CC BY
30
В приведенных формулах:
t = tgB; rf = в'2 cos2 B; l = L -L;
N- радиус кривизны первого вертикала; Х- длина дуги меридиана от экватора до параллели данной точки; l-долгота данного пункта, отсчитанная от осевого меридиана зоны, обычно выражается в градусах и в его долях; в'1 - второй эксцентриситет меридианного эллипса; у - сближение на плоскости меридиана данной точки и осевого меридиана зоны; m - масштаб в данной точке.
Для обратного перехода используются следующие формулы:
tV2 t t
B = B0 - y2 -2-i- p-y4-^- p(5 + 3t02 + 6rf2 - 6rf2t02) + y6-p(61 + 90t02 + 45t04);
0 2N0 24N0 0 0 00 720N0
l = yseLB±p-y3 secB±p(i + 2t2 + rf2) + y5 p(5 + 28t2 + 24t4 + + 8trf2);
У N0 P y 6N03 P( 0 /0) y 120N05 P( 0 0 /0 0 /0 );
B - вычисляемая широта пункта;
B0- основание ординаты y, - вычисляется из итерационного процесса аналогично Б', как это описано для проекции UTM.
Разработанная в настоящей статье технология преобразования координат позволяет решить следующие задачи:
1. Прямую задачу на координаты - определение плоских прямоугольных координат в проекциях UTM и Гаусса-Крюгера по геодезическим координатам B, L.
2. Обратную задачу на координаты - определение геодезических координат B, L по плоским прямоугольным координатам соответствующей проекции.
3. Переход из геодезических координат B, L, H, отнесенных к эллипсоиду WGS-84, к соответствующим координатам, отнесенным к референцным эллипсоидам.
Предложенная технология может быть использована на производстве при определении местоположения точек земной поверхности.
Библиографический список
1. The Universal Grids: Universal Transverse Mercator (UTM) and Universal Polar Stereographic (UPS). Edition 1. US National Imagery and Mapping Agency (NIMA). TM 8358.2 Washington, D.C., NIMA, 18 September 1989. (Available at reference 1 website as a PDF file.).
2. Datums, Ellipsoids, Grids, and Grid Reference Systems. Edition 1. US National Imagery and Mapping Agency (NIMA). TM 8358.1, Washington, D.C., NIMA, 20 September 1990. (Available at reference 1 website as a PDF file.).
3. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. М.: ФГУП «Картоцентр», 2005.
4. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. М.: Недра, 1976.
УДК 532.321: 550.312
РАСЧЁТ ДИНАМИКИ СТАНОВЛЕНИЯ ГРАНИТНЫХ ИНТРУЗИЙ
1 л 4
Е.Х.Турутанов', А.В.Степаненко2, Б.Буянтогтох3
Институт земной коры СО РАН, 661033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова,83.
Для объяснения механизма внедрения послескладчатых гранитов, использующих в своём становлении различно ориентированные разломы, наиболее приемлемой является гипотеза всплывания скоплений гранитной магмы под действием архимедовой силы. Подобное всплывание до уровня гипабиссальной и субвулканической фаций может происходить только по широким ослабленным зонам, при этом вытянутость гранитных массивов вдоль этих зон объясняется, очевидно, слиянием ряда таких "капель". Библиогр. 22 назв.
Ключевые слова: граниты; магматический очаг; всплывание; архимедова сила.
1Турутанов Евгений Хрисанфович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией комплексной геофизики, доцент Института недропользования НИ ИрГТУ, тел.: (3952) 428792, e-mail: tur@crust.irk.ru
Turutanov Evgeny, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Head of the Laboratory of Integrated Geophysics, Associate Professor of the Institute of Exploration of Natural Resources NR ISTU, tel.: (3952) 428792, 89086611976, e-mail: tur@crust.irk.ru
2Степаненко Артём Владимирович, аспирант, лаборант, тел.: 89501005694. Stepanenko Artem, Postgraduate, Laboratory Assistant, tel.: 89501005694.
3Буянтогтох Базарин, аспирант, научный сотрудник Центра астрономии и геофизики МАН, Монголия.
Buyantogtoh Bazarin, Postgraduate, Research Worker of the Center of Astronomy and Geophysics MAS, Mongolia.
