному закону, что позволяет сравнивать их по оценкам математического ожидания или медианным значениям, при необходимости с помощью критерия Стьюдента. Здесь рассматривается пространственное распределение удельного электрического сопротивления мерзлых карбонатных пород кембрийского возраста в обрамлении Анабарского кристаллического массива. За исключением участков развития доломитов среднекембрийского возраста у западной окраины массива и к северо-востоку от него опоясывающие массив кембрийские отложения независимо от возраста и положения по отношению к массиву представляют довольно однородную по литологическому составу, но не по электропроводности карбонатную толщу. В ее составе прежде всего привлекает внимание концентрическая массиву полоса разновозрастных, от нижнего кембрия до верхнего, пород разного, но высокого удельного электрического сопротивления. К югу от массива в этой полосе на территории развития средне- и верхнекембрийских отложений встречаются на первый взгляд хаотично расположенные участки пород, которые по величине сопротивления образуют две заведомо различные совокупности. Их сопротивление описывается лог-нормальным законом и по медианным значениям различается в ~3 и ~4 раза. Более детально картина распределения удельного электрического сопротивления
ЯКУПОВ
Рис. Схема геологического строения Анабарского кристаллического массива и его обрамления
Таблица
Породы (возраст) и их расположение на рисунке -№ участка Относительная величина удельного электрического сопротивления, р/р0
Архейские (1) 12,9
Протерозойские (2) 7,8
Нижнекембрийские (3) 1,0
Нижнекембрийские (4) 5,7
Среднекембрийские (5) 19,0
Среднекембрийские (6) 5,4
Среднекембрийские (7) 24,0
Верхнекембрийские (8) 3,6
Среднекембрийские (9) 1,6 и 6,7
Верхнекембрийские (10) 2,2 и 6,3
Среднекембрийские (11) 2,0
Среднекембрийские (12) 1,7
мерзлых горных пород Анабарского массива и его обрамления представляется следующей (см. рис. и таблицу; го-удельное электрическое сопротивление мерзлых нижнекембрийских отложений).
Вся толща мерзлых карбонатных пород кембрийского возраста по удельному электрическому сопротивлению независимо от возраста разделяется на четыре группы: 1) высокого сопротивления (Среднекембрийские доломиты, участки 5 и 7, см. рис.); 2) относительно высокого сопротивления (Нижнекембрийские, участок 4 и Среднекембрийские отложения, участок 6); 3) относительно низкого сопротивления (Нижнекембрийские отложения, участок 3, Среднекембрийские, участок 12 и Верхнекембрийские отложения, участки 8 и 11); 4) содержащую отложения, по сопротивлению относящиеся как ко второй группе, так и к третьей (Среднекембрийские отложения, участок 9 и Верхнекембрийские, участок 10). Отметим, что в по-
лосе пород высокого сопротивления чаще встречаются участки, где удельное электрическое сопротивление мерзлых и талых пород практически одинаково: рм=рт. Попытка объяснить особенности пространственного распределения удельного электрического сопротивления мерзлых карбонатных пород вариациями их литологического состава встречает следующие трудности: 1) почему сопротивление среднекембрийских доломитов втрое больше сопротивления протерозойских доломитов, развитых на южной окраине Анабарского массива; 2) почему остальная часть карбонатных отложений, согласно всем имеющимся в литературе описаниям, по литологическому составу, за редкими исключениями, однородная (на участке 8 повышено содержание доломитов, а на участках 11 и 12 преобладают глинистые известняки и мергели), по сопротивлению разделяется на две резко отличающиеся группы; 3) в еще большей степени необъяснимо существование на участках 9 и 10 на первый взгляд хаотично распределенных относительно друг друга карбонатных пород, принадлежащих по величине сопротивления к тем же двум группам, причем породы более низкого сопротивления являются вмещающими. Таким образом, вариации литологического состава кембрийских пород объясняют лишь малую часть наблюдаемой картины. Ее следует дополнить следующим соображением: