CC BY
15
УДК 551.243.8:553.677.2(571.53)
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ПЕГМАТИТОВМЕЩАЮЩИХ ТРЕЩИН НА ГЛУБИНУ: РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
1 2 Н.В. Мисюркеева , А.П. Кочнев
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дан анализ морфогенетических особенностей слюдоносных пегматитовых жил Мамской мусковито-носной провинции, контролируемых разломными структурами. Проведено физическое моделирования трещин и полостей, связанных с разнотипными движениями вдоль генерирующих их разломов. Показано, что их ориентировка и поведение на глубину зависят от кинематического типа разломов и стадийности процесса приразломной деформации. Библиогр. 10 назв. Ил. 6. Табл. 2.
Ключевые слова: мусковитовые пегматиты; морфология; морфогенез; моделирование; разломы.
FEATURES OF PEGMATITE HOST FAULTS IN DEPTH BEHAVIOR: MODELING RESULTS
N.V. Misyurkeeva, A.P. Kochnev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The paper analyzes morphogenetic features of mica-bearing pegmatite veins of Mama muscovite province controlled by fault structures. Physical modeling of cracks and cavities caused by different-type movements along the faults generating them has been performed. It is shown that their orientation and behavior in the depth depends on the kinematic type of faults and staging of the fault zone deformation.
10 sources. 6 figures. 2 tables.
Key words: muscovite pegmatites; morphology; morphogenesis; modeling; faults.
Пегматитоконтролирующими в Мамской мусковитоносной провинции (ММП) являются разновозрастные складчатые и разрывные структуры: прямыми факторами контроля служат синпегматитовые складки и разрывы, а косвенными - допегматитовые структуры [5, 10]. При этом главенствующее значение имеют позднесинпегматито-вые левосдвиговые разрывы и присдви-говые складки в надшовных зонах пегматитоконтролирующих разломов: с ними связано образование большей части пегматитовмещающих и рудных трещин и раскрытие разновозрастных пегматитовмещающих структурных элементов с формированием жильных полостей.
Если морфогенез соскладчатых пегматитовмещающих полостей деталь-
но рассмотрен в работах Г.Г. Родионова [12], Н.В.Горлова [3], А.П. Кочнева [10] и др., то морфогенетические особенности слюдоносных жил, контролируемых разломными структурами, изучен недостаточно полно. Описаны частные случаи такого контроля для жил месторождения Тэдино [13] Беломорской мусковитоносной провинции, для Согдиондонского [4], Малосеверного [11] и Луговского [2, 7, 8] месторождений ММП, которые не раскрывают общие закономерности процесса приразломного пегматитоконтроля.
Обобщение имеющихся данных о пегматитоконтролирующей роли разлом-ных структур Мамской (ММП), Беломорской (БлМП) и Бирюсинской (БрМП) мусковитоносных провинций [10] позволило выделить самостоятельный
:Мисюркеева Наталья Викторовна, аспирант, тел.: (3952) 405114, e-mail: natashapasha-@mail.ru Misyurkeeva Natalya, Postgraduate, tel.: (3952) 405114, e-mail: natashapasha-@mail.ru 2Кочнев 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 Applied Geology, tel.: (3952) 405114, e-mail: kochnev@istu.irk.ru
класс слюдоносных пегматитовых полей в дизъюнктивных (разрывных) структурах. Класс представлен тремя структурными типами таких полей в зависимости от возраста разломных структур:
- в допегматитовых разрывных структурах, обновленных в синпегма-титовый этап;
- в синпегматитовых разрывных структурах;
- в узлах пересечения разнотипных разрывных нарушений.
В каждом типе полей в зависимости от кинематики пегматитокон-тролирующих разломов намечается несколько подтипов локальных полей, кустов и жильных зон (табл. 1).
Характерной особенностью пегматитовых полей, контролируемых разрывными структурами, является их ли-
нейная форма в плане [9], что позволяет называть их жильными зонами (ЖЗ). Реже встречаются поля изометричной и неправильной формы, обычно называемые кустами жил (КЖ).
