CC BY
21
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ __ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ
ТШ-С1РШ. 1-ЕблбгиЛ М геоФи5икА-Б^Т
ТЕОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ РАЗВЕДОЧНОЙ
ГЕОФИЗИКИ
УДК 550.831:551.24.035:553.3/9
В.В.Филатов, Г.Г.Кассин ТЕКТОНОГРАВИМЕТРИЯ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СДВИГОВЫХ ЗОН
Месторождения полезных ископаемых пространственно и генетически связаны с различными структурно-тектоническими элементами. Поэтому в общем комплексе геолого-геофизических исследований важное место принадлежит структурному картированию.
Изучение геологических структур не может быть полным, если не определен механизм их формирования. Решение этой проблемы возможно только на основе геодинамического анализа геолого-структурной информации. В связи с этим В.И.Старостин (4), например, предложил дополнить морфологическую характеристику рудных структур новыми классификационными признаками, включающими петрофизические свойства среды, термодинамические условия сгруктурообразования, региональный геотектонический режим, механизмы деформирования, структурный парагенезис и полихронность палеотектонических обстановок.
Перечисленные признаки являются не случайными: петрофизические свойства среды, термодинамика и региональная геотектоническая обстановка - это условия, в которых происходит формирование структуры. Условия, в свою очередь, определяют механизм деформирования геологической среды, приводящей к образованию структурного парагенезиса, как совокупности складчатых и разрывных элементов, возникающих в одном тектоническом режиме. Полихронность же есть временная развертка процесса формирования структуры.
Таким образом, эта система признаков достаточно полно характеризует геодинамический процесс формирования структуры, одна из форм проявления которого заключается в изменении физических свойств горных пород, и, следовательно, он должен находить отражение в наблюдаемых геофизических полях.
Отсюда появляется принципиальная возможность установления механизмов формирования геологических структур с помощью геофизических методов и в первую очередь с помощью гравиметрии, поскольку основным параметром, характеризующим деформирование среды при структурообразовании, является дилатация 6(относительное изменение объема среды)- Она может быть положительной и отрицательной. В первом случае происходит образование новых и раскрытие старых трещин, и, таким образом, среда разуплотняется. Во втором случае поры и трещины закрываются и среда уплотняется. Свойства дилатации были детально проанализированы одним из авторов статьи, пришедшем в результате к следующим выводам [7].
Экспериментальные исследования, выполненные на образцах горных пород при различных видах нагружения и в широком диапазоне изменения величины нагрузки, показывают, что при напряжениях, превышающих предел упругости породы, дилатация имеет устойчивую тенденцию к росту. Основное изменение 9 связано с запредельным деформированием в условиях трехосного неравномерного сжатия, особенно, если нагрузки являются длительными (Ставрогин, 1962,1965, 1969; Новожилов, 1965; Баклашев, 1988 и др.).
Ьрсмя как важнейший геологический фактор оказывает существенное влияние на дефор.«^И рование среды. Под действием постоянной силы деформация со временем растет. Это явле.-сЯ называют ползучестью. Поскольку одним из главных механизмов ползучести является трещю^И образование, то дилатация растет с течением времени и при таком режиме деформирование
Ползучесть состоит из двух частей: из собственно ползучести и релаксации напряжений которая заключается в стремлении среды к равновесию. Когда оно нарушается, то часть упругой энергии переходит в работу против внешних сил, способствуя образованию новых трецр^Н Релаксационное течение всегда заканчивается разрушением среды и, следовательно, увеличением дилатации. Особенность этого процесса заключается в том, что он протекает в маломощном слоЛ вблизи поверхности разгрузки (Пономарев, 1981, 1986), образуя локальные разуплотненньЛ зоны. Геологическими примерами зонной релаксации напряжений могут служить линейные Л площадные коры выветривания.