сопоставление расположения участков с относительно низким и высоким сопротивлением мерзлых среднекембрийских отложений на участке 9 и рельефа кристаллического фундамента приводит к выводу, что участки с высоким удельным электрическим сопротивлением приурочены к поднятиям кристаллического фундамента: Мархинскому и Айхальскому поднятиям, Бо-гольскому куполу и Серкимскому валу, где глубина залегания кристаллического фундамента менее полутора-двух километров. Эта же тенденция имеет место и для верхнекембрийских отложений на участке 10. Отсюда следует предположение, что пространственное распределение электропроводности мерзлых горных пород кембрийского возраста зависит от их напряженного состояния. Предполагается, что для больших территорий растяжение не может иметь место, поскольку оно снимается тектоническими нарушениями, но может существовать в отдельных небольших блоках. Таким образом, необходимо считаться лишь со сжатием как в силу веса лежащих выше пород, так и сил тектонического происхождения, чаще горизонталь-
ных. Сжатие породы уменьшает объем порового пространства, прежде всего за счет крупных пор и трещин, и тем самым увеличивает удельное электрическое сопротивление породы в талом состоянии. Вследствие этого при промерзании удельное сопротивление и соответственно отношение рм/рт возрастают в меньшей степени, и отсюда растет вероятность равенства рм=рт. Эта тенденция и наблюдается для пород высокого сопротивления в обрамлении Анабарского массива. Отметим, что удельное электрическое сопротивление глинистых пород при сжатии возрастает в большей степени, чем более грубозернистых [4]. По данным, для участков 9 и 10 оно возрастает в 3-4 раза. Наиболее вероятной причиной возникновения напряжений в отдельных блоках земной коры, помимо обусловленных взаимодействием литосферных плит, являются вертикальные или горизонтальные подвижки. При воздымании сводовой структуры по ее периферии возникают напряжения сжатия, направленные нормально к границам структуры и постепенно убывающие с расстоянием [7]. Известно, что в неогене Анабарский массив совместно с Тунгусской синеклизой испытал поднятия амплитудой в сотни метров [2. С. 50-54], и, возможно, указанные С.И. Шерманом сжимающие усилия возникли к северу от Анабарского массива. Постгляци-альное поднятие захватило его частично (центр оледенения приходился на плато Путорана) и проявилось характерными для окраины территории оледенения дифференцированными современными движениями изостатической природы [3. С. 110-119; 1. С. 60-63]. Амплитуда вертикальных движений зависит от мощности земной коры. Для Анабарского массива она равна 42-44 км, он «вдавлен» в мантию на 2 км [5]. Граница Мохоровичича погружается в юго-западном направлении от массива до 48 км, в южном - до 50 км; к востоку от массива она залегает на глубине 38 км. Наибольшие градиенты изменения мощности земной коры имеют место у юго-западной и северо-восточной окраин Анабарского массива. К юго-западу смещен и центр Хета-Оленекской овоидно-кольцевой системы (ОКС) с концентрическими дуговыми и радиальными линеаментами и структурами - сателлитами [5], что в совокупности указывает на некоторое преобладание северо-западного простирания в глубинных структурах региона. Возможно, что Хета-Оленекская ОКС со структурами-сателлита-ми отражает суперпозицию мантийных и гляцио-изостатических движений в соответствии с построениями С.А. Тычкова [6]. Блоковое строение, ос-
ложняющее распределение напряжений, возможно, обуславливает дифференцированный характер движений отдельных блоков по их вертикальной скорости и направлению. На представляющем для нас особый интерес участке в районе Айхальского и Мар-хинского поднятий мозаично-блоковое строение фундамента установлено методом глубинного сейсмического зондирования [5]. Отметим, что Мунское поднятие не сопровождается увеличением удельного электрического сопротивления мерзлых кембрийских пород: этот участок скорее подвержен растяжениям, на что указывает наличие здесь крупных разломов.
