Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Импульсно-очаговые структуры

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Импульсно-очаговые структуры"

и

4 п/

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР

ВСЕООЕВНЫЙ НАУЧНО-ИССЩОВАШЬСНИЙ ПРОЕКИО^ОНСТРУКТОРтИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ШОТИУТ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ГЕ04ИЗИЧЕСКИХ И ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЖФОРМАЦИОННЫХ СИСШ (ВНИИГЕОИНФОРМСИСТЕМ)

На правах рукописи УДК 551.24:553

ПЕТРОВ Анатолий Иванович

ИШЛЬСШиОЧАГОБЫЕ СТРУКТУШ (строение, рудоносность, формирование)

Специальности: 04.00.12 - геофизические метода поисков и

разведки месторождений полезных ископаемых

04.00.14 - геология, поиски и разведка рудных и нерудных полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

г.Москва - 1988

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском геологоразведочном нефтяном институте (ВНИГНИ) министерства геологии СССР.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор А.Н.Ставрогин

Доктор геолого-ыинералогических наук,профессор И.Н.Томсон

Доктор физико-математических наук И.С.Файзуллин

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

геологоразведочннй институт цветных и благородных металлов (ВДИГРИ)

Защита диссертации состоится " " _ 1989 г,

в _часов на заседании специализированного совета

Д.071.10.01 при Всесоюзном научно-исследовательском проект-но-конструкторском и технологическом институте геологических, геофизических и геохимических информационных систем (ШИИГЕ0ШШРЫСЖШ1).

Адрес: 113105, г.Москва, Варшавское шоссе, д.8, конференц-зал.

С диссертацией мошо ознакомиться в библиотеке ВНИИГЕОИНФОРИШСТЕМ.

Автореферат разослан " " _ | 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор геолого-минералогических наук ^

В.С.Лебедев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В современных условиях, когда перед геологической наукой стоят задачи новых фундаментальных разработок, необходимо учитывать, что всякий научный прогресс может быть построен только на глубоком анализе физической сущности процессов.

В диссертационной работе исследуется обширный класс геологических структур: откольные, кольцевые и радиальные разрывные нарушения с разнообразными маркирующими породами; штоки и штокверки; лополиты и лакколиты; трубки взрыва; вулканические постройки; многофазные интрузивные массивы; изометричные вулканические депрессии. Все эти объекты, наряду с индивидуальными особенностями, имеют важные общие морфологические и генетические признаки. По форме они приближаются к шару, эллипсоиду, цилиндру, шаровому и эллипсоидальному сегменту или конусу - принадлежат к центральному классу симметрии. Элементарные структурные формы и простые геологические тела центрального типа тесно связаны друг с другом и образуют устойчивые сочетания среди различных по строению и возрасту геологических образований, т.е. представляют парагенезисы структур. Учитывая эти и другие признаки, автор в 1968 г. предложил указанные геологические объекты выделить в класс "структур центрального типа". В последствии для подчеркивания их генезиса, в отличие ^т сходных по морфологии структурных форм иного неустановленного происхождения, стал также применяться термин "импульснс-очаговые структуры центрального типа".

Актуальность темы. Со структурами центрального типа связаны или адекватны им многие сотни эндогенных месторождений рудных и нерудных полезных ископаемых, основой надежно- ' го прогноза которых в конечном итоге может служить генезис. Формирование структур центрального типа и их рудоносности затрагивает многие взаимосвязанные процессы, протекающие в недрах при тектоно-магматической активизации. Попытки создания модели отдельно взятых процессов вне зависимости друг от друга ранее не позволили положительно решить проблему генезиса этих структур в целом. Поэтому создание теории формиро-

вания, обобщение особенностей и выявление закономерностей строения и рудоносностн данных структур имеет большое научное и народнохозяйственное значение.

Основная цель исследований - разработка по геологическим и геофизическим данным модели взаимосвязанных процессов , фррыирутацюс структуры центрального типа, как основы научного прогноза, поисков и разведки'связанных с ними местороздёний минерального сырья.

Поставленная цель определяет ряд наиболее вагсных задач: I) обобщение геолого-геоф^зических особенностей и выявление закономерностей строения структур центрального типа и ассоциирующихся с ними месторождений; 2) изучение по даннш комплекса методов процессов, ведущих геологических факторов п типовых структурных обстановок, влияющих на строение и рудо* носность, региональное и локальное размещение этих структур 3) теоретическое и геолого-геофизическое обоснование геодинамической модели деформационного и сопутствующих структурой формирующих процессов; 4) апробация разработанной модели процессов на конкретных объектах.

Методика исследований на основе полевых геолого-геофизических наблюдений включала изучение структуры, вещественного состава, петрофизических свойств, геохимии отдельных те ли комплексов центрального типа, а такве деформаций и сопутствующих процессов в породах различных глубинных уровней земной коры, выведенных в настоящее время на дневную поверхность. Для изучения вулканодепрессий Норильского руд ного района и Печенги разработана методика комплексной интерпретации геолого-геофизических данных на основе дешифрирования аэрокосмических материалов. В качестве общего методического подхода в работе принято изучение морфологических и генетических признаков структур центрального типа. При теоретическом обосновании модели структуроформирупцих процессов использованы современные достижения в теории волн напряжения и динамическом воздействии на материалы и процессы, полученные в различных областях науки и1 техники, что потребовало анализа и обобщения отечественных и зарубежных публикаций.

В основу диссертации положены разработки автора, выполненные в 1960-1986 гг. в процессе научных исследований по тематическим планам и договорам (НПО "Рудгеофизика", ПГО "Севзапгеология" и "Аэрогеология"), посвященным комплексному геолого-геофизическому и аэрокосмическому изучение геологического строения, тектоники и металлогении восточной части Балтийского щита, Центрального Казахстана, Средней Азии, Печенгского и Норильского рудных районов.

Научная новйзна. Разработано новое научное направление, заключающееся в обосновании и исследовании импульсно-очаго-вой геодинамической модели процессов: деформаций", фильтр-прессинга и перемещения подвижных фаз; дифференциации и концентрации вещества; образования каналов и камер; других процессов, протекающих под действием волн напряжений.

Установлена валная роль очагс^о-динамического воздействия на геологическую ерзду (наряду с геостатичес^чм давлением) , которое рассматривается с позиция распространения волн напряжения, что позволяет преодолеть многие трудности традиционного объяснения деформаций и соцутствувдах процессов на различных глубинных уровнях литосферы. Источниками шшульсной энергии служат очаги быстрого изменения ограниченного объема хрупких, квазихрупких и пластических пород в связи с их разуплотнением - уплотненней при лавинном развитии деформаций, дегазации, дегидратации, фазовых переходов и т.д. На основе импульсно-очагоаоЯ геодинамической модели процессов обоснованы известные и вновь установлению геолого-гзофазическио особенности и закономерности строения и рудоносности.структур центрального типа.