В пределах полей обеих групп жилы могут располагаться либо закономерно, либо незакономерно, ориентироваться в одном или в разных направлениях, относиться к одному или разным морфологическим типам в зависимости от типа контролирующих структур. В связи с этим, по характеру расположения жил в каждой группе выделяются две подгруппы: с закономерным и незакономерным расположением жил. Первая объединяет системы (эшелоны) близко ориентированных жил - эшелонированные жильные зоны (ЭЖЗ) и кусты жил (ЭКЖ), а вторая - группы различно ориентированных жил, т.е.
Таблица1
Структурные типы пегматитовых полей, кустов и жильных зон
Структурные типы и подтипы пегматитовых полей Структурно-морфологические типы кустов (КЖ) и жильных зон (ЖЗ)
1. Поля в допегматитовых разрывных структурах, обновленных в синпегматитовый этап 1.1.В зонах надвиговых структур Цепочечные (ЦЖЗ) и кулисные (КЖЗ) жильные зоны
1.2.В зонах рассланцевания Цепочечные жильные зоны (ЦЖЗ), свиты жил
1.3.В межпластовых срывах типа сдвиго-надвигов и сдвиго-взбросов Кулисные жильные зоны (КЖЗ)
2. Поля в синпег-матитовых разрывных структурах 2.1.В зонах взбросовых структур Цепочечные жильные зоны (ЦЖЗ)
2.2.В зонах сдвиговых структур Лестничные жильные зоны (ЛЖЗ)
2.3.В зонах сдвиго-взбросовых структур Кулисные жильные зоны (КЖЗ)
2.4.В зонах сбросо-сдвиговых структур Кулисные жильные зоны (КЖЗ)
2.5.В зонах скрытых (латентных) разрывных структур Цепочечные жильные зоны (ЦЖЗ)
З.Поля в узлах пересечения разнотипных разрывных нарушений 3.1.В узлах пересечения продольных до- и синпегматитовых нарушений косоориентированными позднесинпегматитовыми разрывами Неэшелонированные (НКЖ) и изометричные (ИКЖ) жильные зоны
3.2.В узлах сопряжения разноори-ентированных позднесинпегмати-товых разрывов Неэшелонированные (НКЖ) и изометричные (ИКЖ) жильные зоны
неэшелонированные жильные зоны (НЖЗ) и кусты (НКЖ).
Эшелонированные системы слюдоносных пегматитовых жил широко распространены в Мамской, Беломорской, Бирюсинской и других провинциях. Чаще всего они описывались как створы или цепочки жил без учета их морфологических особенностей и структурной позиции. Фактически разные створы жил отличаются по взаимному расположению жил, по их форме и условиям залегания, по их отношению к крупным пегматитоконтролирующим структурам разного возраста и типа.
В зависимости от этих факторов, определяющих рисунок интраструкту-ры слюдоносного пегматитового поля, выделяется несколько структурно-морфологических типов жильных зон.
Чаще всего встречаются эшелонированные жильные зоны цепочечного, кулисного и лестничного типов и реже неэшелонированные.
В цепочечных жильных зонах (ЦЖЗ) жилы расположены на продолжении друг друга и ориентированы в одном направлении, т.е. в виде "струй" или цепочек. Их можно разделить на два подтипа:
-ЦЖЗ согласных жил в зонах рас-сланцевания ("Свита жил" Тепсинского поля БрМП) или в зонах межпластовых срывов типа надвигов (голец Сгоревший Кочектинского поля ММП);
-ЦЖЗ продольно- и диагонально-секущих жил в зонах трещиноватости, оперяющей взбросовые и надвиговые дизъюнктивы, которые ориентированы вдоль (участок "Гигант" Тепсинского поля БрМП, месторождение "Плотина" БлМП) или поперек (куст Сукша-Сельга БлМП) осей складок, но чаще под разными углами к складкам (месторождение Реколатва БлМП, Скорняковское поле ММП).
