CC BY
37
0 связи магнитных аномалий Панского массива
с распространением в породах бурых плагиоклазов
К.О. Дудкин1, Т.В. Рундквист2
1 Естественно-технический факультет МГТУ, кафедра геологии и полезных ископаемых
Геологический институт КНЦ РАН, Апатиты
Аннотация. На большом фактическом материале проведено прямое сопоставление результатов наземных магнитных съемок с распределением бурых и бесцветных в шлифах плагиоклазов по данным детальных геологических съемок. Окраска плагиоклаза обусловлена присутствием механической примеси магнетита. Бурые плагиоклазы являются весьма четким индикатором повышенных магнитных свойств габброноритов Панского массива, в то время как бесцветные в шлифах плагиоклазы являются индикатором пониженных магнитных свойств. Источником подавляющего большинства магнитных аномалий, наблюдаемых над Панским массивом, являются породы с преобладанием отчетливо бурых плагиоклазов. Породы, содержащие бурый плагиоклаз, формируют выдержанные по простиранию и падению слои и линзы. Результат подбора моделей магнитных тел дает косвенные свидетельства в пользу того, что направление остаточной намагниченности, соответствующее свекофеннскому магнитному полюсу (I = 30°, D = 0°), преобладает для большинства пород массива на фоне значительного разброса, связанного с термовязкой намагниченностью.
Abstract. A correlation between the results of the ground magnetic mapping and the distribution of brown and colourless (in thin sections) plagioclases has been made using a great amount of the geological mapping data. The colour of plagioclase is a result of the admixed magnetite impurity. Brown plagioclases clearly indicate the increased magnetic properties of gabbronorites in the Pansky intrusion. The colourless plagioclases point out the reduced magnetic properties of the rocks. The rocks containing intense brown plagioclases are responsible for the great majority of magnetic anomalies observed over the Pansky intrusion. The rocks containing brown plagioclase form lenses and layers persistent along the strike and dip. The direction of the residual magnetization is consistent with the Svecofennian paleomagnetic Pole (I = 30°, D = 0°). This direction of the residual magnetization is predominant for the most part of the Pansky intrusion rocks, though there is a significant dispersion of data determined by the thermo-viscous magnetization.
1. Введение
Федорово-Панская расслоенная интрузия, расположенная в центре Кольского полуострова, в последнее время привлекает внимание в связи с платинометальной минерализацией. Она является одной из крупнейших мафитовых расслоенных интрузий Балтийского щита. В структурном отношении интрузия подразделяется на два самостоятельных массива - Федоровой Тундры (западная часть интрузии) и Панский (основная часть интрузии), отделенные друг от друга Цагинской депрессией, которая связана с древней разломной зоной глубинного заложения. В свою очередь, Панский массив подразделяется на три самостоятельных блока - Восточно-Панский, Западно-Панский и расположенный в зоне сочленения с массивом Федоровой Тундры Ластъяврский блок. Интенсивное изучение интрузии ведется в течение последних десяти лет, в том числе и с помощью геофизических методов, из которых наиболее информативным при общем картировании массива является магниторазведка. Природа магнитных аномалий, наблюдаемых над породами интрузии, далеко не всегда ясна, и принципы их интерпретации нельзя считать достаточно разработанными. Настоящая статья посвящена уточнению этих вопросов применительно к Панскому массиву (за исключением наиболее западного и наименьшего по размеру Ластьяврского блока, который имеет ряд специфических особенностей и должен рассматриваться отдельно).
2. Общая характеристика объекта
Панский массив на севере граничит с породами гнейсового комплекса и щелочными гранитами, на юге - с осадочно-вулканогенными породами свиты Имандра-Варзуга. В структурном отношении массив представляет собой плитообразное тело, падающее на юг под вулканиты. Видимая мощность массива достигает 6-7 км, протяженность по простиранию - около 70 км.
Разрез массива представлен породами преимущественно основного состава и характеризуется постепенным переходом снизу вверх от норитов до габбро. Мощные монотонные толщи габброноритов
и габбро чередуются с контрастно расслоенными сериями, включающими слои и линзы лейкогаббро-анортозитов, плагиопироксенитов, троктолитов. С расслоенными сериями связано малосульфидное платинометальное оруденение. Кроме того, в разрезе известно три уровня, на которых встречаются мощные линзовидные тела магнетитовых габбро. Первично-магматическая расслоенность согласуется с общим залеганием массива, т.е. слои и линзы имеют субширотное простирание и падение на юг под углами от 30-40° в западном блоке массива и до 60-70° в восточном (Митрофанов и др., 1995).
В магнитном поле Панский массив выделяется ярко выраженной положительной магнитной аномалией амплитудой до первых тысяч нТ на фоне относительно спокойного магнитного поля над вмещающими комплексами (рис. 2). В целом форма аномалии вполне согласуется с южным падением массива: вдоль северной границы аномалии наблюдается резкая ступень с интенсивным краевым минимумом, в то время как к югу магнитное поле падает относительно плавно.
3. Характер магнитного поля Панского массива и генерирующие его породы
При более детальном рассмотрении магнитного поля над массивом отчетливо видна внутренняя "полосовая" структура поля, соответствующая первично-магматической расслоенности массива. Секущие тектонические нарушения также выделяются достаточно четко по пониженному магнитному полю. Последнее объясняется разрушением ферромагнитных минералов в тектонических зонах и в целом достаточно типично для основных пород. Указанные закономерности успешно используются при картировании массива для прослеживания общего направления расслоенности и выявления тектонических зон и неизмененных блоков, помогают при прослеживании северного контакта массива и при разделении разреза на монотонные и контрастно расслоенные серии.