Основные защищаемые положения: I. Импульсно-очаговая геодинами^эская модель деформационного и сопутствующих процессов, лежащая в основе генезиса определенного класса структур центрального типа.

Разработана новая модель структуроформируицих процессов, основанная на иыпульсно-очаговой геодинамической системе сквозного или поэтажного телескопирования энергии и потока вещества из глубины к поверхности, которая приводит к образовании одно- или многоэтажного вещественно-структурно-

- 4 -

го комплекса центрального типа.

2. Особенности морфологии, строения и рудоносности семи груш структур центрального типа. Вьщелено семь групп структур центрального типа и обобщены вновь установленные

и известные особенности и закономерности их строения и рудоносности, которые объясняется импульсно-очаговой геодинамической моделью процессов в зонах формирования этих групп структур; показано влияние на специфику процессов геотектонических режимов и строения вмещающей среды.

3. Разрывные нарушения откольного типа и контроль ими медно-никелевого,меднопорфирового, полиметаллического и некоторых других типов оруденения.

Откольные разрывные нарушения в качестве самостоятельного морфолого-генетического типа впервые вьщелены автором в 1968 г. Обосновывается их важная роль в локализации интрузивных и гидротермальных пород и связанного с ними оруденения.

4. Особенности методического подхода изучения строения и рудоносности вещественно-структурных комплексов центрального типа на основе их генезиса.

Рекомендуется комплексная интерпретация геологических, геофизических, геохимических и аэрокосмических данных, позволяющая выявлять особенности и закономерности строения и рудоносности структур центрального типа, прогнозировать их размешение и металлогеническую специализацию, наличие к форму рудных тел на глубине.

Практическая значимость работы заключается в выявлении новых и конкретизации известных геолого-геофизических особенностей и закономерностей строения, рудоносности и размещения вещественно-структурных комплексов центрального типа на генетической основе. Установлено важное значение отколь-ных разрывных нарушений в контроле ряда магматических и гидротермальных типов рудных месторождений. Разработаны особенности методического подхода при изучении структур центрального типа, прогнозировании, поисках и разведке связанных с ними рудных месторождений. На примере Печенгского и Норильского рудных районов разработана методика комплексной

интерпретации и переинтерпретации геофизических данных на основе дешифрирования аэрокосмоснимков с учетом петрофизи-ческих свойств для оперативного изучения сложных комплексов центрального типа. Ввделены перспективные участки, переданные в виде отчетных материалов (ВИРГ, 1973, 1978) Мурманской и Норильской КГРЭ.

Результаты исследований автора использованы в отчете "Составление единого методического руководства по применению дистанционных аэро- и космических методов для геологических целей" (пр.Мингео СССР * 285 от 25.06.1976 г.) и в других методических разработках СПГО "Аэрогеология", 1983, 1986), а выявленные при этом перспективные объекты » Центральном Казахстане и в Средней Азии рекомендованы для поисков цветных, редких и других металлов.

Основные полояения диссертации и отдельные ее разделы изложены в докладах на Всесоюзных совещаниях (Ленинград, 1965, 1969, 1971, 1972, 1974, 1976, 1986, Свердловск,1966), Всесоюзной конференции (Ленинград, 1967), Всесоюзном симпозиуме (Петрозаводск, 1978), Научно-технических конференциях и семинарах при НТО "Горнов" (Ленинград, 1963, 1965, 1967, 1974, 1964, 1986 , Алма-Ата, 1977), семинарах при Доме Ученых (Ленинград, 1981), при МОИП совместно с ГИН АН СССР, при Ш АН СССР, при БНИИГЕОИНФОРМСИСТЕМ (Москва, 1988), курсах повышения квалификации при ВСЕГЕИ (Ленинград, 19781986 гг.), совещаниях при НТС Кольской (Апатиты, 1971-1973), Норильской (Норильск, 1977), Балхашской (Балхаш, 1982,1983), Зарафшанской (Самарканд, 1982) ГРЭ.

По теме диссертации опубликовано 32 работы, в том числе монография "Импульсно-очаговые структуры и проблемы их. рудоносности".

Автор приносит благодарность Л.М.Плотникову, Г.Г.Юре-вичу, Н.А.Булину за полезные советы и замечания, А.Н.Хану-каеву и К.И.Огурцову за обсуждение вопросов по теориии волн напряжения и разрушения горных пород взрывом, Д.М.Трофимову за содействие в работе, а также Т.И.Золотаревой и Е.А. Патъровой за помощь в оформлении работы.

Работа объемом машинописных страниц состоит из

введения, четырех глав, заключения, включает 72 иллюстрации, 4 таблицы, список литературы из 341 наименования. В первой главе рассматриваются современные представления о природе землетрясений, их энергия, пространственное размещение и взаимосвязь с вулканизмом. Во второй главе приводятся краткие сведения по теории волн напряжения в твердых телах, рассматриваются деформации и сопутствующие процессы, возникающие под воздействием волн напряжения на моделях и в массивах горных пород при камуфлетных взрывах и землетрясениях. В третьей главе исследуется и обосновывается обобщенная им-пульсно-очаговая геодинамическая модель главнейших процессов, участвующих в формировании структур центрального типа. Четвертая глава посвящена особенностям и закономерностям строения, рудоносности и формирования семи групп структур центрального типа, вьщеленных в составе юс класса. В заключение приводятся вытекающие из построений практические рекомендации по изучению структур центрального типа, прогнозной оценке и поискам связанных с ними месторождений полезных ископаемых.

I. Имташю-ОЧАГОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В ЗЕШОИ КОРЕ и ВЕРХНЕЙ МАНТИИ

В геологической практике в основном исследуются фиксированные процессы и образования, которые в определенных условиях РТ находятся в режиме устойчивости. Не умаляя значения эволюционных процессов, нельзя не отметить, что многие процессы, формирующие вещественно-структурные комплексы земной коры, можно отнести к геостатическим и геодинамическим неустойчивостям. В данной главе показаны масштабы им-пульсно-очагового выделения энергии в областях современного активного развития и взаимосвязь одного из ведущих процессов в развитии Земли - вулканизма с землетрясениями.

1.1. Современные проявления и возможная природа им-пульсно-очаговых источников энергии. В работе под иипульс-но-очаговым источником понимается в широком смысле любое эпизодическое (в виде подземного удара) высвобождение энергии в локальном объеме геологической среды, генерирующее волны напряжения. На современном этапе эволюции Земли им-

пульеное выделение энергии происходит практически постоянно и проявляется на поверхности в виде упругих волн - от едва уловимых сейсмических сигналов до катастрофических землетрясений. Пространственная приуроченность большинства очагов землетрясений к областям активного современного текто-генеза и вулканизма и связь их с определенными типами структур земной коры и верхней мантии указывает на единство причин возбуждения эндогенной энергии. В самых общих чертах такими причинами являются гравитация, тепловой режим Земли и ротационные силы, которые приводят к изменению градиента РТ. Поэтому есть основания считать, что землетрясения, как и вулканизм, свойственны всей геологической истории развития нашей планеты.