CALCULATION OF GRANITE INTRUSION FORMATION DYNAMICS E.H. Turutanov, A.V. Stepanenko, B. Buyantogtoh
Institute of Earth Crust SB RAS, 128 Lemontov St., Irkutsk, 661033. National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Centre for Astronomy and Geophysics of Mongolian Academy of Sciences, 51, PO Box 152, Ulan Bator, Mongolia.
The hypothesis of granitic magma cluster floating under the influence of buoyancy force is the most acceptable to explain the introduction mechanism of after-folded granites, using multi-oriented faults in their formation. Such floating up to the level of hypabyssal and subvolcanic facies can occur only in broad weakened zones, whereas the elongation of granite massifs along these zones is apparently explained by merging of some of these "drops". 22 sources.
Key words: granites; magma chamber; floating; buoyancy force.
Большинство исследователей, занимающихся изучением мезозойских послескладчатых ультракислых гранитов, считают, что сложенные ими тела образовались в результате интрузий гранитной коровой магмы. Глубина генерации такой магмы соответствует амфиболитовой фации метаморфизма и составляет 10-20 км пород [16,19]. Магма образовывается, вероятно, в процессе частичного или более полного плавления метаморфических осадочных либо интрузивных пород. При этом источниками энергии служат как потоки флюидов, так и интрузии мантийного вещества
[5].
Попытаемся подобрать механизм перемещения магматического вещества с глубины 15 км (средний уровень образования магмы) до глубины 5 км (средний уровень центров тяжести гранитных массивов в конце становления). При этом выбранный механизм должен обеспечивать приобретение интрузивами всех особенностей формы, которые присущи большинству послескладчатых гранитоидных массивов Монголо-Сибирской горной страны [10]: вытянутости по горизонтали и уплощённости по вертикали. Поскольку в геологии существует несколько концепций по рассматриваемому вопросу [5,17], то основной задачей данной работы является именно выбор одной из них.
Наиболее распространёнными являются две гипотезы механизма внедрения расплава, из которого формируются гипабиссальные тела гранитов. Первая предполагает, что магма выдавливается из очага в верхние горизонты земной коры тектоническими (негидростатическими) силами по разломам и ослабленным зонам [20]. Согласно же второй гипотезе считается, что скопления гранитной магмы (крупные «капли») в гравитационном поле всплывают вверх под действием архимедовой силы, возникающей вследствие разницы плотностей расплава и вмещающих пород [18, 21] и др.
Известно, что практически любой реальный материал с точки зрения макрореологии обладает и упругостью, и вязкостью, и пластичностью. Эти свойства сильно зависят от величины нагрузки и длительности её приложения и в зависимости от этих факторов могут преобладать либо одни, либо другие. В реальных же геологических процессах, длящихся миллионы лет, практически любую среду можно представить как вязкое тело [22]. При этом физическая природа вязкости
может быть весьма различной. Там, где температура и давление высоки (на больших глубинах), основную роль играет диффузионно-вязкое течение веществ. По-видимому, эти глубины соответствуют области мантии и низов земной коры. На меньших глубинах, порядка 30 км, начинает преобладать дислокационный процесс ползучести. Здесь в силу вступают пороговые процессы необратимой деформации, образование и движение которых приводит к разрывам сплошности среды. При этом областями образования и стока этих дислокаций могут быть всевозможные границы, включая границы зёрен [11], которые играют существенную роль в механизме ползучести. Кроме того, на пластичность земной коры сильное влияние оказывает тот факт, что её верхняя часть расколота разломами самого различного порядка (вплоть до микротрещин). Поскольку материал в области таких нарушений находится в состоянии, близком к пластичному, то земную кору можно представить совокупностью упругих блоков, плавающих в вязкой среде. Блоки эти могут смещаться относительно друг друга по системе нарушений, а при движении нескольких блоков, образующих крупный объём земной коры, можно говорить о необратимой «псевдопластической» деформации. При небольшой скорости деформации подобное движение можно моделировать течением вязкой жидкости, то есть полагать, что в первом приближении скорость деформации линейно зависит от напряжения. Таким образом, процесс деформации земной коры при медленных движениях можно рассматривать с точки зрения законов вязкого течения, вводя надлежащим образом, согласно уравнению движения, «кажущийся коэффициент вязкости» [11]. Величина этого коэффициента в зонах повышенной трещиноватости должна уменьшаться.