Рис. 1. Геологическая карта Федорово-Панской интрузии. Вмещающие комплексы: 1 - вулканиты Имандра-Варзугской зоны; 2 - архейские гранито-гнейсы, 3 - щелочные граниты. Породы интрузии: 4 - габбронориты, 5 - трахитоидные габбронориты, 6 - нориты, 7 - габбро, 8 - расслоенные горизонты чередования габброноритов, анортозитов и плагиопироксенитов, 9 - расслоенная серия оливинсодержащих пород; 10 - геологические границы, 11 - разломы. Цифрами на карте показано положение участков: 1 - Северный Пешемпахк, 2 - Южный Пешемпахк, 3 - Белая, 4 - Чурозерский
« о
0 km ю
1 -I -500
Рис. 2. Магнитное поле Федорово-Панской интрузии (по данным аэромагнитной съемки A.M. Любавина)
Детальное сопоставление наземных и аэромагнитных съемок с результатами крупномасштабного геологического картирования, которое проводилось в течение ряда лет, не позволило выявить надежных маркирующих магнитных уровней и устойчивой связи между магнитными аномалиями и петрографическими типами пород. По существу, в разрезе массива выделяется только один тип пород с устойчиво высокими магнитными свойствами - это магнетитовое габбро. Природа магнетитовых габбро является предметом дискуссии, но наиболее вероятно, что они являются сингенетическими образованиями, которые формировались в центральных частях интрузии на заключительных стадиях кристаллизации (Латыпов, Чистякова, 2000). Магнетитовые габбро отмечаются наиболее интенсивными магнитными аномалиями амплитудой до 3000 нТ и более. Кроме магнетитовых габбро, выделяются еще два типа пород, которые в некоторых случаях проявляются в положительных магнитных аномалиях амплитудой от первых сотен до первых тысяч нТ.
Пижонитовые габбронориты (габбронориты с инвертированным пижонитом), развитые в Восточно-Панском блоке, хорошо прослеживаются как выдержанные магнитные уровни в средней части блока. В других частях массива породы указанного типа также известны, но они не выявляются отчетливо как самостоятельные петрографические уровни, часто наблюдаются вблизи тел магнетитовых габбро, и в магнитном поле, по-видимому, теряются на их фоне. Оливинсодержащие габбронориты (троктолиты) выделяются повышенным магнитным полем в наиболее западной и наиболее восточной частях рассматриваемого массива.
В центральных частях массива известны оливинсодержащие горизонты, которые практически никак не выделяются магниторазведкой. Последнее не очень типично в геофизической практике, где оливинсодержащие породы принято рассматривать как высокомагнитные образования. Высокие магнитные свойства таких пород обусловлены вторичным магнетитом, возникающим при серпинтинизации оливина. Однако интрузивные породы Панского массива, несмотря на древний протерозойский возраст, настолько незначительно подвержены вторичным изменениям, что заметно эффект серпинтинизации проявляется, по-видимому, только в областях тектонического воздействия -вблизи Цагинского разлома на западе и сближения южной и северной эндоконтактовых зон на востоке, где мощность массива уменьшается.
В лабораторных условиях магнитные свойства пород массива изучаются с 70-х годов - в общей сложности изучено около 1000 образцов. Однако результаты исследований разных лет не всегда легко сопоставить из-за различий в применявшихся петрографических названиях пород, которые, в свою очередь, часто дифференцируются лишь по небольшим вариациям содержаний породообразующих минералов и особенностям структур. В целом установлено, что породы Восточно-Панского блока в среднем обладают несколько повышенными магнитными свойствами по отношению к Западно-Панскому блоку (Любавин, 1971; Тюремное, Кацеблин и др., 1982; Соболев, 1993).
Наиболее яркая особенность магнитных свойств пород Панского массива - это значительное преобладание естественной остаточной намагниченности (ЕОН) над индуктивной. Значение фактора Кенигсбергера 2 для всех типов пород в среднем составляет около 20-40. Единственное исключение представляют магнетитовые габбро, в которых значение фактора 2 несколько меньше 1 (в среднем 0.70.8) (Дудкин, Тюремное, 1995; Тюремное и др., 1982; 1969).
Сравнение различных типов пород показало, что дифференциация по магнитной восприимчивости и, соответственно, индуктивной намагниченности практически отсутствует: магнитная восприимчивость всех типов габбро и габброноритов имеет модальное значение 100-300 10-5 СИ, т.е. является достаточно низкой для пород основного состава. Единственным исключением являются магнетитовые габбро, для которых модальная магнитная восприимчивость достигает более 2000-10-5 СИ. В то же время остаточная намагниченность, которая более чем на порядок превосходит индуктивную, показывает более широкий диапазон наиболее вероятных значений: 50-350 10-3 А/м, при этом в общей выборке намечаются две моды: 50-150-10-3 А/м (преобладающая) и 250-350-10-3 А/м. Последняя мода, как показывает анализ выборок, типична для магнетитовых габбро и оливинсодержащих габброноритов Восточно-Панского блока. Таким образом, повышенные магнитные свойства двух последних групп пород подтверждаются лабораторными исследованиями.
Вместе с тем, выявленные по петрофизическим исследованиям и прямому сопоставлению с геологической съемкой типы ферромагнитных пород (магнетитовые габбро, оливинсодержащие габбронориты, габбронориты с инвертированным пижонитом) объясняют не более 5-10 % наблюдаемых над массивом магнитных аномалий. Подавляющая часть субширотных аномалий, отражающих первично-магматическую расслоенность, не находит объяснений в петрографических типах пород. Очевидно, что причины магнитных свойств пород следует искать на уровне распределения ферромагнитной минеральной фазы.
4. Фазы ферромагнитной минерализации
По результатам исследований разных лет известно шесть различных фаз ферромагнитной минерализации, которые могут проявляться в магнитных свойствах пород.
Пылевидный магнетит в плагиоклазах является важнейшим носителем остаточной намагниченности большинства пород интрузива и, по существу, определяет его повышенные магнитные свойства. Размеры частиц магнетита в плагиоклазах составляют от долей микрона до первых микрон, и их жесткая БОН обусловлена однодоменностью.