По способу образования и связи с геологическими процессами различаются: I) тектонические, 2) вулканические, 3) обвальные, 4) космогенно-взрывные и 5)[ техногенно-взрывные землетрясения. Общепризнанной модели' очага и источника упругих волн первых двух групп землетрясений в настоящее время нет. В качестве очага тектонического землетрясения многие исследователи, вслед за X.Рейдом, рассматривают разрыв сплошности геоматериалов пег плоской площадке. В последние годы Дж.Рейс, В.Н.Николаевский и другие значительную роль в механизме очага землетрясения отводят дилатансии (увеличению пустотности геоматериала при сдвиге). Деформации локализуются в полосы, развитие которых приводит к неустойчивости и завершается образованием магистрального разрыва. Другая группа концепций очага основывается на представлениях о выделении упругой энергии из некоторого напряженного объема: сферы, разделенной двумя плоскостями (Х.Ходн); области по-следущих афтершоков (Х.Беньофф); массы вещества различных геологических структур (Г.П.Горшков); системы взаимодействующих блоков земной коры различных иерархических уровней (М.А.Садовский и В.Ф.Писаренко). Соответственно, сторонники разломной модели очага считают, что энергию излучает плоскость разрыва, сторонники объемной модели - вся область последующих афтершоков или каждая частица деформируемого объема.

В нижней уасти земной коры и в мантии, в связи с уменьшением прочности пород на скол и сбросом напряжений без выхода упругой энергии, землетрясения связываются с неустойчивыми пластическими деформациями, фазовыми переходами вещества и механическим двойникованием, метасоматозом, дегазацией, дегидратацией и гидратацией; имеются гипотезы электромеханического и электрометаморфического происхождения землетрясений, а также естественных атомных реакторов.

Не менее дискуссионна природа землетрясений и дрожания, сопровождающих извержение вулканов. Эксплозивные землетрясения вблизи основания действующего кратера П.И.Токарев связывает с вулканическими взрывами; важная роль также отводится взрывной дегазации пересыщенного летучими расплава, экзотермическим реакциям в магматическом очаге в сочетании с электрическими разрядами. Вулканические землетрясения на глубине 1-10 км и более, по В.М.Зобину, сходны с тектоническими.

Анализ показывает, что для построения обобщенной модели очага импульсного выделения энергии, наряду с традиционными методами исследований, необходимо изучение конкретных геологических объектов, которые ранее могли являться очагами землетрясений и соответствовать их физической модели. Примеры таких объектов различных глубинных уровней земной коры, выведенные в настоящее время на поверхность, рассматриваются в 3.1.

1.2. Энергия землетрясений. Для оценки геологического значения импульсно-очаговых источников важно знать их полную энергию (Еп). Освобожденная энергия в очаге землетрясения расходуется на неупругие деформации, различные минеральные преобразования с выделением или поглощением тепла и другие процессы и лишь частично идет на образование сейсмических волн СЕс), низкочастотные колебания блоков и планеты в целом.

В оценке полной энергии землетрясения обычно исходят из предположения о ее пропорциональности энергии упругих волн, которая зависит от магнитуды. Сложность состоит в определении коэффициента пропорциональности, на величину которого влияет сила землетрясения и геологическая среда. Не-

смотря на различный подход к определению отношения сейсмической и полной энергии различных импульсно-очаговых источников (землетрясений, ядерных взрывов), вариация коэффициентов лишь несколько выше одного порядка (в целом от 0,06 до 0,001). Суммарная за год сейсмическая энергия, по Рихтеру, coci-вляет Ю25 эрг, а с применением других формул Следовательно, Еп при оптимальном коэффициенте 0,01 оценивается соответственно в 10^ и I02® эрг. Суммарная энергия отдельных вулканических взрывов, извержения вулканов, образования трубок взрыва железорудных месторождений, силлов траппов обычно не превышает Еп землетрясений с М = 6-7.

1.3. Пространственное размещение и связь землетрясений и вулканизма. Ежегодно происходит от IB до 22 тысяч земле-, трясений с М = 2 и более, а число молодых плиоцен-четвертичных активных и потухших вулканов превышает 300. Вулканы и землетрясения группируются в зоны, совпадающие с активными континентальными окраинами и островными дугами, срединно-океаническими хребтами, активными внутриконтинентальными поясами, что объясняется с позиций тектоники литосферных плит. Однако при этом возникают затруднения в интерпретации некоторых их особенностей, в частности, несопоставимость выделяющейся сейсмической энергии в срединно-океанических хребтах (около 5%) и островных дугах (около 85%) при почти полном отсутствии землетрясений в океанической литосфере; цепочечное расположение современных вулканов в узкой зоне, редко превышающей по ширине 100 км, над фокальным слоем в месте« его нахождения на глубине 140 + 20 км.

Современный вулканизм обнаруживает пространственно-временную и генетическую связь с землетрясениями. Наблюдается. глобальное, региональное и локальное совпадение их структурных позиций; по времени землетрясения предшествуют, сопровождают и завершают вулканизм. Глубина расположения очагов землетрясений и вулканизм отражают типы и стадийность развития современных геотектонических режимов. Наличие землетрясений, не сопровождающихся вулканизмом, указывает на определенную активность земной коры и мантии, а не на отсутствие связи между этими явлениями. Сейсмичность также может

отражать начальную и заключительную стадии тектоно-магмати-ческой активизации. Кроме того, магма не всегда достигает поверхности.

2. ДЕФОРМАЦИИ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКАХ НАПРЯЖЕНИИ

Глубинные процессы, происходящие'при выделении огромной энергии в очагах землетрясений, изучены слабо, не определены их масштабы и геологическое значение. Особенно важна информация о возможных быстро протекающих процессах, соизмеримых по времени с продолжительностью неустойчивого состояния (возмущения) или аномального изменения напряженного состояния объема геологической среды. Изучение физических признаков землетрясений, сейсмодислокаций и сопутствующих явлений в настоящее время имеет в основном сейсмологическую направленность и не дает исчерпывающего ответа на поставленные вопросы. В данной главе, наряду с разнообразными сейсмо-дислокациями, рассматриваются современные основы теории волн напряжений в твердых телах, экспериментальное исследования на моделях и камуфлетные взрывы в горных породах, отражающие отдельные интересующие нас стороны объектов и происходящие в них процессы.

2.1. Волны напряжений в твердых телах и экспериментальные исследования деформаций. При импульсном нагружении тел возникает сложное напряженное состояние, которое рассматривается с точки зрения распространения волн напряжений и теоретически обосновано в работах Г.Кольского, А.Н.Ханукаева, В.С.Никифоровского, Е.И.Шемякина, Г.Г.Юревича и др.