Оценка времени изостатического уравновешивания Скандинавии и моделирование «растекания» краёв континентальных глыб, окружающих Атлантический океан [11], показали, что средняя вязкость земной коры составляет 1022 П. Экспериментальные данные для гранитов, гнейсов и кристаллических сланцев при нормальной температуре и касательных напряжениях порядка 100 кг/см2 дают величину эффективной («кажущейся») вязкости, изменяющуюся в пределах от 1017 до 1023 П [18]. Вероятно, столь широкие пределы изменения этой величины обусловлены различной
степенью нарушенности исследуемых образцов, либо какими-нибудь иными дефектами их структуры.
Таким образом, представление о вмещающих породах как о вязкой жидкости не входит в серьёзные противоречия с теорией и экспериментом и всплыва-ние интрузий сквозь такую среду имеет вполне реальный физический смысл.
Рассмотрим теперь, как установленные особенности форм и размеров интрузий согласуются с гипотезами насильственного внедрения и свободного всплы-вания. Вытянутость интрузивов в горизонтальном направлении и уплощённость их по вертикали неплохо согласуются с гипотезой насильственного внедрения, поскольку первая особенность тел свидетельствует о приуроченности их к зонам разломов, а вторая может служить доказательством использования магмой при внедрении межформационных разделов. Однако, хотя гидроразрывы с образованием камер и могли происходить преимущественно по механически ослабленным зонам, вызывает сомнение тот факт, что магма, проникшая во вмещающие породы под давлением, почти никогда не образовывала тел, вытянутых по вертикали.
Если бы гипотеза насильственного внедрения магмы смогла удовлетворительно объяснить эту ситуацию, то нашло бы объяснение и совпадение поднятий кровли плутонов с утолщениями последних, что установлено гравиметрическими исследованиями для Монголо-Сибирской горной страны [10]. В этом случае можно было бы говорить о воздымании кровли плутонов за счёт насильственного внедрения магматических масс в полости и приподнимании последними вышележащих пород. Вариации толщины плутонов по простиранию при этом можно было бы объяснить различием в условиях становления. Но в таком случае не находят объяснения факты совпадения поднятий кровли многих гранитных плутонов с опусканием их подошвы [10]. Остаётся неясным, произошло это вследствие опускания раздутых частей из-за стремления их к изостатическому равновесию, либо по другим причинам, то есть для объяснения указанных особенностей формы плутонов приходится учитывать силу тяжести, влиянием которой на интрузивный механизм в рассматриваемой теории пренебрегалось.
Зачастую размеры интрузий на разрезах, проходящих через утолщённые их части, сопоставимы между собой, а подводящие каналы отсутствуют. Кроме того, глубины денудационного среза на куполовидных поднятиях, отражающие уровень становления магмы, у многих гранитных массивов сходны [10]. Между собой все эти особенности гранитных плутонов вообще не согласуются в рассматриваемой концепции.
Для их формирования требуется совершенно уникальная ситуация, когда первичные магматические очаги имеют одинаковые размеры и условия образования, а тектонические силы в области существования этих очагов сопоставимы по величине. Более того, пропускная способность магмоподводящих разломов и сопротивление их гидроразрывам, то есть условия внедрения магмы, также должны быть одинаковыми.
Надо полагать, что реализация подобной ситуа-
ции маловероятна, так как не отвечает введённому предположению о неоднородности условий внедрения, без которого трудно объяснить установленные раздувы гранитных тел. Теперь же условие неоднородности противоречит требованиям рассматриваемой гипотезы. К тому же, различно ориентированные разломы в условиях одностороннего тектонического сжатия, выдавливающего магму из первичных очагов, не могут обладать одинаковой пропускной способностью, так как определённая их часть будет закрыта. Кроме того, трудно предположить, что в условиях складчатых структур на обширных площадях подвижных областей может существовать одинаковое по величине одностороннее сжатие.