Природу пылевидного магнетита в замутненных плагиоклазах Кольского полуострова исследовали Ж.А. Федотов и М.А. Федотова (1979), которые полагали, что этот магнетит имеет вторичную природу. Он возникает при распаде твердого раствора в плагиоклазе в условиях регионального метаморфизма при дефиците воды. Неизмененный плагиоклаз и, напротив, плагиоклаз, полностью перекристаллизованный при прогрессивном метаморфизме, прозрачны и не содержат указанных включений. Формирование основной массы замутненных плагиоклазов происходило в период свекофеннской активизации 1.8-1.9 млрд лет назад (породы, сформированные позже этого времени, и полностью метаморфизованные породы архейского основания замутненных плагиоклазов не содержат). В отношении Панского массива возраст замутнения плагиоклазов полностью подтверждается данными палеомагнитных исследований (Дудкин, Тюремное, 1995; Тюремное, Кацеблин, 1972). Несмотря на значительный разброс направлений естественной остаточной намагниченности (что, по мнению В.В. Герника (1993), говорит о значительной роли термовязкой компоненты БОН), на основании более сотни определений уверенно определяется среднее преобладающее направление БОН с параметрами склонения Б ~ 0° и наклонения I ~ 35° (рис. 3). Это направление совпадает со свекофеннским палеомагнитным полюсом, определенным по большому количеству интрузий Балтийского щита и подтвержденным изотопными датировками (МеНапеп е1 а1., 1989; Elming е( а1., 1993). Таким образом, преобладающая остаточная намагниченность Панского массива имеет вторичную природу и свекофеннский возраст 1.8-1.9 млрд лет.
Присутствие пылевидного магнетита определяет не только магнитные свойства пород Панского массива, но и их окраску. Неизмененные породы массива имеют в штуфе темно-серый, до черного, цвет, обусловленный темным цветом плагиоклаза, слагающего от 40 до 100 % объема породы. В случае, когда порода была затронута процессами метаморфизма, т.е. пироксены амфиболизированы, а плагиоклаз соссюритизирован и серицитизирован, то железо, входившее в пылевидный магнетит, полностью аккумулируется вторичными минералами группы эпидота и группы слюд. Плагиоклаз при этом совершенно осветляется, а сама порода приобретает белый, зеленоватый или серый цвет.
Однако, как уже упоминалось, Панский интрузив сложен главным образом неизмененными и слабо измененными породами. Если рассматривать только неизмененные породы, имеющие в штуфе черный или почти черный цвет, то при микроскопических исследованиях они обнаруживают различия в окраске, отражающие разное содержание магнетита в породе. В петрографических шлифах нормальной толщины (0.03 мм) встречаются плагиоклазы от практически бесцветных до темно-бурых.
Микрозондовый анализ показывает (Дудкин и др., 2000), что в самых бурых и в самых светлых разновидностях плагиоклаза содержится соответственно около 0.8 мас.% и 0.2 мас.% суммарного железа в виде БеОобщ. В данном случае размеры частиц магнетита в плагиоклазе настолько малы, что микрозонд фиксирует механическую примесь как изоморфную. Такое содержание БеО0бщ соответствует 0.86 и 0.21 мас.% магнетита в плагиоклазе. Поскольку плагиоклаз составляет в среднем половину объема габброноритов, содержание пылевидного магнетита в породе еще в два раза меньше, при этом самые темные и самые светлые разновидности различаются по содержанию магнетита примерно в три раза.
Вторичный титаномагнетит в пироксенах имеет размер зерен 5-50 мкм, располагающихся цепочками по трещинам спайности. Его возникновение связано с частичной амфиболизацией пироксена. Этот тип минерализации определяет магнитную восприимчивость большинства габброноритов, и, кроме того, возможно, является носителем мягкой химической остаточной намагниченности.
Первично-магматический титаномагнетит известен в магнетитовых габбро и определяет их высокую магнитную восприимчивость. Он развит в виде изометричных зерен размером 5-10 мкм, в некоторых из них наблюдаются структуры решетчатого ильменита - результат распада твердого раствора.
Рис.3. Стереопроекция направлений остаточной намагничнности пород Панского массива (темными кружками - положительная намагниченность, светлыми - отрицательная)
Вторичный магнетит в оливинсодержащих породах является продуктом частичной серпинтинизации оливина. Минералогически такой магнетит изучен недостаточно, но, очевидно, он должен быть представлен многодоменными зернами, повышающими магнитную восприимчивость пород и несущими мягкую химическую ЕОН.
Вторичный магнетит в северной тектонизированной контактовой зоне известен на отдельных участках северной границы массива. Он развит в виде прожилковой, иногда - до сплошной, магнетитовой минерализации в сильно рассланцованных контактовых породах массива, где магнетит часто ассоциирует с пиритом. Указанные зоны отмечаются магнитными аномалиями амплитудой в сотни нТ. Возникновение этого типа минерализации связано, по-видимому, с переотложением рудных минералов при тектонических процессах.
Пирротин развит в сульфидных парагенезисах и в некоторых случаях, возможно, может давать вклад в магнитные свойства рудных зон, однако содержание его в целом незначительно.
Задаваясь целью найти причину магнитных свойств основного объема габброноритов Панского массива, мы, очевидно, можем остановиться только на двух первых типах магнитной минерализации (пылевидный магнетит в замутненных плагиоклазах и вторичный магнетит в пироксенах), поскольку другие типы магнитной минерализации специфичны для отдельных типов пород и имеют ограниченное распространение. В свою очередь, из двух указанных типов минерализации пылевидный магнетит в плагиоклазах, как установлено Тюремновым и Кацеблиным (Тюремное и др., 1969), дает значительно больший вклад в магнитные свойства исследованных образцов, чем вторичный магнетит в пироксенах. Кроме того, как указано выше, пылевидный магнетит в плагиоклазах является единственным видом магнитной минерализации, способным объяснить жесткую остаточную намагниченность пород массива. Плагиоклаз является породообразующим минералом во всех типах пород массива, включая оливинсодержащие габбронориты и магнетитовые габбро. Поэтому именно с пылевидным магнетитом в плагиоклазах нами на протяжении последних лет связывались повышенные магнитные свойства габброноритов массива (Дудкин, Тюремное, 1995; 1999).