В лестничных жильных зонах (ЛЖЗ) жилы субнормальны к осям жильных зон и расположены через определенный "шаг", соизмеримый с размерами жил и рудоконтролирующих
структур. Они располагаются в крыльях складок, в зонах псевдомоноклинального залегания пород, иногда пересекают слоистость и складки. Среди них намечается два подтипа:
-в зонах сдвиговых дислокаций (Цен-трально-Луговское и Мало-Северное поля ММП),
-в зонах развития будинаж-структур (месторождения Большое Тэдино и Панфилова варака БлМП).
В кулисных жильных зонах (КЖЗ) кулисы жил расположены вдоль линий, ориентированных косо к простиранию жил, т.е. каждая последующая жила относительно предыдущей смещена вдоль жильной зоны и расположена под углом к оси зоны. Такие ЖЗ ориентированы как вдоль, так и поперек складок и под углом к осям складок. Они контролируются зонами трещиноватости, оперяющей дизъюнктивы типа взбросо- и сбросо-сдвигов.
В зависимости от рисунка кулис, определяемого направлением сдвиговой составляющей, КЖЗ могут быть разделены на два подтипа - левосдви-говые или левосторонние (голец Старорудничный ММП) и правосдвиговые или правосторонние (Неройское поле БрМП).
Неэшелонированные жильные зоны (НЭЖЗ) включают жилы разной формы и направления и контролируются зонами повышенной незакономерной трещиноватости вдоль дизъюн-ктивов неясной формы или в узлах сопряжения разноориентированных разнотипных разрывных нарушений, т.е. они характерны для полей 3 типа.
В различных структурных типах и подтипах полей наблюдаются разнообразные морфологические типы жил со специфическими условиями залегания в зависимости от кинематики пегматито-контролирующих разломов (табл. 2).
Слюдоносные жилы в зонах рас-сланцевания обычно согласные линзо-видные, четковидные и пластообразные.
В зонах надвиговых структур обычно образуются цепочки согласных
Таблица 2
Морфологические особенности слюдоносных жил разных типов пегматитовых полей, кустов и жильных зон
Структурные типы полей, кустов и жильных зон Морфологическая характеристика жил
По условиям залегания По форме Наличие склонения
Индекс Форма
1.1 ЦЖЗ, КЖЗ С, П Пл, Дк Не характерно
1.2 ЦЖЗ, свиты жил С Лз, Пл Не характерно
1.3 КЖЗ Д, С Лн, Бр Пологое
2.1 ЦЖЗ П Дк, Бр Пологое
2.2 ЛЖЗ Н, Д Бр, Ст Крутое
2.3 КЖЗ Д Бр, Ст, Дк, Лн Крутое
2.4 КЖЗ Д Бр, Ст, Дк, Лн Крутое
2.5 ЦЖЗ П, Д, Н, К Дк Не характерно
3.1 НКЖ С, П, Д, Н, К Пл, Бр, Ст, Дк, Лн Редко, разное
3.2 НКЖ С, П, Д, Н, К Пл, Бр, Ст, Дк, Лн Не характерно
Примечание. Индексы морфологических разновидностей жил: С - согласные, П - продольно-секущие, Д - диагонально-секущие, Н - нормально-секущие (поперечно-секущие), К - комбинированные, Пл - пластообразные, Дк - дайкообразные, Лз - линзовидные, Лн - лентообразные, Бр - брусковидные, Ст - ступенчатые.
или продольно-секущих пластообраз-ных и дайкообразных жил, вытянутых по простиранию и коротких по падению.
Жилы в межпластовых срывах типа сдвиго-взбросов чаще продольно- и реже диагонально-секущие лентообразные и пластообразные с отчетливым склонением.
В зонах взбросовых структур формируются цепочки продольно-секущих дайкообразных и реже брусковидных жил с пологим субгоризонтальным склонением.