На некотором удалении от источника возмущения основной поток энергии связан с упругими волнами напряжений:.продольной (сжатия-расширения), поперечной (искажения), частично волнами Рэлея и Лява. При больших возмущениях в среде может образоваться ударная волна, а в случае превышения предела упругости среды - пластическая волна. С удалением от центра возмущения наблюдается последовательная смена волн в связи с изменением их амплитуды и формы: ударная волна распространяется на расстояние до 10-15 И0 (радиус заряда), переходит в волну напряжений, сменяющуюся на удалении 400-600 Б0 сей-

- II -

смической волной? В данной работе термин "волна напряжения" используется в указанном и более широком смысле (быстрого изменения- напряжений в среде).

Важная особенность волн напряжений - отражение их от свободной поверхности и границы раздела сред меньшей плотности по известным законам оптики. С отраженной волной растяжения связано образование разрывов откольного типа. Непосредственно на линии наименьшего сопротивления (ЛНС), соединяющей центр возмущения со свободной поверхностью, при распространении импульса сжатия имеет место отраженный импульс растяжения. Энергия его тем значительней, чем больше разность плотностей сред, и в случае свободной поверхности она, по А.Н.Хачукаеву, примерно равна энергии падающего импульса. Сложное поле напряжений возникает при отражении от двух и более границ блоков в связи о интерференцией волн и дифракцией от угла, а также у обнаженной поверхности и раскрытой трещины, в теле'конической и кубической формы.

Волна напряжений определенных параметров при распространении, в среде вызывает деформации, которые несколько отличаются от процесса разрушения при статическом на^ружении. Например, при кратковременном импульсе деформация в пластических материалах в значительной мере происходит за счет упругих смещений частиц и разрушение имеет форму хрупкого. В жидкой среде волны' напряжения приводят к образованию зон кавитации. Многие важные стороны взаимодействия волн со средой; переход механической энергии в тепловую, влияние на деформационный и другие процессы свойств самой среды и параметров волн напряжения - изучены еще не полностью. Для расчета разрушений в горных породах пользуются величиной смещения частиц относительно первоначального положения, удельной энергией, пиковым ускорением и другими параметрами. Разрушение наступает, если волна вызывает смещение частиц в среде с определенной скоростью, называемой критической (Укр.). Отрыв в скальных породах наблюдается при г^кр = 1,2-1,5м/с. Зная хуКр, можно по известным формулам рассчитать предел прочности пород при отрыве и число радиальных трещин. Принято считать, что скорость распространения трещин в упругой

среде меньше скорости распространения импульса. Однако известны опыты, когда скорость вспарывания разрывов достигает 2 Ср, а скорости их схлопывания - 20 ООО м/с.

По результатам разрушительного действия камуфлетных взрывов в горных породах и эквивалентных материалах построена схема трещин в массиве, ограниченном свободной поверхностью. Взаимодействие волн напряжения со средой порождает многие другие процессы и явления. В практике применяется насыщение стали углеродом, уплотнение металлов и минерального вещества, синтез алмазов и других минералов. На моделях получено понижение плотности материала (эквивалентного каменной соли) вблизи полости взрыва и повышение - в зоне 714 радиусов заряда.

Таким образом, по теоретическим и экспериментальным данным волны напряжения в твердой среде приводят к двум конкурирующим процессам: разрушению (разуплотнению) и упрочению (уплотнению).

2.2. Деформации и сопутствующие явления при сильных взрывах в горных породах. В настоящее время академик М.А.Садовский /1987- г./ обосновал подобие сейсмического эффекта, установлено также подобие некоторых поствзрывных и по.стсей-снических процессов. Волновое поле напряжений и деформационное состояние при сильных взрывах в натурных условиях идентичны установленным на моделях и имеют сходную зависимость. В работе-рассматриваются стадии и размеры разрушительного действия камуфлетного взрыва с целью прогнозирования зон перехода.горных пород в предельное состояние при естественных импульсных источниках энергии. Размеры зон выражаются в метрах через их радиусы Бп - полость взрыва, Бд - зона дробления, Ит - зона трещиноватости. Они зависят от тротилового эквивалента заряда М , кт или его радиуса - В0, глубины заложения заряда Н, м, средней плотности пород^р , кг/мэ, модуля .ударного сжатия А, МПа, скорости распространения продольной волны в породе Ср, м/с. Пределы радиусов зон разрушения составляют Еп = (2-3) Е0, Нд = (5-6) Ер, Ет = (10-12) Е0. Применимость этих формул показана на примере ядерного взрыва "Райниер" и геологических структур (см.30.

Напряжения в массиве ( 6г) при камуфлетном взрыве определяются по обобщенному методу расчета /Покровский Г.И., 1967 г./ с учетом закона подобия, позволяющего на сходственных относительных расстояниях ( 1 ) сравнивать воздействие взрывов различных по весу зарядов и на различных расстояни -ях (Ъ ) . Предполагается, что на небольших расстоя-

ниях от центра взрыва (? = 10-15) тензор напряжений в волне определяется лишь всесторонним давлением. В этом случае применима формула: дг= Р = + К1/-5 + ^ К2/з , где К -

модуль всестороннего^сжатия, связанный с плотностью пород зависимостью + 2а) • На больших расстояниях от ис-

точника взрыва напряжения рассчитываются по формуле

В массивах горных пород при взрывах установлено: изменение расстояния в приповерхностных слоях, геомагнитного поля, температуры, солевого и газового состава водо-газовой системы, свойств пород; образование новых рудных минералов; увеличение притока нефти и газа; фонтанирование скважин и т.п. Многие, из этих явлений наблюдаются и при землетрясениях.

Сопоставление сильных камуфлетных взрывов и землетрясений. Из сопоставления волновых характеристик ввдто, что существующие между ними различия не могут обусловить существенно иное поле напряжений в зоне упругих деформаций. При некоторых ядерных взрывах на Невадском полигоне получено сходство первых вступлений Р-волн с землетрясениями, зарегистрированы 5 -волны. Принципиальная возможность образования поперечных волн и квадратного распределения первых вступлений при взрывах за счет освобождения энергии упругой среды показана В.И.Куликовым [1986 г.] на блоках гранитов в напряженном состоянии.