5. Методика и результаты комплексных исследований
Выводы о природе жесткой остаточной намагниченности Панского массива были получены более 30 лет назад (Тюремное и др., 1969). Хотя более поздние исследования косвенно подтверждали значительную роль бурых плагиоклазов в магнитных свойствах массива, прямые исследования этого вопроса не повторялись. Существует разрыв между выводами, полученными на основании лабораторного изучения ограниченного числа образцов, и необходимостью детальной интерпретации обширных магнитных съемок массива. В связи с этим нами предпринята попытка прямого сопоставления результатов наземных магнитных съемок с распределением бурых плагиоклазов по данным детальных геологических съемок. Отличие данного подхода от ранее принятого состоит в том, что здесь нами полностью игнорировались все петрографические особенности пород, кроме преобладания либо бурого, либо светлого плагиоклаза.
Материалом для исследования послужили полевые работы, выполненные в 1997-2000 гг. на трех участках Панского массива - Пешемпахк, г. Белая (Западно-Панский блок) и Чурозерский (Восточно-Панский блок). На данных участках выполнена магнитная съемка масштаба 1:10 000-1:20 000 с шагом по профилям 5 м, а также детальная геологическая съемка того же масштаба с исхаживанием площади между профилями. При геологической съемке из выявленных коренных обнажений отбирались образцы на шлифы. Общий объем выборки, по которой проводится сопоставление, составляет более 7 км2 магнитной съемки и около 250 шлифов. Исследования охватывают около 50 км по простиранию Панского массива
При просмотре и описании петрографических шлифов визуально фиксировался цвет плагиоклаза. Подборка охватывала только неизмененные породы. Выделялись следующие разновидности плагиоклазов, которым присвоены условные ранги: бесцветный (г = 1), слабо буроватый (г = 2), буроватый (г = 3), бурый (г = 4), темно-бурый (г = 5).
На всех участках Панского массива породы с более темным и более светлым плагиоклазом распределены неравномерно. В табл. 1 приводятся данные по распределению плагиоклазов, окрашенных в различной степени в главных типах пород. На участках Чурозерский и г. Белая среди габброноритов преобладают разновидности с бесцветным в шлифах плагиоклазом, а темно-бурые плагиоклазы не встречены. На участке Пешемпахк наиболее распространены габбронориты со слабо буроватым плагиоклазом, часто встречаются габбронориты с бурым плагиоклазом, отмечены и темно-бурые разновидности. Для габбро распределение, по-видимому, такое же, как и для габброноритов. Среди анортозитов и лейкократовых габброноритов всех трех участков резко преобладают породы с бесцветным в шлифах плагиоклазом. В плагиоклаз-амфиболовых породах (исключенных в дальнейшем из статистической подборки) преобладают бесцветные плагиоклазы, однако на участке Пешемпахк в
данном типе пород встречены и слабо буроватые и буроватые плагиоклазы. Для норитов, троктолитов и оливиновых габброноритов имеется мало наблюдений, впрочем, намечается тенденция сдвига максимума распределения в сторону более темных разновидностей. Необходимо добавить, что в плагиопироксенитах - довольно редкой и самой меланократовой разновидности пород Панского массива, не вошедшей в таблицу, - присутствует всегда только темно-бурый плагиоклаз, находящийся в интеркумулусе.
Интересно, что в магнетитовых габбро тоже может встречаться как темный, так и светлый плагиоклаз.
Таким образом, данные табл. 1 показывают некоторое отличие между участками: породы Пешемпахка содержат немного более темный плагиоклаз. Кроме того, нориты и оливиновые породы, так же, как и плагиопироксениты, содержат, в среднем, более темный плагиоклаз, однако это утверждение требует проверки на более обширном статистическом материале.
Кристаллы темных плагиоклазов однородны только в тонкозернистых породах. В породах мелкой и средней зернистости часто хорошо заметно зональное строение индивидов (Рундквист, 1999). Ядра зерен обычно более темные, периферические участки светлее.
Таблица 1. Соотношение плагиоклазов с различной интенсивностью окраски _в главных типах пород Восточной части Панского массива_
Разновидности пород Интенсивность окраски Участок
Пешемпахк Чурозерский г. Белая
п % п % п %
Габбронориты Бесцветные 17 24 40 48 45 45
Слабо буроватые 21 29 16 19 32 32
Буроватые 16 22 19 23 19 19
Бурые 13 18 8 10 4 4
Темно-бурые 5 7 - - - -
Габбро Бесцветные 1 9 5
Слабо буроватые 1 1 -
Буроватые - 2 -
Бурые - - 1
Темно-бурые - - -
Нориты Бесцветные - - -
Слабо буроватые - - 1
Буроватые 1 - -
Бурые 1 - 2
Темно-бурые 1 - -
Анортозиты и лейкогаббро Бесцветные 8 16 10
Слабо буроватые 3 2 2
Буроватые 1 2 2
Бурые - - -
Темно-бурые - - -
Троктолиты и оливиновые габбронориты Бесцветные - 1 -
Слабо буроватые 2 4 -
Буроватые 3 4 -
Бурые 3 4 -
Темно-бурые - - -
Магнетитовые габбро Бесцветные 1 - -
Слабо буроватые 1 - -
Буроватые 1 - -
Бурые 1 - -
Темно-бурые - - -
Плагиоклаз- амфиболовые породы Бесцветные 10 12 7
Слабо буроватые 6 - -
Буроватые 2 - -
Бурые - - -
Темно-бурые
,16
12
• «I • •
Г ■ 1 * * • 1
60
40
20
80
70
ВО
0.2 0.4 0.6 РеО общ. в плагиоклазе
0.8 О
% Ап
В
0.2 0.4 06 РеО общ. в плагиоклазе
—7 50 0.8 0
0.2 0.4 0.6 РеО общ. в плагиоклазе
0.8
Рис. 4. Соотношение содержания БеО^щ в плагиоклазе и железистости породы (А, Б) и анортитового компонента в плагиоклазе (В). = 100-(Ре2++Ре3+)/(Ре2++Ре3++]^)
В ходе исследований мы попытались также ответить на следующие вопросы: есть ли связь между содержанием пылевидного магнетита в плагиоклазе и общей железистостью породы? Существует ли зависимость между содержанием пылевидного магнетита и номером плагиоклаза? Для этого были использованы данные (Латыпов, Чистякова, 2000) по химическому составу пород и минералов Панского массива.