В зонах сдвиговых, сдвиго-взбросовых и сбросо-сдвиговых структур пегматитовые тела обычно поперечно- и диагонально-секущие брусковид-ные, трубообразные и столбообразные, реже дайкообразные, часто имеют крутое склонение.
В зонах скрытых (латентных) разрывных структур, а также в узлах пересечения продольных до- и синпегмати-товых нарушений косоориентирован-ными позднесинпегматитовыми и в узлах сопряжения разноориентированных позднесинпегматитовых разрывов
наблюдаются жилы разных морфологи-
ческих типов неправильной, грибообразной или крестообразной в плане формы с невыдержанной ориентировкой в зависимости от слоистой и складчатой анизотропии вмещающих пород и преобладающих геодинамических об-становок.
Таким образом, для жильных зон разных типов, контролируемых разлом-ными структурами, характерны разные морфотипы слюдоносных жил, отличающиеся по условиям залегания в плане - по пространственной ориентировке -и на глубину - по наличию или отсутствию склонения, его характеру.
Если ориентировка жил в плане и видимая форма их в эрозионном срезе достаточно полно выявляются еще на стадии разведочных работ, то склонение жил на глубину достоверно устанавливается в основном на стадии эксплуатации.
При разведке жил на глубину буровыми работами склонение жил прогнозируется с использованием косвенных геологических признаков: для согласных жил - вдоль шарниров пегма-титоконтролирующих наложенных складок, для секущих жил - вдоль ли-
ний пересечения слоистости пегмати-товмещающими трещинами или контролирующими разрывными нарушениями.
Для обоснования полученных данных и решения спорных вопросов морфогенеза слюдоносных пегматитовых жил, контролируемых разломными структурами, и поведения их на глубину было проведено физическое моделирование для исследования формы трещин в их плоскости на различных этапах деформации.
Рис. 1. Установка «Разлом»
Моделирование проводилось в лаборатории тектонофизики Института земной коры СО РАН (г. Иркутск) на установке «Разлом» (рис. 1), предназначенной для моделирования различных типов тектонических структур на упруго-пластичных образцах путем их деформирования при помощи движущихся жестких штампов [1, 15].
В качестве эквивалентного материала для формирования модели применялась глинистая паста с разной степенью влажности, определяющей вязкостные свойства модельного материала [1, 14], которые удовлетворяют условиям подобия при моделировании. Вязкость определялась с помощью прибора ПДС-10.
Форма модельных образцов прямоугольная, их размер составляет около 50 см, что позволяет получить достоверную информацию лучшего качества при обработке результатов эксперимента.
Деформирование моделей проводилось с постоянными в течение одного опыта скоростями (10-5, 10-4 м/с), что удовлетворяет требованиям подобия [1, 15] и соответствует скорости природных деформаций примерно 0,6 мм/год.
А - ,, м I I IPI 1 11 "- » vfy*tт;, Г-.-г-г-'-Р'^Т^^Груци Б В llimffi . ......,?f
i •>■- i' * ■: Щ Щ
Г Р.....11!" Ш Ж- Д -НРтт. .............. -1....., Е ^ '4IPIUIJ ■' .........
■мм
Рис. 2. Моделирование приразломной трещиноватости в надшовной зоне разлома типа взброса (опыт №1): А-Е - стадии деформации
Рис. 3. Моделирование приразломной трещиноватости в надшовной зоне разлома типа сброса (опыт № 3):
А-Д - стадии деформации
Проведено несколько серий экспериментов с моделированием условий формирования разломных структур разных кинематических типов - взбросов (рис. 2), сбросов (рис. 3) и сдвигов (рис.
4).
Опыты проводились поэтапно, в соответствии со стадийностью процесса деформации. На каждой стадии проводились замеры азимутов и углов падения, зарисовка и фотографирование полученных результатов, определялись параметры трещин по простиранию, падению и склонению, изучалась форма трещин в их плоскости.