Изложенные выше соображения не свидетельствуют о неприменимости гипотезы насильственного внедрения магмы для объяснения механизма становления интрузий ультракислых послескладчатых гранитов. Скорее всего эта гипотеза более применима для объяснения образования синскладчатых магматических тел.
Особенности формы и размеров послескладчатых гранитных плутонов проще объяснить гипотезой свободного всплывания вверх крупных «капель» гранитной магмы под действием архимедовой силы. При этом аномальность реологических свойств земной коры в зонах разломов может служить вполне удовлетворительным объяснением приуроченности интрузий к этим местам.
Глубинные и региональные разломы не являются одиночными трещинами. Ширина зоны повышенной трещиноватости, возникающая вокруг главного сме-стителя за счёт оперяющих его разрывов различных порядков, может достигать многих километров [9]. Концентрация дефектов в таких зонах уменьшает долговременную прочность земной коры и её эффективную вязкость, что способствует сравнительно быстрому поднятию расплавов из очагов их зарождения. С другой стороны, разломы, возможно, являются местами, где преимущественно и генерируется гранитная магма, так как потоки флюидов, несущих тепло и необходимые минерализаторы, проникают по ослабленным зонам.
Отсутствие одностороннего тектонического сжатия должно привести к сходству условий проницаемости коры, а это, в свою очередь, вполне могло обусловить как равенство первичных магматических камер, так и расположение их на почти одинаковых глубинах.
При прочих равных условиях скорость подъёма магматических «капель» зависит от их размеров. Вследствие этого гранитные тела, поднявшиеся с уровня зарождения магмы почти до земной поверхности примерно за одно и то же время, должны иметь сходные размеры. Кроме этого, вполне возможно, что породы верхней части земной коры имеют определённый предел текучести: вязкие их свойства наиболее полно проявляются только после превышения напряжениями некоторого порогового значения. При постоянном недостатке плотности напряжения, развиваемые всплывающими в гравитационном поле телами сквозь более тяжёлую жидкость, зависят от его верти-
кальных размеров. Таким образом, одинаковый порядок размеров вертикальных сечений интрузивных тел, равно как и приуроченность поднятий кровли плутонов преимущественно к местам раздувов, находит вполне логичное объяснение.
Механизм всплывания магматической «капли» предполагает, что вмещающие породы раздвигаются у кровли в стороны, обтекают эту «каплю» и смыкаются у её подошвы [15]. А так как перемещаться вверх может практически весь первичный очаг, то отсутствие подводящих каналов представляется вполне естественным.
В вязкой жидкости всплывание твёрдого тела прекратится тогда, когда выступающая над свободной поверхностью жидкости его часть уравновесит подъёмную силу. Поскольку в рассматриваемом случае процесс всплывания моделируется движением магмы, скопленной в жидкости, вязкость которой значительно больше вязкости «капли», то можно полагать, что магма, не успев раскристаллизоваться, будет образовывать эффузивные толщи, изливаясь на земную поверхность. В большинстве же случаев этого не происходит, а верхняя часть интрузий кристаллизуется в гипабиссальных условиях на глубине 1-2 км. Объясняется это явление, видимо, тем, что вблизи поверхности Земли магма, приподнимая сравнительно маломощный слой вмещающих пород, образует в них купол, в котором развиваются трещины. Магма, заполняя эти трещины, будет остывать, так как контраст температур магмы и вмещающих пород в приповерхностных условиях довольно велик. Это «залечивание» трещин предохраняет вещество магмы от излияния на поверхность. Купол, образующийся на дневной поверхности, уравновесит подъёмную силу, и движение камеры вверх прекратится.
Однако установление подобного гидростатического равновесия по вертикали не означает полного равновесия всей рассматриваемой механической системы, поскольку всякое вязкое тело стремится растечься в стороны с образованием слоёв, ограниченных эквипотенциальными поверхностями (в силу стремления системы к минимуму гравитационной энергии). Видимо, этим и объясняется тот факт, что большинство послескладчатых гранитных плутонов уплощено по вертикали. Очевидно, что растекание в стороны во многом зависит от структуры вмещающих толщ. Легче всего этот механизм реализуется в условиях существования субгоризонтально расположенных ослабленных зон. К таким зонам относятся межформацион-ные разделы и пологие тектонические нарушения.