На рис. 4 поля точек на графиках не позволяют выявить отчетливых закономерностей. По-видимому, распределение пылевидного магнетита в плагиоклазе пород Панского массива не отражает непосредственно содержания железа в исходной магматической породе, что не противоречит представлениям об образовании данного магнетита при метаморфизме.
Методика сопоставления типов плагиоклазов с магнитными свойствами пород опирается на предложенную ранее Ф.М. Голъцманом (1982) и развитую одним из авторов данной статьи на основе работы (Кучай, 1986) простую дискретную статистику, удобную при оценке количественной связи между качественными данными (Дудкин, 1992). В данном случае оценивалось попадание различных типов плагиоклазов в аномальные зоны магнитного поля или его трансформаций. При этом все образцы делились на два класса: у = 0 - "бурые плагиоклазы" и у = 1 - "светлые плагиоклазы". В свою очередь, магнитные поля или тела также делились на два класса: т = 0 - "аномальные" и т = 1 -"безаномальные". Подсчитывались числа Ы™ - число образцов с признаком V, попадающих в контур со значением т, и строилась матрица 2x2, где столбцы соответствуют значениям V, а строки - значениям т. Числа в ячейках матрицы нормировались на 1 сначала по строкам, а затем по столбцам. Полученные значения приведенных вероятностей Рсвободны от влияния различных априорных вероятностей встретить то или иное значение признака, и отражают только статистическую связь между признаками плагиоклазов т и признаками магнитных полей V (если Р> 0.5, то соответствующая связь положительна). Средняя вероятность положительной связи между признаками оценивается по формуле:
а+ = (р*т==00 + р*т==I1 ) / 2
(1)
в предположении, что "аномальные" значения поля должны соответствовать "бурым" плагиоклазам, а "безаномальные" значения - "светлым".
Для корректного сопоставления результатов геологической съемки с данными магниторазведки необходимо задаться некоторой априорной моделью намагниченных объектов. В данном случае проверялись четыре следующих модели.
Модель 1 - изометричные магнитные объекты с преобладанием остаточной намагниченности (2 = 20, I = 30°, Б = 0°).
Модель 2 - изометричные магнитные объекты с преобладанием индуктивной намагниченности (2 = 0). Модель 3 - наклонные магнитные пласты, падающие на юг под углами 40-60°, с преобладанием
остаточной намагниченности (2 = 20, I = 30°, Б = 0°). Модель 4 - наклонные магнитные пласты, падающие на юг под углами 40-60°, с преобладанием индуктивной намагниченности (2 = 0).
Первые две модели отвечают случайному распределению магнитной минерализации, независимому от первично-магматической расслоенности. Последние две модели отвечают распределению магнитной минерализации, соответствующему первично-магматической расслоенности; при этом угол падения пластов соответствует наиболее типичным значениям, замеренным по коренным обнажениям. Направление остаточной намагниченности в моделях 1 и 3 принято по результатам
палеомагнитных исследований (Тюремное, Кацеблин, 1972; Дудкин, Тюремное, 1995; 1999) и соответствует наиболее вероятному по массиву (т.е. свекофеннскому палеомагнитному полюсу).
Рис. 5. Расчетные магнитные аномалии модуля полного вектора магнитного поля от различных модельных объектов. Номера графиков соответствуют номерам моделей (см. в тексте). 1,2 - изометричное тело; 3,4 - наклонный пласт; 2,4 - индуктивно намагниченные тела, 1,3 - тела с преобладанием остаточной намагниченности; Ji - вектор индуктивной намагниченности, Jг - вектор остаточной намагниченности. Закрашенным прямоугольником показана проекция верхней кромки тела на поверхность наблюдения
Сравнивая результаты моделирования магнитных аномалий АТ над указанными объектами (с учетом реального направления геомагнитного поля и субмеридиональной ориентировки профилей наблюдения), можно сделать два вывода. Во-первых, при любой модели должна наблюдаться определенная корреляция между проявлениями магнитной минерализации на поверхности и положительными аномалиями магнитного поля, поскольку проекция источника на поверхность соответствует в целом повышенным значениям поля (слабее всего эта корреляция должна быть проявлена для модели наклонного пласта с преобладанием остаточной намагниченности). Во-вторых, наиболее существенны различия между двумя первыми и двумя последними моделями. В случае изометричных объектов их положение в плане в целом близко к центру аномалии (с некоторым смещением к северу), в то время как для наклонных пластов проекция верхней кромки на поверхность отчетливо соответствует зоне максимального положительного горизонтального градиента. Особенно отчетливо последняя закономерность должна проявляться для наклонных пластов с преобладанием остаточной намагниченности.
Первым шагом в проверке гипотезы о связи бурых плагиоклазов с магнитными свойствами габброноритов массива, очевидно, должна быть оценка корреляции распределения бурых плагиоклазов непосредственно с положительными аномалиями магнитного поля АТ. Уровень магнитного поля, по которому проводится граница между "аномальными" и "безаномальными" областями, подбирался эмпирически на каждом участке. При этом, однако, для применения аппарата дискретной статистики необходимо пять классов плагиоклазов, выделенных по степени замутненности, разделить на две условных категории - "бурых" и "светлых". В табл. 2 приведен результат оценки средней вероятности положительной связи А+ для исследованных участков при различных вариантах разделения плагиоклазов на две категории.
Из табл. 2 следует, что во всех случаях наблюдается ожидаемая положительная корреляция распределения бурых плагиоклазов с аномалиями АТ, хотя только для участка Северный Пешемпахк эту корреляцию можно считать достаточно высокой.