£
л--« §
Рис. 4. Моделирование приразломной трещиноватости в надшовной зоне разлома типа сдвига (опыт № 5):
А-В - стадии деформации
Наиболее четко форма оперяющих надразломных трещин и их поведение на глубину отражались при моделировании взбросов (рис. 2).
При опытах на минимальной скорости 10-5м/с и продолжительности эксперимент 40 мин (опыты 1, 3) наблюдается следующая стадийность процесса деформации:
-на 10-13 мин эксперимента появлялись первые одиночные мелкие разрывы длиной от 1 до 5 см (см. рис. 2А). Со временем их длина увеличивалась до 3-10 см (см. рис. 2Б, рис.3А);
-на 19-20 мин трещины начали соединяться, образуя наиболее крупные трещины до 21 см (см. рис. 2В, Г, рис. 3Б, рис. 4А);
-к 30 мин эксперимента трещины, постепенно разрастаясь, объединились в относительно более крупные разрывы путем разрушения перемычек между ранее возникшими трещинами и образования здесь вторичных диагональных и поперечных разрывов (см. рис. 2Д, Е, рис. 3В, рис. 4Б);
-на последнем этапе эксперимента процесс разрушения недеформирован-ных перемычек между ранее возникшими разрывами нарастает и появляется крупный тектонический разрыв сложной ступенчатой конфигурации, объединяющий все ранее возникшие трещины (см. рис. 2Е, рис. 3Г, рис. 4В).
В экспериментах с большей скоростью деформирования, порядка 10-4 м/с (опыты 2, 4, 5), одиночные мелкие разрывы размером 2-3 мм появляются значительно раньше - на 2-6 мин.
По окончании эксперимента модели поэтапно разбирались (раскапывались) с целью «раскрытия» наиболее крупных трещин и разрывов для изучения их формы в плоскости разрыва и поведения на глубину (см. рис. 3Д). В результате выявлено, что величина зияния (ширина сформировавшихся полостей) относительно крупных трещин длиной около 20 см закономерно уменьшается с глубиной (рис. 5): в среднем от 6,5 см на поверхности до
4,5 см к основанию трещины (на глубине 4,5 см). Соответственно уменьшается и длина трещин, в связи с чем форма трещин в плоскости разрыва имеет обычно эллипсовидные очертания. Объемная форма полостей может быть аппроксимирована как усеченный эллипсоид, длинная ось которого ориентирована различно в зависимости от кинематики моделируемого разлома: при взбросах и сбросах - обычно вдоль простирания трещин, а при сдвигах - по
Рис. 5. Форма оперяющих трещин в плоскости разрыва:
отчетливо видны тенденция уменьшения их размеров на глубину и крутое склонение их латеральных границ. А-В - стадии раскрытия трещины
направлению склонения полости. Закономерности в отношении угла и направления склонения формирующихся полостей установить не удалось.
Скорее всего, это связано с однородным внутренним строением модельных образцов - в них отсутствуют какие-либо неоднородности, что характерно для природных объектов в земной коре и которые определяют локальное распределение напряжений при деформации.
Для мелких трещин форму их в плоскости разрыва выявить не удалось.
Суммируя результаты моделирования, можно сделать следующие выводы:
1. При моделировании разломных структур разных типов находит подтверждение линейный характер сопровождающих их зон трещиноватости.
2. Наиболее ярко фиксируется цепочечный рисунок надразломных трещин, особенно на ранних стадиях экспериментов, менее четко улавливается их кулисообразное расположение - кулисы появляются при моделировании сдвигов на средних стадиях экспериментов. Лестничное расположение трещин не зафиксировано, это связано с однородным характером модельных образцов, отсутствием в них слоистой анизотропии, как в природных толщах.
3. Достаточно отчетливо устанавливается тенденция уменьшения длины надразломных трещин и мощности образованных ими полостей на глубину, а также крутое склонение их латеральных границ. Пологие и средние углы и направление склонения не зафиксированы, что также обусловлено однородным характером модельного материала.