Величина 6 изменяется в широких пределах: от долей процента до 10-15%, достигая иног^Л 20-30% и более. Наибольшей дилатацией характеризуется хрупкое разрушение, благоприятные условия которому существуют в верхней части земной коры, на глубинах до 4-11 км (СтаростивЯ 1979; Исай. 1983; Николаевский, 1985; Рац, 1970; Хенди, 1969 и др.). Исследования показывают, что трещинообраэование и в образцах горных пород, и в земной коре происходит неравномерно,! И в том, и в другом случаях образуются локальные участки с повышенной трещиноватостыэ! (деструкцией) (Белонин, 1970; Белоусов. 1964; Гзовский, 1975; Кноринг, 1970; Курилов, 1982:1 Ладыгин, 1981; Лучицкий, 1967, 1973 и др.). Следовательно, и дилатационные области будут тоже! локальными.
Дилатация растет с увеличением предела прочности породы, поэтому та из них, которая I испытала вторичные структурно-деформационные изменения, характеризуется меньшей 8.1 Дилатация уменьшается с ростом температуры. Ее понижает также присутствие в порах! жидкостей и газов (Томашевский, 1976; Звягинцев. 1978; Воларович, 1988 и др.).
Дилатационный процесс приводит к изменению плотности геологических объектов. Впервые это отметил В.В.Белоусов [1). Детальные геолого-петрографические исследования показали, чте плотность пород в результате треценообразования может изменяться на 0,01-0,4 г/куб.см'(Беличенко, 1987; Шередеко, 1987; Гинтов, 1988; Кумусов, 1988 и др.)
Особенность структурообразования заключается в том. что морфология структуры и зон*» дилатации закономерно связаны между собой. Каждому типу структуры в идеале соответствуе-только ей присущее пространственное распределение дилатационных зон, определяемое механизмом формирования структуры.
Таким образом, локальность зон дилатации, значительное изменение плотности пород в их пределах, приуроченность к верхней части земной коры и связь с формой структуры служаг предпосылками применения гравиметрии для определения вероятной природы образования 1 структуры.
В общем виде идею рассматривать свойства горных пород с учетом их генезиса высказал в ■ 1923 г. Ф. Ю.Левин сон-Лесс инг. На связь трещинообразования и плотности геологических ( объектов, как уже отмечалось, первым обратил внимание В В.Белоусов. А дилатационный эффект как анома\иеобразук>1ЦИЙ фактор впервые рассмотрел и количественно проанализировал В. А.Шередеко [8]. Однако, несмотря на пионерное значение его исследований, они несут на себе отпечаток односторонности. Области дилатационного разуплотнения рассмотрены им как источники аномалий-помех, искажающие поля изучаемых объектов. Поэтому и подход к их истолкованию сведен им до тривиального геологического редуцирования.
Продолжая эту логичную цепочку, мы рассматриваем лилатацию в ее истинном значении как одну из форм проявления напряженно-деформированного состояния среды, доступного изучению гравиметрией.
Важное значение для рудообразования имеют такие структурно-тектонические элементы земной коры, как разломы, особенно сдвиговой природы. Из аналитического обзора многочисленной литературы, посвященной различным вопросам сдвиговой тектоники (Гзовский, 1975; Стоянов, 1977; Гинтов, Исай, 1988; Спенсер, 1983; Муди, Хилл, 1960; Шерман, 1983; Соболев, 1980; Стаховская, 1988; Чалекко, 1970 и др.), следует:
1) при сдвигообразовании формируется структурный парагенезис, состоящий из следующих элементов: сопряженных сколов Я и Я1 ; трещин отрыва Т, ориентированных при
Рис. 1. Структурный парагенезис в зоне сдвига (по С.С.Стоянову (5|. (Условные обозначения в тексте)
упруго-мгновенных деформациях под углом 45° к направлению сдвигания - эшелонированные <ждадки Ис!; на заключительных стадиях сдвигового процесса возникают обратные косые сколы Р и продольные сколы I, (рис.1);
2) из элементов структурного парагенезиса, ___
образующихся в зоне сдвига, наиболее отчетливо проявляются сопряженные сколы, трещины отрыва и эшелонированные складки; особенность их пространственного положения заключается в том, что они образуют кулисообразные последовательности близких по форме и размерам однотипных структур;
3) трещины отрыва и скола состоят из совокупности более мелких (первичных) трещин, которые улучшают проницаемость и способствуют увеличению дилатации в среде на всю мощность слоя, вовлеченного в сдвиговый процесс; по таким проницаемым зонам-каналам под действием глубинного стресса происходит внедр-ение различных магм и флюидов;
4) проницаемые зоны располагаются главным образом в активном крыле сдвига;
5) строение сдвиговых зон одинаково на всех масштабных уровнях - от трещины до глубинного разлома.