Вышеизложенные соображения в пользу концепции всплывания скоплений магмы под действием архимедовой силы с последующим уплощением её являются чисто качественными. Необходимо проверить принципиальную возможность этого механизма количественными расчётами. При этом, задаваясь какими-либо известными параметрами, можно оценить другие и затем сравнить их с экспериментальными либо расчётными данными, полученными при изучении иных явлений.
Жидкие тела при всплывании в других жидкостях
приобретают каплевидную форму, обеспечивающую минимальное сопротивление движению. Изометрич-ность интрузивов в тектонической спокойной обстановке обуславливается большой вязкостью кислых магм и вмещающих их толщ [4]. Поэтому при рассмотрении процесса всплывания определённого объёма гранитной магмы предположение о сферичности этого объёма, видимо, является наиболее простым и довольно близким к реальному положению вещей. Линейная вытянутость интрузивов, приуроченных к разломам, обусловлена, очевидно, слиянием нескольких «капель».
Для всплывания шарообразного тела сила вязкого трения определяется уравнением Сто^
F = Z
rf+rf
(1)
где ?? - динамическая вязкость вмещающей среды; ? - вязкость тела; Я - радиус тела; Ъ - скорость движения тела. Вязкость жидкого гранитного стекла (вещества всплывающего тела) равна 106 П [12], а вязкость вмещающих пород, как указывалось ранее,
17 23
варьирует от 10 до 10 П. Поэтому можно считать, что ? ^ 0. Тогда
^ = 4яЯ
Если же полагать даже, что , то есть
всплывает твёрдый шар, сила вязкого трения увеличивается всего в 1,5 раза. Действительно, поделив
числитель и знаменатель (1) на ??' и совершая предельный переход, получим
Е = 6ят?Я;. (2)
Таким образом, любое допущение о вязкости всплывающего тела мало влияет на оценку по порядку силы вязкого трения. Это даёт возможность использовать для оценки параметров движения дифференциальное уравнение движения для твёрдого тела (то есть рассматривать движение центра тяжести тела):
Mz + az = S,
(3)
где М масса тела; а - коэффициент силы вязкого трения; 8 - плавучесть тела; Ъ- скорость движения тела; Ъ - ускорение.
Из уравнения (2) следует, что а = 6я??Я, 8 = V
((р-р')g, где р' - плотность магмы (вещества всплывающего тела); р - плотность вмещающей 4 3
среды; V = — яЯ3 - объём всплывающего тела, мо-
3
делируемого сферой; g - ускорение силы тяжести. Перепишем (3) в виде
Если положить
то получим
г+ аг = 5
М М.
М
5
= У ,
М г+ рг= у
(4)
(5)
г =
5
а
Подставив сюда выражение для плавучести тела 5 = у(р-р')g и коэффициента силы вязкого трения
2т>2Ар~Р')
а = 6—т/Я , получим г = — Я2g
9 ц
вестную формулу Стокса). Отсюда
П =
2Я 2 g (р-р') 9г
(то есть из-
(11)
Решением этого уравнения, как известно, является следующее выражение:
г = с + сле Р + Уг. 2 1 р
(6)
Заменив в (6) р и у в соответствии с (4) и продифференцировав (6) по г, получим
5
а
—г а - М
гс
а М 1
(7)
При г = о
5 а
г = 2п =--77 С, откуда
0 а М 1
_ _М5 г оМ С1
а
В начальный момент времени, положив г = 0, получим
С = а2 ,
(8)
тогда решение уравнения (3) примет следующий вид:
г =
г—
М
а
—г
1-е М
(9)
Это уравнение движения сферического магматического очага со скоростью (7).
После подстановки постоянной С в соответствии с (8) выражение скорости (7) примет вид
г = 5
1-е М
(10)
Из уравнения (10) видно, что вследствие очень большой вязкости вмещающих толщ тело практически мгновенно приобретает постоянную скорость, так как
а
—г
М
при г ф 0 величина е М ^ 0. Поэтому для установившегося равномерного движения всплывающего тела (10) можно записать в виде
Используя это выражение, можно оценить вязкость земной коры в районах становления гранитных интрузий. Однако для этого необходимо располагать сведениями о размерах плутонов, полученными в результате интерпретации гравиметрических данных, времени их полной кристаллизации, а также данными о физических свойствах горных пород.