В работе автором сопоставлена интенсивность сотрясений при ядерном взрыве "Бланка" и Ташкентском землетрясении. За показатель интенсивности при землетрясении выбрана изо-сейста VI баллов, характеризующая образование трещин, при взрывах - контур развития трещиноватости на земной поверх-

ности. По форме они повторяют друг друга, а отношение длинной и короткой осей контуров при землетрясении - 1,38, при взрыве - 1,36, что свидетельствует об идентичности поля волн напряжений,

2.3. Современные и палеосейсмодислокации и сопутствующие явления при землетрясениях. В тектонике и рельефообра-зовании наибольшее значение имеют сейсмотектонические дислокации, захватывающие при катастрофических землетрясениях огромные территории в сотни тысяч кв.км. Остаточные деформации указывают, что медленные движения земной поверхности со скоростью 5-7 мм/год в сейсмоактивных зонах по суммарной величине лишь приближаются к амплитуде смещений (часто противоположного направления) при катастрофических землетрясениях, происходящих через 100-150 лет. Выделение и классификация палеосейсмодислокаций должны базироваться на признаках сейсмогенного или в более широком понятии - импульсного воздействия. С этой целью автор предлагает использовать две группы генетических признаков, основывающихся на особенностях геометрической формы дислокаций (тел, .поверхностей) и типе разрушения. Первая группа признаков вытекает из принципа симметрии П.Кюри. Симметрия волновых полей должна проявляться в симметрии обусловленных ими геометрических форм дислокаций и соответствовать симметрии шара или эллипсоида, цилиндра,шарового и эллипсоидального сегмента или конуса, системе с радиально-лучевой симметрией. Осью симметрии является линия наименьшего сопротивления (ЛНС), обладающая радом важных свойств, которые возможно объясняются ее совпадением с направлением действия силы тяжести. Надежным критерием является парагенезис различных форм, например, отколь-ных и радиально-кольцевых разрывов. Вторая группа признаков учитывает особенности поверхностей разрушения и их сочетание. Вьщеляется два типа поверхностей: I) шероховатые, неровные, многочисленные, прерывистые, коленообразнуе, возникающие под действием радиального или тангенциального растяжения; 2) гладкие,/с зеркалами скольжения, волнистые, протяженные, связанные с деформациями сдвига в волне искажения, пластическим течением, проскальзыванием крыльев. Дкцентиру-

ется внимание на сейсмогенных типах'дислокаций, имеющих важное геологическое и практическое значение.

Откольные разрывные нарушения. Выделены автором в 1968 г. в самостоятельный морфогенетический тип и получили признание среди геологов. Откольные нарушения имеют форму "чаши" или "тарелки" (вогнутая поверхность откола обращена вверх) с симметрией шарового или эллипсовидного сегмента. Они маркируются брекчированныыи,гидротермальными, интрузивными, кластическими породами и вмещают различные типы руд. При картировании и дешифрировании дистанционных материалов откольные разломы часто без учета объемной формы ошибочно отождествляются с разломами кольцевого-цилиндрического типа. Откольные разломы широко распространены среди вулканогенных комплексов (Печенга, Норильск, Волыно-Подолия). В Норильском рудном районе выделены откзльные нарушения, ограничивающие клиновидные просадочные блЬки. Многие современные сейсмодислбкации также имеют признаки откольных нарушений, в том числе сейсмогенные срывы вершин гор и вулканических построек. С позиций откольного. разрушения и с учетой экспериментов на конической моДели обосновывается энергия и направленность вулканических взрывов, образование различных типов палящих лавин, кратеров и т.д.

Конические деформации. Рассматриваются структуры разрушения конус в конус Волыно-Подольской тектонической зоны и других районов. Причиной их образования является ударно-пластическая волна. Автором предложена обобщенная модель образования локальной ударной волны в геологической среде в результате наложения на проходящую волну сжатия дополнительного импульса в нагоняющем режиме. Такой импульс возникает при схлопывании неплотно сжатых трещин и.от углов блоков пород, ограниченных подобными трещинами.

Столбчатые и шаровые отдельностигсферолиты. Широко развиты в магматических, реже осадочных породах. Анализ малых структурных форм позволяет расшифровать особенности формирования волнового поля напряжений в геологических условиях, что ценно для построения физической модели очага.

Явления, сопровождающие землетрясения. Изменение ско-

роста пробега,Р-волн, параметров физических полей, уровня и состава подземных вод, концентрации газов, разжижения грунтов и т.п. при землетрясениях проявляется на площади до 400 км в поперечнике и указывает на широкомасатабность происходящих в недрах процессов. Максимальное отклонение параметров на стадии землетрясения, изменение их знака и быстрое возвращение к фоновым значениям в объеме среды, во много раз превышающем размеры очаговой зоны, обусловлено, по мнение автора, волнами напряжения, поскольку они представляют эффективный способ переноса и рассеивания энергии на значительное расстояние в реальном времени.

3. ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИЙ И СОПУТСЯВУЩИХ ПРОЦЕССОВ ИМПУЛЬСНО-ОЧАГОВОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ Успешность решения проблемы генезиса структур центрального типа зависит от доказательности модели многих взаимосвязанных процессов, происходящих при тектоно-магматической активизации и формирующих эти структуры. Объяснение ряда таких процессов с позиций геостатического давления встречает известные трудности. С другой стороны, рассмотренные вше теоретические и фактические данные указывают на возможность реализации многих структуроформирующих процессов в результате динамического воздействия на горные породы. Исследованию и обоснованию модели деформационного и сопутствующих процессов, энергетика которых обеспечивается функционирующими в недрах импульсно-очаговыми источниками, в основном и посвящена данная глава.

При землетрясении возможно наличие различных по интенсивности и распределению напряжений и процессов, последовательно сменяющих друг друга зон: I) очаговой, 2) ближней к очагу, 3) дальней от очага, 4) вблизи свободной поверхности. Размеры их рассчитываются по приведенным ранее формулам, исходя из подобия деформационного воздействия волн напряжения при взрывах и землетрясениях за пределами очаговой зоны.

3.1. Очаговая зона. Общепризнанной, физически обоснованной модели очага землетрясений нет (см.1.1.). В пределах доступного для непосредственного изучения среза земной коры до глубины 30-40 км можно выделить, несколько геологических

- 17 -

типов тел, соответствующих возможным моделям очага.

Разломная модель очага. Используется большинством исследователей, но трактуется весьма обобщенно, отождествляясь либо с плоскостью магистрального разрыва, либо с разрывами сплошности горных пород в объеме облака афтершо-ков (см.1.1.). Автором на основе многолетних исследований построена модель разломных деформаций различных глубинных уровней земной коры. С возрастанием РТ-параыетров в зоне разлома, представляющей трехмерное объемное тело, хрупкое разрушение путем образования трещин сменяется квазихрупкими деформациями на уровне минеральных зерен, а затем - пластическим течением с перекристаллизацией. Образуются новые устойчивые внутриразломные минеральные ассоциации со своеобразными текстурами и петрофизическими свойствами, соответствующие определенным интервалам глубин (в зависимости от геотектонического и флюидного режима, физических констант исходных пород).

В разломах преобладает тенденция разуплотнения: при хрупком разрушении за счет увеличения пустотности и образования цемента из глинистых и других минералов плотность уменьшается на 0,1-0,4 г/см3, реже - более по субстрату кристаллических пород; при квазихрупком разрушении за счет катаклаза и милонитизации - на 0,1-0,3 г/см3; на такую же . и несколько меньшую величину уменьшается плотность при реализации разломов в пластических породах за счет новых пара-генезисов минералов. Реже наблюдается увеличение минералогической плотности внутриразломных пород по сравнению с исходным субстратом: при диафторезе (низкотемпературная альбити-зация, хлоритизация, эпидотизация) - на 0,02-0,03 г/см3;при амфиболитизации и эклогитизации - на 0,1-0,25 г/см3. Следовательно, при крипово-импульсном и импульсном развитии разломов в земной коре объемные изменения внутриразломных пород, независимо от характера процессов (дилатансия в хрупких породах, образование нового минерального парагенезиса, дегазация и т.д.), производят в упругой геологической среде эффект взрыва. Генерируемые при этом волны напряжения уплотняют окружающую среду - компенсируют увеличение объема в зо-

не разлома и приводят к резкому снятию напряжений, что подтверждается геологическими данными.