Структуры скола и отрыва являются аномальными по плотности слагающих их пород объектами и тогда, когда они выполнены каким-нибудь субстратом, и тогда, когда они представляют собой просто разрыхленные участки среды. Исследования показали, что в поле силы тяжести они проявляются в обоих случаях системами кулисообразных положительных и отрицательных аномалий, близких по интенсивности и размерам. Форма аномалий в плане (в зависимости от точности и детальности гравиметрической съемки) эллиптическая или Б {X)-образная. Оси аномалий параллельны и образуют острый угол с направлением сдвигания. Системы таких аномалий являются устойчивым морфологическим признаком, позволяющим уверенно картировать зоны сдвига, изучать их внутреннее строение и определять знаки сдвига -левый, правый.
Проиллюстрируем все выше сказанное конкретными примерами.
На рис.2 показана геологическая схема Октябрьского оловорудного узла [6], главными структурными элементами которого являются два субмеридиональных левосторонних сдвиговых разлома, «выполняющих, как отмечает автор, роль рудоносных структур, вдоль которых размещены месторождения. Рудоносные сдвиги являются глубинными структурами, вскрывающими рудномаг-матические очаги, и некоторые из них, скорее всего, проникают в мантию. Сдвиговая активизация этих глубинных разломов создавала исключительно благоприятные геодикамические условия для миграции рудного вещества из нижних уровней коры к верхним с последующей его концентрацией в рудолокализующих структурах ... Рудолокализующие структуры ... состоят из пространственно сближенных рудовмещающих структур растяжения (трещин отрыва - авт.), контролирующих ... размещение отдельных рудных тел ... Характерной морфологической чертой такого типа рудовмещающих структур является их Б-образная при левом и Z-oбpaзнaя при
129
Рис.2. Геолинамический контроль олово-рудных месторождений и рудопроявлений Октябрьского рудного узла (по В.П.Уткину): 1 - граница рудоносной сдвиговой зоны; 2 - рудокон-тролирующие структуры; 3 - рудные тела 4 -главнейшие сдвиги с установленной рудоносностью: И - Ивановский. М - Молодежный
правом сдвиге форма [6, с. 125-127] ... Между рудовмещающими структурами растяжения _ I иногда намечается закономерный шаг ... Так, рудолокализующие структуры (Октябрьского рудного узла - авт.) ... удалены друг от друга на равные расстояния в 2-3 км ... Равноудаленностъ структур растяжения ... не случайное явление» [6, с.132-133].
На рис.3 показана схема расположении мусковитоносных пегматитовых полей, связанных со сдвиговыми дислокациями в надшовно* зоне Слюдянекого глубинного разлома [3]. Автор отмечает, что пегматитовые поля первого-типа связаны «с присдвиговыми У-образным* складками», т.е. с эшелонированными складками Рс1 ; поля другого типа - «с зонами трещин оперения межпластовых сдвигов и сбросо-сдви-гов», т.е. с продольными трещинами скола Я. На рисунке обращает на себя внимание регулярность в ориентировке и пространственном расположении обоих структурных элементов и связанных с ними пегматитовых полей, отвечающих левостороннему сдвигу.
Третьим примером проиллюстрируем тек-тоногравиметрический аспект обсуждаемого вопроса (рис.4).
В пределах Верхнекамского месторождения калийных солей установлен Дуринский прогиб по кровле соленосных отложений. До наших исследований его генезис во многом оставался неясным [2]. Особенность пространственного положения этой структуры заключается в том. что она в плане совпадает с широтным глубинным разломом.