Высокая корреляция магнитного поля с предполагаемыми источниками намагниченности на участке Северный Пешемпахк хорошо согласуется с тем фактом, что на этом участке известны достаточно мощные тела магнетитовых габбро с преобладанием индуктивной намагниченности над остаточной, что соответствует моделям 1 и 2. В то же время следует обратить внимание, что в данном случае проверялась корреляция поля с предполагаемыми источниками не по наличию первично-магматического магнетита, а по преобладанию бурых плагиоклазов. Очевидно, мы можем предположить, что и в тех породах, в которых основным носителем магнитных свойств является магнито-мягкий магнетит различных генераций, бурые плагиоклазы остаются отчетливым индикатором повышенных магнитных свойств.
Относительно разделения плагиоклазов на две категории предпочтительнее выглядят варианты, показанные в первом и втором столбцах (исключение составляет участок Чурозерский), когда за "светлые" плагиоклазы принимаются отчетливо бесцветные (г = 1) и, возможно, плагиоклазы со слабым буроватым оттенком (г = 2); все остальные относятся к "бурым".
Таблица 2. Средняя вероятность положительной связи распределения плагиоклазов с аномалиями АТ при различных вариантах разделения плагиоклазов на "бурые" (Б) и "светлые" (С)
Участок Средняя вероятность положительной связи А+ Число использованных шлифов
Б: г = 2^5, С: г = 1 Б: г = 3+4+5, С: г = 1+2 Б: г = 4+5, С: г =1+2+3 Б: г = 5, С: г= 1^4
Южн. Пешемпахк 0.63 0.64 0.64 - 57
Сев. Пешемпахк 0.81 0.83 0.72 0.60 37
Белая 0.60 0.66 0.61 - 90
Чурозерский 0.64 0.56 0.64 - 96
Таблица 3. Оценка средней положительной связи распределения плагиоклазов с аномалиями ЛТ при исключении класса г = 2 из выборки
Участок Средняя вероятность положительной связи А+ для варианта "бурые" г = 3+4+5, "светлые" г = 1 Число использованных шлифов
Южный Пешемпахк 0.68 42
Северный Пешемпахк 0.84 30
Пешемпахк (в целом) 0.76 72
Белая 0.68 71
Чурозерский 0.62 82
Таблица 4. Оценка средней положительной связи распределения плагиоклазов с трансформациями магнитного поля
Участок Средняя вероятность положительной связи А+ с трансформациями
ЛТ д(ЛТ)/дг д(ЛТ)/дх
Белая 0.68 0.62 0.68
Чурозерский 0.62 (0.57) 0.76
Анализ распределения различных классов плагиоклазов показал, что второй класс (со слабым оттенком, г = 2) оказался наименее информативным и не проявляет какой-либо связи с магнитным полем. Поэтому была рассчитана оценка связи с магнитным полем для еще одного варианта классификации плагиоклазов, когда второй класс г = 2 был исключен из выборки; при этом за "светлые" плагиоклазы приняты отчетливо бесцветные (г = 1), а за "бурые" - плагиоклазы, проявляющие отчетливо выраженную замутненность (г = 3+4+5). Результат оценки показан в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что исключение плагиоклазов со слабой замутненностью из выборки в целом улучшило корреляцию с магнитными аномалиями, за исключением участка Чурозерский. Поэтому в дальнейшем был принят именно этот вариант разделения плагиоклазов на "бурые" и "светлые".
Следующий шаг исследования состоит в проверке, какой из моделей магнитных тел лучше соответствует наблюдаемое распределение бурых плагиоклазов. Для этого выполнена оценка связи распределения бурых плагиоклазов с рассчитанными трансформациями магнитного поля -горизонтальным градиентом вдоль профиля наблюдений (т.е. вкрест расслоенности) д(ЛТ)/дх и вертикальным градиентом д(ЛТ)/д2. Уровень, отделяющий "аномальное" и "безаномальное" значения вертикального градиента, подобран эмпирически; для горизонтального градиента "аномальными" считались положительные значения, "безаномальными" - отрицательные. О делении плагиоклазов на "бурые" и "светлые" сказано выше. Смысл применения указанных процедур состоит в том, что если бурые плагиоклазы распределены в виде выдержанных наклонно падающих слоев согласно первично-магматической расслоенности, то должна наблюдаться более высокая корреляция с горизонтальным градиентом магнитного поля (см. выше, модели 3 и 4); если же бурые плагиоклазы распределены неоднородно в виде более или менее изометричных образований, то должна наблюдаться повышенная корреляция с вертикальным градиентом магнитного поля (модели 1 и 2). Вертикальный градиент в данном случае имеет преимущество перед аномалиями ЛТ в том, что при данной трансформации в значительной мере снимается влияние переменного фона и подчеркиваются локальные аномалии. Результат проверки указанных гипотез для участков Белая и Чурозерский показан в табл. 4 (для участка Пешемпахк трансформации не рассчитывались).
Из табл. 4 видно, что положительная корреляция с горизонтальным градиентом магнитного поля в целом преобладает. Таким образом, наиболее вероятна гипотеза о том, что распределение бурых и светлых плагиоклазов подчиняется первично-магматической расслоенности. Кроме того, из сравнения рис. 5 и табл. 4 видно, что полученный результат в большей степени свидетельствует в пользу преобладания остаточной намагниченности со средним направлением I = 30°, Б = 0° над индуктивной. В то же время неоднозначность обратной задачи магниторазведки даже с учетом априорных сведений о направлении падения намагниченных пластов не позволяет разделить модели 3 и 4, т.е. ответить на вопрос, является ли намагниченность преимущественно индуктивной или остаточной с направлением, соответствующим свекофеннскому палеомагнитному полюсу. Данный результат, с другой стороны, имеет и положительную сторону, поскольку принципы интерпретации магнитных аномалий оказываются близки для пластов с преобладанием индуктивной намагниченности (например, магнетитовых габбро) и с преобладанием остаточной
намагниченности (габбронориты): в обоих случаях проекция верхней кромки магнитного пласта на поверхность приблизительно соответствует зоне максимального положительного горизонтального градиента.