Плотность верхней части земной коры равна 2,67 г/см3. Плотность гранитной магмы составляет 2,446 г/см3 [2]. Радиус всплывающего тела находим, приняв, что площадь поперечного сечения интрузивов на утонённых перемычках между раздувами для Монголо-Сибирской горной страны в среднем составляет 30 км2 [10]. Отсюда Я » 3 км. В районе раздувов площадь вертикальных сечений достигает 70 - 220 км2, что соответствует радиусам ~ 5 и ~ 7 км [10]. Время кристаллизации плутона можно оценить при помощи известного уравнения охлаждения сферы [3]:
—2аг
та т
Т0 -Т
s —
9
9— аг
1<е Я
2 1
+ — е 4
9
4п аг
(12)
1
+ — е 9
Я2
+ • • •) = Ва( х),
где т - средняя температура шара в момент времени г; т - начальная средняя температура шара; т
- температура поверхности шара; Я - радиус шара; a
- температуропроводность шара;
Ва (х) = А<е-Х + 4 е-4 Х +
—
1 -9 Х
+ -е 9Х + •••), 9
(13)
2
где х = —— . Приравняв (12) и (13), можно найти Я 2
искомую величину времени г охлаждения шара до температуры кристаллизации:
,2
г =
хЯх —2а
Предположим, что Я = 5 км (средний радиус интрузий, оценённый по результатам интерпретации [10]). По данным [13] наиболее вероятными характе-
+
5
а
а
\
/
а
а
\
/
ристиками физических свойств силикатных жидкостей для рассматриваемых интрузий являются следующие:
Т = 750°С; Т = 800°С; Т = 700°С;
а 0 5
„ „ кал
а = 0, 02-.
см ■ с ■ град
При расчётах лучше ориентироваться на маловодную магму, так как последняя более способна к достижению земной поверхности в жидком состоянии. Скрытая теплота её кристаллизации, равная 65 - 70 кал/г, повышает температуру расплава на 195 - 233°С [13]. Эта величина и была принята нами для вычислений. Сказалось, что с учётом принятых физических параметров время полной кристаллизации гранитного массива с радиусом 5 км составляет 2 -106 лет. Даже если взять теплоту кристаллизации водосодержащей магмы 30 кал/г [13], то и тогда расчёты показывают, что время «жизни» расплава составит около 106 лет. Эта величина совпадает с временем полной кристаллизации гранитных плутонов, вертикальный размер которых достигает 5 км [14]. Очевидно, это и будет верхним пределом времени полной кристаллизации гранитного расплава с указанными параметрами.
Скорость всплывания определим исходя из предположения, что время подъёма магмы должно быть на порядок меньше времени кристаллизации её в очаге радиуса 3 - 7 км, так как магма кристаллизовалась уже в приповерхностных условиях.
Если принять время всплывания очага с глубины 15 км до глубины 5 км на порядок меньше времени кристаллизации (то есть 105 лет), то получим скорость всплывания 10 см/год или 3,1510-7 см/с. Используя эту величину, можно оценить вязкость земной коры в районе движения расплава по формуле (11). Она оказывается равной 2,1 1020 II и совпадает с оценкой вязкости коры в зонах батолитовых интрузий [12].
Полученная величина на два порядка меньше средней вязкости земной коры, оцененной на основании теоретических расчётов [11], и на три порядка больше минимальной величины, полученной по экспериментальным данным на образцах кристаллических пород [1]. Выше уже говорилось о том, что уменьшение эффективной вязкости для коры до величины ниже среднего её значения характерно, видимо, для образцов, имеющих дефекты. Можно с полным основанием полагать, что в зонах разломов количество дефектов структуры породы резко увеличивается и эффективная вязкость земной коры уменьшается. Отсюда следует, что механизм всплывания скоплений гранитной магмы вполне правдоподобен для условий земной коры, но он может реализоваться со скоростью, достаточной для проникновения магмы до небольших глубин, только в зонах разломов. Некоторое дополнительное понижение вязкости в тектонически активных районах с гранитоидным магматизмом может обеспечиваться общим повышением теплового потока, характерным для таких районов. Если магматический очаг образуется на участках земной коры, где нет ослабленных зон, то скопление магмы до кристаллизации просто не успеет всплыть до гипабис-
сальных уровней.