Особенности пространственного распределения удельного электрического сопротивления мерзлых карбонатных пород в обрамлении Анабарского массива и тенденцию уменьшения отношения рм/рт вплоть до единицы на участках с высоким сопротивлением можно объяснить их напряженным состоянием, допустив, что в северо-западной части района напряжения тектонического происхождения проявляются в целом всюду, как и в северной части Анабарского массива. На более высокое поднятие северной и северо-западной частей и северо-восточного угла Анабарского массива указывает резкое погружение кристаллического фундамента здесь и очень плавное к югу и востоку от него [5], что хорошо соответствует полосе развития мерзлых кембрийских отложений высокого сопротивления. Это объясняет резкое различие по сопротивлению нижнекембрийских отложений на участках 4 и 3, а также сравнительно низкое удельное электрическое сопротивление мерзлых карбонатных отложений на участках 9,10,11 и 12 (помимо наличия на них местами пород высокого сопротивления). Выпадающий из этой схемы участок 6, возможно, идентичен участку 9, что, вероятно, осталось неустановленным из-за малого числа наблюдений в его пределах. В юго-восточной части района эти напряжения проявляются в основном локально, в районах поднятий кристаллического фундамента - Айхальского, Мархинс-кого и других. Лишь локальное проявление сил тектонического происхождения в этой части района объясняет, по-видимому, сравнительно небольшое сопротивление протерозойских доломитов и нижнекембрийских отложений. Отдельные черты пространственного распределения сопротивления карбонатных пород (участки 5,7 и 8 в полосе высокою сопротивления иЗ, 11 и 12 в полосе низкого) могут быть объяснены литологическими их различиями, довольно удачно дополняющими общую картину, создаваемую напряженным состоянием горных пород обрамления Анабарского кристаллического массива.
шкодзинстй
Литература
1. БочаровГ.В., ГусевГ.С., Есикова J1.B., СпекторВ.Б. Карта современных вертикальных движений территории Якутской АССР // Геотектоника. 1983. № 3.
2. Золотарев А.Г. О знаках новейших вертикальных движений континентальных равнин в связи с изменениями уровня Мирового океана // Геотектоника. 1983. №3.
3. Никонов A.A. Современные вертикальные движе-
ния земной коры Северной Америки // Геотектоника. 1978. №6.
4. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. М.: Наука, 1965. 164 с.
5. Розен О.М. Строение земной коры Анабарского щита.
7. Тычков С.И. Конвекция в мантии и динамика платформенных областей. Новосибирск: Наука, 1984. 96 с.
8. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.
------
УДК 551.21
Природа вулканических взрывов
B.C. Шкодзинский
Анализ теоретических и геологических данных показал, что причиной вулканических взрывов и образования ким-берлитовых трубок, брекчий и игнимбритов является консервация высокого внутреннего давления газовой фазы декомпрессионным затвердеванием низкотемпературных магм при подъеме.
Analysis of theoretical and geological data shown that volcanic explosions, formation of kimberlite pipes, breccias and ignimbrites are a result of blockade of high internal pressure of gas phase by means of decompression consolidation of low-temperature magmas during their ascent.
Существующие представления. Проблема происхождения вулканических взрывов издавна привлекает внимание исследователей. В последние десятилетия она наиболее интенсивно обсуждается в связи с открытием многих новых кимберлито-вых трубок на различных континентах. Рассматриваются две главные гипотезы - фреатомагмати-ческая и флюидномагматическая. Согласно первой, взрывы, формирующие кимберлитовые брекчии и диатремы, обусловлены парообразованием при соприкосновении кимберлитовой магмы с грунтовыми водами [1]. Это приводит к взрывной дезинтеграции вмещающих пород и кимберлитовых магм. В этом случае непонятно, почему взрываются не только вмещающие породы, но и кимберлитовые магмы и почему последние почти не изливаются на земную поверхность. В то же время внедряющиеся в районах распространения кимберлитовых трубок базальтовые магмы застывают в ос-
ШКОДЗИНСКИЙ Владимир Степанович, д. г.-м. н., г. н. с. ИГАБМ СО РАН
новном в виде даек, лав и силлов и очень редко формируют трубки взрыва, хотя более высокая температура этих магм (1000-1200°С) по сравнению с кимберлитовыми (800-1000° [2]) должна была бы приводить к более интенсивным фреатомагмати-ческим взрывам при их внедрении. Вызывает сомнение и возможность возникновения очень мощных фреатомагматических взрывов при соприкосновении магм и грунтовых вод, так как при подводных излияниях базальтовые магмы затвердевают обычно в виде пиллоу-лав без существенных взрывов [3]. Это обусловлено низкой теплопроводностью воды, которая приводит к переходу в пар лишь очень тонкого ее приконтакгового слоя. Поэтому пар успевает удаляться без взрывных явлений.
Согласно флюидномагматической гипотезе, взрыв происходит в результате выделения и резкого расширения газов под влиянием декомпрессии в поднимающихся магмах [4]. Но не ясно, почему часть богатых летучими компонентами кислых магм достигает земной поверхности без взрыва с образованием потоков газонасыщенных пенистых лав (игниспумитов, пемзовых лав [3]), кимберли-