В земной коре преобладают зоны разломов сколового типа с квадрантным чередованием в крыльях р>( по простиранию смести-теля и по обе стороны от него) участков сжатия и разряжения, подобно распределению на земной поверхности при некоторых землетрясениях первых вступлений продольных волн сжатия и разряжения.

Объемная изометрическая модель очаговой зоны. Около 20% землетрясений не отвечает сдвиговой модели и указывает на объемные изменения в очаге (расширение) или их комбинацию со сдвигами [Широкова Е.И., 1985 г.] . Последней, как и модели Х.Ходна, во многом соответствует антиклинальная складка с диагональными сериями сколов. Возможной моделью очага расширения являются изометричные тела штоков и штокверков с концентрически-зональным строением, размерами в поперечном сечении до 4 км^, реже более. Штокверки представляют объемные трещинные системы, выполненные кварцем и другими породообразующими и рудными минералами; зональность выражается сменой степени и характера деформаций, гидротермальных пород и оруденения. Штоки в основном сложены гранитоидами и диоритами; зональность подчеркивается на разных глубинных уровнях мигматизацией, гидротермально-метасоматическими изменениями, радиально-сферическими тре-щино-жильными системами, катаклазом, текстурными особенностями.

Строение штоков и штокверков указывает на применимость к ним схемы диффузионно-дилатансионного развития очага: I) поступление гидротермальных растворов или метасомы в область концентрации напряжений вызывает увеличение дилатан-сии и понижение порового давления; 2) возрастание в связи с этим притока флюидов из окружающего пространства приводит к перераспределению напряжений в значительном объеме среды и проявлению форЬоков; 3) насыщение системы подвижными фазами в конечном итоге повышает поровое давление и обособляет главный очаг потери устойчивости среды. В зависимости от геологических' условий процессы в очаговой зоне видоизменя-

ются. Появление метасомы при высоких РТ способствует плавлению, текучести горных пород и дилатации - образуются штоки;

в хрупких й квазихрупких породах при поступлении рудоносных растворов в зону дилатансии образуются штокверки. При потери устойчивости в очаге происходит лавинное расширение и генерируется волна сжатия (аналогично разломной модели очага), которая приводит к уплотнению вмещающей среды и к сбрасыванию напряжений в очагрвой зоне. На резкий спад давления в. очаге указывает рудное вещество в виде пыли и вкрапленности без признаков зональности, становление "минеральных парагенезисов при пониженном давлении до 3,5 кбар по сравнению с вмещающей средой.

Плотность пород штоков отличается от плотности исходного субстрата, что позволяет оценить энергию уплотнения-разуплотнения. В работе выполнен расчет для штока гранитов диаметром 108 м при средней плотности J3 =2,6 r/сь?, образованного за счет гнейсов с = 2,7 и 2,76 г/см3; получены значения энергии разуплотнения Е = Х;62 • 10*^ эрг и 8 -10^ эрг. При расчете использована константа структурной рыхлости минералов и эмпирическая зависимость теплоты образования от •сжатия. С целью контроля выполнен расчет, использующий коэффициент сжимаемости ( fr ) горных пород, и получены близкие значения энергии. Допуская, что энергия структурного разуплотнения в объеме штока по порядку величины приближается к полной энергии, проверяется правомерность эмпирической зависимости радиуса штока (Ищу) от радиуса тротилового эквива- -лента рассчитанной энергии. Е^ = 54 м идентифицируется с радиусом полости взрыва и зоны плавления (Rn); вычисленное значение Ид при Е = 1,62 . 10^ эрг составляет 50-54 м.

.Таким образом, штоки и штокверки в энергетическом аспекте, по особенностям строения и возможному механизму образования и энергетике соответствуют модели очага с объемными изменениями. Физическая сущность рассмотренных разломной и изометрической моделей очага землетрясения едина и состоит в вещественно-структурном преобразовании горных пород, способном привести к быстрому изменению объема среды,генерации волн напряжений. В этом аспекте некоторая адекват-

ность землетрясений и взрывов объясняется объемным эффектом.

3.2. Ближняя к очагу зона. Характеризуется интенсивным полем напряжений. При оценке масштаба деформаций следует учитывать, что разрыв сплошности горных пород под действием напряжений растяжения в волне может произойти при условии превышения геостатического сжатия. По приведенной выше формуле (с.2.2.) из предположения, что Еп = Ю^7 эрг выделяется на глубине 50 км значение 6г- 17 кбар на расстоянии 10 R0 ( Z = 10), которое превышает литостатическое давление (Р^15 кбар), т.е. в данных условиях правомерен сходный деформационный процесс в том же масштабе, что и на небольшой глубине.

Характерная особенность ближней зоны - диссипация энергии волн напряжений как причина разогрева и формирования высокоградиентного температурного поля. Это подтверждается известным на многих штокверковых месторождениях Казахстана нарушением центробежной смены метаморфической зональности и другими данными. Низкотемпературные парагенезисы минералов образуют центральную зону штокверков и окаймляются более высокотемпературными парагенезисами ближней зоны, которые затем постепенно переходят в минеральные ассоциации вмещающей среды. Исходя из теплоемкости, для разогрева горных пород в объеме шара диаметром 5 км при начальной Т = Ю0°С, конечной Т = 400°С необходимо 3,8 I024 эрг. Следовательно, для образования метаморфической зональности крупного меднопорфирового штокверка достаточно землетрясения с меньшей на порядок сейсмической энергией, при условии диссипации 50%,выделенной в очаге энергии. Особенности термодинамики ближней зоны служат критериями ее распознавания и позволяют обосновать происходящие в ней процессы, главнейшие из которых рассмотрены ниже.

Разрывы растяжения и смещения по ним. В условиях лито-статического давления возможность образования разрывов данного типа, как показали исследования Е.Орована, А.А.Пэка и других, исчерпывается на самых первых километрах. Фактически же они наблюдаются во всем разрезе земной коры и выполнены магматическими и гидротермальными породами. Волны на-

пряжения представляют единственный (из известных) механизм воздействия на геологическую среду, способный вызвать разрывы сплошности в пластических породах и даже в расплаве. При достижении в волне критической скорости или 6Z , превышающих геостатическое сжатие и предел прочности пород на растяжение, образуются радиальные и сферические трещины отрыва. Для вспарывания уже существующих разломов земной коры в волне достаточно напряжений, превосходящих боковое сжатие, а размеры активизированного участка ( L ) определяются отношением скорости прохождения волны с эффективной амплитудой к скорости вспарывания разрыва. Ориентировочно L = (400-500) R0. Для сравнения: при Ес = 10^ эрг (Ед = Ю^7 эрг), L = 600-750 км; при Аляскинском землетрясении (Ес = Ю25'55 эрг) активизированная вдоль желоба часть разлома составила 700км.