Этот вывод не является тривиальным, так как довольно часто разломы в районах таких интрузий геологическими методами не фиксируются. Поэтому можно утверждать, что обнаруженная геофизическими методами линейная вытянутость гранитных плутонов является достаточным признаком существования мощных зон разломов. Следует подчеркнуть, что сама вытянутость вдоль разломов приобретается, очевидно, в результате слияния нескольких всплывших «капель».
Рассмотрение коры как вязкой жидкости пригодно для описания процесса становления плутонов в целом. В деталях же процесс перемещения магматической камеры и принятие ею уплощённой формы включает в себя и частичное разрушение вмещающей среды. При всплывании магмы это происходит в результате последовательного образования камеры выше магматической «капли». С этой точки зрения интересно сопоставить напряжения, создаваемые архимедовой силой, с прочностью кристаллических горных пород. Тело мощностью 6 км (оценка близка к минимальной для всплывающей «капли») и с недостатком плотности 0,22 г/см3 создаёт на верхней границе напряжение величиной 130 кг/см2 [10]. Прочность ме-таморфизованных песчаников и сланцев варьирует от 110 до 2500 кг/см2 [2]. Столь широкие пределы изменения этого параметра, очевидно, тоже связаны с различной степенью нарушенности образцов. Для характеристики свойств горных пород в зонах разломов и на межформационных разделах, видимо, можно ориентироваться на нижний предел прочности, который сопоставим с возникающими напряжениями. Кроме того, прочность массива горных пород в естественном залегании может резко отличаться от прочности отдельно выбранного образца вследствие его контакта с поверхностно-активными расплавами. В частности, существует мнение [7], что образование некоторых видов интрузивов, особенно гипабиссальных, связано с этим явлением и может рассматриваться как результат разрушения коры в условиях сильного понижения прочности в местах контакта с магматическими расплавами. Эти расплавы, являясь в свою очередь источниками летучих, в реальных условиях способны вызвать понижение прочности горных пород больше, чем в четыре раза [6].
Более того, расчётами установлено [8], что если магматическая камера округлого сечения, заполненная веществом с меньшей плотностью, чем окружающая среда, расположена достаточно близко к поверхности Земли, так что
^ , ,
— < 1,1,
Я
где d - глубина от поверхности до центра камеры,
Я - радиус камеры, то в условиях внешнего гидростатического давления при разрушении камеры в верхней её части должны произойти разрывы с внедрением пластовых интрузий.
Таким образом, «прочностной» подход также даёт возможность объяснить приуроченность гранитных
тел к разломам и межформационным границам (горизонтальные напряжения в жидкой магме имеют тот же порядок, что и вертикальные).
Не претендуя на окончательное решение вопроса, авторы полагают, что выявленные особенности формы и размеров плутонов хорошо согласуются с гипо-
тезой становления гранитных плутонов под действием сил, создаваемых конвективной неустойчивостью, то есть за счёт всплывания скоплений лёгкой магмы сквозь земную кору, которая в геологических процессах, длящихся многие миллионы лет, ведёт себя как вязкая жидкость.
Библиографический список
1. Белоусов В.В.,Гзовский М.В. Экспериментальная тектоника. М.: Недра,1964. С.38-46.
2. Берч Фр., Шерер Дж., Спайсер г. Справочник для геологов по физическим константам. М.: Ил, 1949. С. 115-142.
3. Ингерсолл Л.Р., Зобель О.Д., Ингерсолл А.К. Теплопроводность, её применение в технике и геологии. М-Л.: Машгиз, 1959. 150 с.
4. Кузнецов Н.Т. К познанию денудации на примере гор Центральной Монголии // Изв. АН СССР, сер. геогр. 1972. № 1. С. 25-35.
5.Летников Ф.А., Балышев С.О., Лашкевич В.В. Взаимосвязь процессов гранитизации, метаморфизма и тектоники // Геотектоника. 2000. № 1. С. 3-22.