Рис.4. Гравитационные аномалии в зоне глубинного Дуринского разлома: 1 - мзоаномалы силы тяжести; 2 - внешние границы зоны разлома-сдвига и направления пары сил по разлому; 3 - оси линейных магнитных аномалий положительного знака
В поле силы тяжести прогиб картируется цепочкой кулисообразных локальных положительных аномалий, имеющих в плане Б-образную форму (с ними пространственно совпадает аналогичная система положительных магнитных аномалий). Результаты интерпретации и данные бурения показали, что источниками аномалий являются локальные погружения в кровле солей, заполненные более плотным, чем соль, терригенным материалам. Погружения, как и
130
Рис.3. Схема распределения пегматитовых полей, связанных со сдвиговыми дислокациями разных типов, в налей го вой зоне Слю-дянекого разлома:
1 - поля, связанные с присдвиговыми У-образными складками; 2 - поля, связанные с зонами трещин оперения межпластовых сдвигав и сбросо-сдвигов;
3 - допегматитовые надвиги, выполненные метасо-матическими породами; 4 - изгибы слоистости в присводовых складках и направления пары сил при региональном сдвиге по Слюдянскому разлому; 5 -индексы пегматитовых полей
■■гпалии, имеют S-образную в плане форму. Их длинные оси северо-восточной ориентире«» Ьюззуют с направлением простирания прогиба и разлома углы 10-20°.
Такая система локальных погружений могла сформироваться только в результате левюсто-I -да-:-его сдвига. Данные повторных нивелировок (Блюмин М.А., Улитин Р.В., 1983) указывав ■m значительные деформации сдвига, имеющие место в настоящее время на линиях пресечения ■с Лгринским глубинным разломом, по которому и происходит сдвиговый процесс.
Сдвигообразование, как отмечалось, сопровождается интенсивным трещинообразованием МЬ: происходит не только в кристаллических, но и в осадочных, в частности, в соляных породах К1эенс-Литовский, 1967; Бельтюков, 1970; Короткевич, 1970; Привалов, 1971).
Геологи (Валеев, 1974 и др.) объясняли образование локальных погружений в Дуринском прегибе выщелачиванием солей в основном подсолевыми водами, оставляя без ответа вопрос о шюсгранственной выборочности этого процесса. Исходя из доказанности сдвиговой природы шрегиба, можно утверждать, что выщелачивание солей наиболее интенсивно шло там, где з зоне Ьдога формировалась система трещин скола и отрыва, проникавших в виде каналов на ■учительную глубину и открывавших доступ для движения вод из подсолевых горизонтов.
Таким образом, из анализа гравитационного поля и геолого-тектонофизических данных |оедует, что Дуринский прогиб и глубинный разлом образуют единую геодинамическую систему, [ркзитие которой во времени и определяет закономерности внутреннего строения прогиба.
Тектонофизический подход к анализу аномалий поля силы тяжести, позволяя оценивать випсанизм формирования геологических структур, расширяет возможности гравиметрии, открывает новую область ее применения и в прикладном, и в теоретическом планах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Белоусов В.В. Складчатость и основные типы тектонических деформаций//Бюлл. МОИП, отд.геол.
- 1969. - N4.-C.5-23.
2. Кассин Г.Г., Суворов В.В., Филатов В.В. Геофизические исследования в Волго-Уральской ■сфгегазоносной провинции//Изв.Уральск, государств, горно-геолог, академии. Сер.Теология и геофизи-а. - 1996. - Вы п. 5.-С. 128-135.
3. Кочнев А.П. Поля мусковитоносных пегматитов в зонах сдвиговых дислокаций//Сдвиговыс •«тонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых. - М.:Наука, I991.-C.175-180.
4. Старостин В.И. Палсотектоничсские режимы и механизмы формирования структур рудных полей.
- U: Недра, 1988.-256 с.
5. Стоянов С.С. Механизм формирования разрывных зон. - М: Недра, 1977.-144 с.
6. Уткин В.П. Сдвиговые дислокации, магматизм и рудообразование. - М.:Наука, 1989.-166 с.
7. Филатов В.В. Теория и практика геодинамического анализа гравитационного поля (на примере тудных районов Урала): Дис. ... д-ра геол.-минерал.наук. - Свердловск, 1990.-376 с.
8. Шередеко В.А. Гравитационный эффект дилатационного разуплотнения геологических тел при крупномасштабном глубинном картировании (на примере юго-западного Синегсрья - Ханкайский массив): Дис. ... канд.геол.-минерал.наук. - Хабаровск, 1986.-157 с.