При давлении 5 кбар и температуре 400°С, по данным Е. Орована, сухое трение в породах в 2 раза превышает прочность пород и смещение по разрыву невозможно иначе, как путем ка-такластического течения. С позиции динамического воздействия в момент отрыва берега трещин не контактируют и смещение крыльев происходит под действием тектонических сил в отсутствии трения - как бы перекатывается, параллельно.с образованием или вспарыванием разлома, на эффективном гребне волны напряжения. При оптимальной скорости распространения отрыва 3-3,5 км/с время образования смещения в 15 м (йакси-мальная амплитуда при Аляскинском землетрясении) составляет 0,05 с. Предложенный автором механизм перемещения по разлому объясняет изменение направления и амплитуды смещения крыльев по единому магистральному разрыву.

Фильтрпрессинг подвижных фаз и дифференциация вещества. Предложенная автором концепция фильтрпрессинга подвижных фаз основывается на огромном перепаде давления в двух взаш-ноперпеидикулярных направлениях под действием волн напряжения. Особенности процесса рассматриваются на примере бескорневых жил гранитов La situ , широко развитых в ультра-метагенном комплексе.

Жедкая и газообразная подвижные фазы в слоях частичного плавления аномальной земной коры и мантии содержатся, по

различным оценкам исследователей, в количестве 1-6%, реже до 10% в виде пузырьков, капель и пленок. Необходимым условием первичной их эмиграции является разрушение твердого минерального каркаса и создание зон - полостей пониженного давления. На первой стадии в волне сжатия происходит фильтр-прессинг," в т.ч. по способу микрогидроразрыва, и эмиграция флюидов в радиальные отрывы - полости; на второй стадии в волне разгрузки возможен дополнительный фильтрпрессинг, эмиграция и частичное перераспределение флюидов в сферические отрывы. Процесс является многоактным, на что указывают десятки и сотни тысяч землетрясений, предваряющих извержение. В результате объединения радиальных и сферических разрывов формируется первичная дайково-камерная магматическая (или иная) система, которая, по геофизическим данным, наблюдается в областях современного вулканизма. На возможность крупномасштабного фильтрпрессинга указывает наличие в земной коре и верхней мантии нескольких глубинных уровней высокой сейсмичности, по отношению к которым слои частичного плавления находятся в условиях ближней зоны. Фильтрпрессинг также возможен в верхней части земной коры, в частности, при эмиграции углеводородов из материнских пород.

Динамическое воздействие волн напряжения приводит также к дифференциации вещества в твердом состоянии. Любое изменение напряжения фиксируется в сжатии или расширении кристаллической решетки минералов с извлечением или вовлечением элементов (в зависимости от структурной рыхлости),в том числе изоморфных рудных примесей. Мобилизация и концентрация рудных элементов связаны с их подвижностью в системе и поведением щелочных элементов. В целом в поле волн напряжений возможны реакции: I) с накоплением компонентов -образованием месторождений на месте и 2) с удалением, рассеиванием или образованием месторождений за пределами ближней зоны.

Перемещение подвижных фаз и структурные формы каналов. Внедрение1 и перемещение подвижных фаз обычно принимается альтернативно: не находит объяснения причина высокой механической активности'магмы. С позиций разрабатываемой модели

-23 -

фкльтрпрессинг и эмиграция подвижных фаз с образованием системы первичных камер представляет начальную стадию процесса. Дальнейшее развитие системы происходит под влиянием внешнего динамического воздействия и внутренних процессов. Первое складывается из приращения давления со стороны стенок камеры под действием упругих деформаций, возвращающих систему после прохождения волны сжатия в исходное положение. Оно пропорционально увеличению протяженности камеры, плотности подвижной фазы, квадрату скорости и взаимного смещения жидкой я твердой формаций и обратно пропорционально среднему диаметру камеры. Внутрнкамернши процессами, влияющими на динамическую активность подвижных фаз, является их расширение, дегазация или ретроградное кипение, при котором увеличение объема газовой фазы до 1% может привести к взрыву самой системы* Такие условия возникают в результате резкого снятия давления при увеличении объема камеры под действием волн напряжения и перемещении подвижных фаз в зону более низкого давления. Выделение летучих в растущей вершине плоской камеры может привести к периодическому развитию взрывного процесса, аналогичному вулканическому дрожанию.

Основные проводники подвижных фаз из глубины к поверхности - каналы дайковой формы. Они образуются путем разрастания вершины радиальных первичных камер ближней к очагу зоны под воздействием рассмотренных выше факторов и устойчивы в поде силы тяжести. Трубчатые каналы, диаметром в десятки и первые сотни метров,наблвдаится на приповерхностном уровне. В этих условиях при взрывных процессах, сопровождающих продвижение подвижных фаз, они являются энергетически более выгодными и надстраивают дайковые каналы или очаговые зоны. В вулканах с хорошо выраженной конической постройкой они могут образовываться по типу стержневых зон растяжения в результате фокусирования отраженных от конической поверхности волн разряжения. Продвижение подвижных фаз по каналу представляет сложный, слабо изученный процесс. В случае приоткрывания каналов волной напряжения скорость выброса продуктов вулканизма из кратера может достигать 200 м/с и более.

3.3. Дальняя от очага зона. С удалением от очага энергия волн напряжений поглащается и рассеивается, затухают процессы. Расстояние эффективного воздействия волн при землетрясении оценивается в 150 й0 и при Еп = Ю27 эрг, Н0 = 1,3 км, может достигать 230 км. На большем удалении (до 400+600 110) от очага заметные деформации возможны в связи с отражением, интерференцией, дифракцией волн напряжения. Дальняя от очага зона служит проводником подвижных фаз из ближней зоны в область литостатического давления, аккумулятором фаз, утративших динамическую активность.

Особенности внедрения и застревания магматических расплавов в пластических породах анализируются на примере малых интрузий ультраосновного-основного ряда северо-запада Кольского полуостроваЛрсисхождение друзитовых и овоидальных структур, амфиболитовых оторочек малых тел рассматривается как результат двух последовательных стадий минералообразо-вания в системе: быстрая кристаллизация расплава до температуры 'окружающей среды и последовательное образование каемок минералов в соответствии с медленным изменением условий РТ в системе и среде. Групповое расположение линзовидных тел указывает на перемещение расплава из ближней зоны по обособленным каналам, а наличие небольших изометрических тел среди сильно дислоцированных пород - на притупление и прекращение роста в пластических породах вершины дайковых каналов и нагнетание в них магмы. Высокая степень дифференциации малых тел, преобладание медно-никелевых руд над материнскими улбтраосновными породами (Аллареченское месторождение) свидетельствуют о поступлении подвижных фаз в дальнюю зону в виде дифференциатов. Скопление малых тел различного состава, образованных во время нахождения пород на разных глубинных уровнях, отражает длительное функционирование некоторых импульсно-очаговых энергетических систем.