4. Эксперименты на установке «Разлом» позволяют наблюдать лишь надразломную трещиноватость в над-шовных зонах, формирующуюся до образования магистрального разлома. Оперяющую трещиноватость в прилегающих к сместителю блоках наблюдать не удается из-за разрушения модели.
По-видимому, для получения более близких к природным условиям результатов моделирования разломных структур необходимо использование таких установок, которые позволили бы фиксировать приразломную трещинова-тость в анизотропных толщах.
Авторы благодарны зав. лабораторией тектонофизики ИЗК СО РАН доктору г.-м. наук К.Ж. Семинскому и ст. научному сотруднику лаборатории кандидату г.-м. наук С.А. Борнякову за помощь в организации и проведении экспериментов.
Библиографический список
1. Борняков С. А. Моделирование сдвиговых зон на упруго-вязких материалах // Геол.и геофиз. 1980. №11. С. 75-84.
2. Верхозин Л. И., Кочнев А. П. Роль сдвиговых нарушений при формировании слюдоносного узла гольца Скалистого Луговского пегматитового поля // Геол. и геоф. 1979. N.11. С. 128133.
3. Горлов Н.В. Структурный контроль пегматитов Беломорья. Л.: Наука, 1973. 95 с.
4. Иванов Г.В. Тектоника и время образования мамских слюдоносных пегматитовых жил // Тектоника Сиб. платф. и смежн. обл. Тр. ВСНИИГ-ГИМС. Иркутск, 1971. Вып.9. С. 225270.
5. Кочнев А.П. Структуры слюдоносных пегматитовых полей и узлов Мамской мусковитоносной провинции // Геол., поиски и разведка рудных по-лезн. ископ. Иркутск: ИПИ, 1980. С. 103-119.
6. Кочнев А.П., Чесноков В.Н. Структуры мусковитоносных пегматитовых полей Мамско-Чуйского района // Геология и генезис пегматитов. Л.: Наука, 1983. С. 246-257.
7. Кочнев А. П. Поля мусковито-вых пегматитов в зонах сдвиговых дислокаций (Мамско-Чуйский район) // Вопросы геол. и полезн. ископ. Центр. и
Вост. Монголии. Улан-Батор, 1987. С. 40-43.
8. Кочнев А.П. Поля мусковито-вых пегматитов в зонах сдвиговых дислокаций // Сдвиговые тект. нарушения и их роль в образ. месторождений полезн. ископ. М.: Наука, 1991. С. 175-180.
9. Кочнев А.П. Структурно-морфологические типы жильных пегматитовых полей и месторождений //Геол., поиски и разв. месторожений рудн. по-лезн. ископ. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. С. 38-46.
10. Кочнев А.П. Структурные типы мусковитоносных пегматитовых полей и месторождений. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. 168 с.
11. Кремляков И.И. Структурно-тектонические условия формирования мусковитоносных пегматитов одного из месторождений Мамско-Чуйского района // Геол. и полезн. ископ. Байкало-
Патомск. нагорья. Иркутск, 1966. С. 214-219.
12. Родионов Г.Г. Типы слюдоносных пегматитовых тел и их промышленная оценка // Труды ВИМС. М., 1959. Вып.4. 83 с.
13. Рыцк Ю.Е. Влияние дизъюнктивных нарушений на распределение пегматитов в Северо-Западном Бело-морье // Труды ВСЕГЕИ. Л., 1962. Т.83. С.49-69.
14. Семинский К.Ж. Структурно-механические свойства глинистых паст как модельного материала в тектонических экспериментах. Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1986. 130 с. (Деп. В ВИНИТИ 13.08.86., 5762-В86).
15. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Борняков С.А. и др. Разломо-образование в литосфере: зоны сдвига. Новосибирск: Наука, 1991. 260 с.
Рецензент кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник ИЗК СО РАН А.В. Черемных