6. Перцев Н.В., Коган Б.С., Балашов В.Н. Модель трещинных интрузий магмы в условиях проявления аффекта адсорбционного понижения прочности горных пород // Докл. АН СССР. 1977. Т. 235, № 6. С. 1375-1378.
7. Раст Н. Зарождение, подъём и становление магм // Механизм интрузий магмы. М.: Мир, 1972. С. 284-310.
8. Робертс Дж. Внедрение магмы в хрупкие породы // Механизм интрузий магмы. М.: Мир, 1972. С. 230-283.
9. Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд. СО РАН, филиал ГЕО. 2003. 244 с.
10. Турутанов Е.Х., Зорин Ю.А. Глубинное строение гранитных плутонов Монголии и Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1976. 60 с.
11. Ушаков С.А., Красс М.С. Сила тяжести и вопросы механики недр Земли. М.: Недра, 1972. 155 с.
12. Файф У. Несколько мыслей о гранитных магмах // Механизм интрузий магмы. М.: Мир, 1972. С. 173-186.
13.Шарапов В.Н., Голубев В.С. Динамика взаимодействия магм с породами. Новосибирск: Наука, 1976. 238 с.
14. Шарапов В.Н., Маламед В.Г. О соотношении времен охлаждения очагов магмы и перемещённых из них расплавов //Докл. АН СССР. 1974. Т. 216, № 1. С. 176-178.
15.Chen Y. J. and Phipps Morgan J., The effect of spreading rate, the magma budget, and the geometry of magma emplacement on the axial heat flux at mid-oceanic ridges, J. Geophys. Res., 101, (B5), 11,475-11,482, 1996.
16.Henstock T. J., Woods A. W. and White R. S., The accretion of oceanic crust by episodic dill intrusion, J. Geophys. Res., 98, (B3), 4143-4161, 1993.
17.Newton R.C. Simple-system Mineral Reactions and HighGrade Metamorphic Fluids // Europ. J. Mineral. 1995. Vol. 7. р. 861-881.
18.Stephanson O., Johnson K. Granite diapirism in the Rum Jungle aroa, Northern Australla. - «Procambrian Ros.», 1976, 3, No.2, p. 159-185.
19.Phipps Morgan J. and Chen Y. J., The genesis of oceanic crust: magma injection, hydrothermal circulation, and crustal flow, J. Geophys. Res., 98, (B4), 6283-6297, 1993.
20.Pitcher W.S. On the rate of emplacement of batholitha. - «J. Geol. Soc. Lond». 1975, 131, No.6, p. 587-591.
21 .Stewart M. A., J.A. Karson J.A., E.M. Klein E.M. Four-dimensional upper crustal construction at fast-spreading mid-ocean ridges: A perspective from an upper crustal cross-section at the Hess Deep Rift // Journal of Volcanology and Geothermal Research 144 (2005) 287-309.
22.Tanimoto T. Crustal Structure of the Earth / Thomas J. Ahrens. — Washington, DC: American Geophysical Union, 1995.
УДК 614.841:622.012.3
УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ НА РАЗРЕЗЕ «ХАРАНОРСКИЙ»
А
И.И.Шестакова1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
На основании особенностей влияния применяемых технологических схем на пожароопасность в условиях разреза «Харанорский» приведена типизация зон наиболее вероятного возникновения эндогенных пожаров. С увеличением производственной мощности разрезов, а следовательно, суммарной площади угольных обнажений возрастает как эндогенная, так и экзогенная пожароопасность. Ил. 6. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: бурый уголь; эндогенные пожары; пожароопасность; разрез «Харанорский».
INITIATION CONDITIONS FOR ENDOGENOUS FIRES IN "KHARANORSKY" OPEN-CAST I.I. Shestakova
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Based on the effect of applied flowcharts on the flammability risk in "Kharanorsky" open-cast conditions the author presents a typification of zones most liable to endogenous fires. With the increase in production capacity of open-pit mines, and consequently, the total area of coal outcrops, the endogenous and exogenous fire hazards increase. 6 figures. 6 sources.
Key words: brown coal; endogenous fires; fire hazards; open-cast"Kharanorsky".
1Шестакова Инна Ивановна, аспирант, тел.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru Shestakova Inna, Postgraduate, tel.: 89501302274, e-mail: emia-irk@bk.ru