Наконец, проверка модели с преобладающим направлением остаточной намагниченности, соответствующим свекофеннскому возрасту, должна дать косвенную информацию о характере распределения направлений остаточной намагниченности в массиве. Как видно из рис. 3, для направлений остаточной намагниченности характерен очень большой разброс. При этом остается неясным, сохраняется ли среднее направление, соответствующее свекофеннскому полюсу, в пределах малых объемов пород, или же является средним только по всему массиву в целом. В первом случае большой разброс направлений, вероятнее всего, связан с термовязким перемагничиванием пород при длительном нагреве в процессе регионального метаморфизма, однако всем породам можно приписать среднее направление намагниченности с параметрами I = 30°, Б = 0°. Во втором случае в разрезе массива могут существовать горизонты с различным преобладающим направлением намагниченности - как соответствующим свекофеннскому полюсу, так и значительно отличающимся от него. Последнее могло бы быть обусловлено, например, намагничением различных горизонтов на разных исторических этапах регионального метаморфизма. Однако во втором случае невозможно было бы говорить о единой модели намагниченных тел, пригодной для интерпретации подавляющего большинства магнитных аномалий. До настоящего времени не выполнена прямая проверка дисперсии направлений намагниченности в образцах, отобранных с одной точки, на представительном материале -главным образом, из-за трудоемкости таких исследований. Существуют отдельные замеры, показывающие значительные расхождения между рабочими образцами и их дубликатами, что свидетельствует в пользу первой гипотезы - значительной дисперсии направлений в пределах малых объемов. Кроме того, эта гипотеза представляется более вероятной как из общих соображений, так и из опыта палеомагнитных исследований на Балтийском щите (Герник, 1993). Но надежные доказательства данной гипотезы отсутствуют. Если, тем не менее, в разрезе массива существенную роль играют горизонты с выдержанными направлениями намагниченности, отличными от свекофеннской (в частности, имеющие отрицательную намагниченность или южное наклонение), то форма аномалий от таких объектов должна быть резко отлична от рассматриваемых моделей 1 и 3, и использование этих моделей при интерпретации должно давать существенные нарушения корреляции между бурыми плагиоклазами и модельными источниками в определенных уровнях разреза.
Таким образом, полученные результаты и приведенные выше соображения позволяют перейти непосредственно к решению обратной задачи и построению схемы распределения магнитных источников в плане. При этом нами за основу была принята модель 3, т.е. наклонный пласт, падающий на юг под углами 40-60°, в котором преобладает остаточная намагниченность, соответствующая свекофеннскому возрасту (2 = 20, I = 30°, Б = 0°). В результате по трем изученным участкам построены планы магнитных горизонтов, простирание которых в целом соответствует первично-магматической расслоенности. Окончательно распределение бурых и светлых плагиоклазов должно сравниваться именно с указанной интерпретационной схемой. В табл.5 приводятся результаты указанного сопоставления в виде полных матриц приведенных вероятностей и рассчитанных по ним средних вероятностей положительной связи. В таблице принято: т = 0 - выход магнитного пласта на поверхность, т = 1 - породы с фоновой (низкой) намагниченностью. Для плагиоклазов, как и ранее, принято: у= 0 - "бурые плагиоклазы", у= 1 - "светлые плагиоклазы".
Из табл. 5 хорошо видно, что наблюдается четкая корреляционная связь, при которой бурые плагиоклазы преобладают в зоне источников магнитных аномалий, а светлые плагиоклазы преобладают в областях с пониженной или фоновой намагниченностью. Переход к расчетным магнитным телам во всех случаях повысил среднюю вероятность положительной связи, что является косвенным свидетельством в пользу правильности выбранной модели магнитных тел. Результаты интерпретации для участка Чурозерский приведены на рис. 6, где показано распределение бурых и светлых плагиоклазов в сравнении с измеренным магнитным полем и схемой интерпретированных магнитных горизонтов.
Таблица 5. Корреляция распределения бурых плагиоклазов с расчетными источниками магнитных аномалий
Участок Матрица приведенной вероятности Средняя вероятность положительной связи А+ Число использованных шлифов
Пешемпахк т = 0 т = 1 0 1 0.75 0.17 0.25 0.83 0.79 65
Белая т = 0 т = 1 0 1 0.77 0.29 0.23 0.71 0.74 71
0 1
Чурозерский т = 0 0.90 0.16 0.87 82
т = 1 0.10 0.84
+_ +
пТ
5000
4000 3000 2000
+
+
+
+
+ £
+
+
++
+ ^
+
*
Рис. 6. Распределение различных типов плагиоклаза в сравнении с измеренным магнитным полем и схемой интерпретированных магнитных тел на участке Чурозерский: слева - измеренное аномальное магнитное поле (шкала интенсивности указана слева внизу); справа - схема интерпретированных магнитных тел (закрашены серым цветом и крапом). Черные кружки - бурые плагиоклазы; крестики - светлые плагиоклазы.
Масштаб указан внизу
Оценивая цифры, приведенные в табл. 5, следует иметь в виду, что наличие плагиоклазов того или иного типа является по природе своей статистическим признаком. Петрографические исследования показывают, что в пределах одного шлифа нередко наблюдаются плагиоклазы различных типов, и оценки замутненности, приведенные выше, относятся к преобладающему в пределах данного шлифа типу. Кроме того, шлифы из образцов, отобранных практически с одной точки, нередко сильно различаются по преобладанию того или иного типа плагиоклазов. С учетом этого, отнесение исследованного шлифа к породам с "бурым" или "светлым" плагиоклазом неизбежно содержит статистическую погрешность, связанную со случайными пространственными вариациями в распределении плагиоклазов. Величина этой погрешности неизвестна, поскольку неизвестны закономерности пространственной дисперсии плагиоклазов различных типов. Однако можно предполагать, что средняя вероятность положительной связи на уровне 0.74-0.87 при симметричной матрице является доказательством весьма сильной прямой связи между типом плагиоклаза и магнитными свойствами породы, и что данная связь нарушается только пространственной неоднородностью в распределении самого плагиоклаза.
6. Заключение
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Замутненные (бурые) плагиоклазы являются весьма четким индикатором повышенных магнитных свойств габброноритов Панского массива, в то время как бесцветные плагиоклазы являются индикатором пониженных магнитных свойств. Плагиоклазы переходного типа (которые в шлифах имеют слабый буроватый оттенок), не проявляют выраженной связи с магнитными свойствами пород.
2. Полученный результат подтверждает гипотезу о том, что основным носителем жесткой остаточной намагниченности пород Панского массива является пылевидный магнетит в плагиоклазах, обусловивший их темную окраску. Можно также утверждать, что источником подавляющего числа магнитных аномалий, наблюдаемых над Панским массивом, являются породы с преобладанием отчетливо бурых плагиоклазов.
3. Магнетитовые габбро, оливиновые габбронориты и габбронориты с инвертированным пижонитом также подчиняются указанной выше закономерности. Это заставляет признать, что пылевидный магнетит в плагиоклазах играет значительную роль в высоких магнитных свойствах указанных пород наряду с другими ферромагнитными фазами. Для магнетитовых габбро, повышенные магнитные свойства которых связаны прежде всего с первично-магматическим магнетитом, жесткая остаточная компонента, связанная с
плагиоклазами, может давать до 30 % намагниченности пород (судя по величине фактора Q). Для оливиновых габброноритов и габброноритов с инвертированным пижонитом пылевидный магнетит в плагиоклазах играет, по-видимому, определяющую роль в их высоких магнитных свойствах.
4. Распределение бурых и светлых плагиоклазов в породах Панского массива контролируется первично-магматической расслоенностью, так что породы, обогащенные бурыми плагиоклазами, формируют выдержанные по простиранию и падению слои и линзы. Остается дискуссионным вопрос о том, как распределение плагиоклазов различных типов связано с составом пород, с их историей формирования и последующих наложенных преобразований.
5. Результат подбора моделей магнитных тел дает косвенные свидетельства в пользу того, что направление остаточной намагниченности, соответствующее свекофеннскому палеомагнитному полюсу (I = 30°, D = 0°), преобладает для большинства пород массива на фоне значительного разброса, связанного с термовязкой намагниченностью.
6. Полученные результаты создают основу для интерпретации детальных магнитных съемок на Панском массиве и способствуют повышению эффективности магниторазведки при картировании массива.
Полевые и петрографические исследования выполнены в рамках проекта на поиск металлов платиновой группы в восточной части Панского массива, финансируемого Мурманским комитетом по природным ресурсам. Исследования магнитных свойств пород массива в связи с особенностями их структурной организации и распределения породообразующих минералов поддержаны РФФИ, проект №00-05-64355.
Литература
Elming S., Pesonen L. and Leino M. The drift of Fennoscandian and Ukrainian shields during the
Precambrian: a palaeomagnetic analysis. Tectonophysics, N 3/4, p.177-198, 1993. Mertanen S., Pesonen L., Huhma H. and Leino M. Palaeomagnetism of the Early Proterozoic layered
intrusions, northern Finland. Geological Survey of Finland, Bull. 347, 67 p., 1989. Герник B.B. Магнитные методы в геологии. СПб, Недра, 203 е., 1993. Гольцман Ф.М. Физический эксперимент и статистические выводы. М., ЛГУ, 190 е., 1982. Дудкин К.О. Распознавание объекта по комплексной геолого-геофизической информации методом
дискретной статистики. Деп. ВИНИТИ, № 3540-В92, 25 е., 1992. Дудкин К.О., Припачкин П.В., Рундквист Т.В. О возможной интерпретации неоднородности магнитного поля в монотонных габброноритах Федорово-Панского интрузива (Кольский полуостров). Геофизические методы исследования Земли и недр. Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Геофизика-99», М., с.58-65, 2000. Дудкин К.О., Тюремнов В.А. Локальные намагниченные горизонты - новый элемент в строении
Панской расслоенной интрузии. Российский геофизический журнал, №13-14, с.36-41, 1999. Дудкин К.О., Тюремнов В.А. О происхождении остаточной намагниченности пород Панского расслоенного
интрузива (Кольский полуостров). Российский геофизический журнал, №5-6, с.83-87, 1995. Кучай В.К. Чучадеев В.Н., Ким A.B. Вероятностный геологический прогноз по косвенным
изображениям. М., Недра, 100 е., 1986. Латыпов P.M., Чистякова С.Ю. Механизм дифференциации расслоенного интрузива Западно-Панских
тундр. Апатиты, ГИКНЦРАН, 315 е., 2000. Митрофанов Ф.П., Балабонин Н.Л., Корчагин А.У. Металлогения Кольского пояса ультрамафит-
мафитовых интрузий. Отечественная геология, № 6, с.37-41, 1995. Рундквист Т.В. Поздне- и постмагматическое минералообразование в Панском массиве (Кольский
полуостров). Апатиты, ГИ КНЦ РАН, 65 е., 1999. Тюремнов В.А., Галичанина А.Д., Кацеблин П.Л. Петрофизика кристаллических пород рудных
районов Кольского полуострова. Л., Наука, 119 е., 1982. Тюремнов В.А., Кацеблин П.Л. Палеомагнитные исследования пород Панского массива. Исследования строения и современных движений земной коры на Кольском геофизическом полигоне. М., Наука, с.92-96, 1972.
Тюремнов В.А., Кацеблин П.Л., Одинец А.Ю. Геологическое строение и петрофизические особенности основных пород Панского массива. Основной магматизм северо-восточной части Балтийского щита. Л., Наука, с.114-131, 1969. Федотов Ж.А., Федотова М.Г. Замутненные плагиоклазы в основных интрузивных породах Кольского полуострова. Минералогия и парагенезисы минералов горных пород и руд. Л., Наука, с.11-119, 1979.