3.4. Зона вблизи свободной поверхности. Охватывает приповерхностную-гипабиссальную часть земной коры и вмещает многие месторождения, генетически связанные с импульсно-очаговыми структурами. Пространственно она часто совладает с дальней от очага, ближней к очагу и даже очаговой зонами

«в зависимости от глубины и величины энергии в источнике; соответственно в ней правомерны характерные для этих зон процессы. Особенностью деформационного процесса данной зоны является образование откольных, радиальных и кольцевых разломов в результате взаимодействия волн напряжения со свободной поверхностью, даже при значительном удалении ее от очага, как показывают расчеты. Допуская, что источник с Еп = ТО27 эрг находился на глубине 50 км по формуле1 (см.2.2) для условий Хибинского массива, напряжение растяжения в отраженной волне от свободной поверхности ¿>г = 1350 кг/см2 -это значительно превышает прочность горных пород при растяжении (200-300 кг/см2). Для определения глубины распространения откольных деформаций использован анализ в обобщенных параметрах; получены оптимальные значения - 1,5-3,6 км. В геологической среде возможны многократные откольные разрушения. Показана зависимость их геометрии от геологического строения и характера свободной поверхности, варианты сочетания с радиальными и кольцевыми разломами. В определенных условиях возможно дробление откола, вздутие кровли откольно-го разлома, образование воронки выброса и развитой откольно-радиально-кольцевой системы.

При геологических построениях важно знать мощность ( К ) откола или соответствующих ему по форме интрузивных и гидротермальных тел, а также глубину (Н) расположения очага. Обоснованы схема и формулы расчета;

тг . ¿ЫМ = Ж- ■ И. = 7Г#Цз ( 1 -

где оЬ - средний диаметр откола или геологического тела в плоскости среза, перпендикулярной оси симметрии, сС - средний угол падения откольного разлома или контакта тела в плоскости среза (граничные условия 0 -СоС<^).

В-работе с учетом процессов, происходящих в данной зоне, рассмотрены следующие актуальные проблемы.

Проблема пространства камер.ч А.А.Пэк. С.А.Федотов и другие показали, что для образования камер требуется огром-н&л динамическая активность магмы, которой она не обладает. С позиций импульсно-волновой концепции вблизи свободной по-

верхности параллельно развиваются процессы уплотнения ^уменьшение пустотности) и разуплотнения (образование от-кольных, радиальных и кольцевых.разрывов). Зоны разуплотнения используются в качестве камер при внедрении подвижных фаз. В зависимости от геологических условий и доли участия волн растяжения или сжатия в высвобождении дополнительного пространства различаются обстановки: I) пассивного выполнения разломных зон (полостей), образующихся параллельно с поступлением подвижных фаз, 2) приоткрывание ранее образованных зон разуплотнения волнами напряжения при поступлении магм*и растворов, 3)-дополнительное уплотнение вмещающей среды волнами сжатия, генерируемыми в камере при активном нагнетании в нее избыточного объема подвижных фаз. Все эти обстановки по-разному проявляются в строении и рудоносности внутрикамерных тел и во вмещающих породах.

Внутрикамерная дифференциация. Ритмичная расслоенность, псевдостратификация - особенность многих интрузий. Она является завершением последовательного процесса разделения компонентов при фильтрпрессинге, в системе первичных камер и подводящих каналов. Для объяснения внутрикамерной дифференциации привлекаются различные механизмы, не всегда приемлемые к геологическим условиям. В работе, "опираясь на экспериментальные и геологические данные, на примере Хибинского, Ловозерского и др. массивов показана роль волн напряжения как термодинамического фактора разделения и накопления компонентов внутри'камеры при последовательном поступлении в нее глубинных дифференциатов.

Возможны два механизма образования зон пространственно-временной однородности термодинамических условий, соответствующих разнопорядковым ритмам расслоенности: I) возникновение в камере серир стоячих волн напряжений различной частоты и амплитуды, которые в сочетании с направленной зоной кристаллизации приводят к разделению и накоплению компонентов в зависимости от их структурной рыхлости и подвижности; 2) возникновение в кристаллизующейся системе гон аномального разряжения и кавитации в поле отраженной волны напряжения от освобожденной поверхности, стенок камер и других

- 27 -

границ (по типу образования откольных разломов) и под их влиянием перераспределение компонентов или выпадение из системы и кристаллизация определенных ассоциаций минералов. Волновой механизм дифференциации вещества на всех уровнях развития импульсно-очаговой геодинамической системы вносит существенные корректуры в понимание рудогенеза и прогнозирование.

Импульсно-очаговая.геодинамическая модель охватывает все главнейшие процессы, участвующие в формировании структур центрального типа (см.таблицу). Она теоретически обоснована расчетами и базируется на экспериментальных и промышленных взрывах в массивах горных пород, геологических; вулканологических, сейсмологических данных. Построения выполнены для условий разуплотнения в очаговой зоне, но-они принципиально не должны отличаться от модели уплотнения в очаге, т.к. волна сжатия сопровождается образованием волны разряжения, и наоборот.

4. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, РУДОНОСНОСТИ И ФОРМИРОВАНИЯ ' ИМПУЛЬШО-ОЧАГОВЫХ СТРУКТУР ЦЕНТРАЛЬНОГО ТИПА

Выявление, обобщение и научное обоснование особенностей и закономерностей строения и рудоносности вещественно-структурных комплексов центрального типа призваны способствовать повышению эффективности прогноза, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Для достижения этой цели в качестве методического подхода используется обоснованная выше импульсно-очаговая геодинамическая модель процессов, происходящих в недрах и формирующих структуры данного класса.

4.1. Общие понятия, состояние проблемы, распространение и группы структур центрального типа. Благодаря трудам М.М.Василевского, О.Б.Гинтова, В.К.Денисенко, П.Ф.Иванкина, А.И.Кривцова, П.Н.Кропоткина, В.А.Невского, Д.Н.Рундквиста, Е.В.Свешниковой, В.В.Соловьева', И.Н.Тсдасона, М.А.Фаворской, А.А.Фролова, В.Е.Хэхина и многих другие геологов, достигнуты большие успехи в изучении строения и рудоносности вещественно-структурных комплексов, рассматриваемых автором в составе класса структур центрального Типа.

- 28 -

Таблица

вулканизм свободная поверхность напряжения в волне

Зона вблизи свободной поверхности 3-5 км разуплотнение застревание подвиж-| них фаз дегазация дайковые каналы трубчатые каналы 1 кавитация 1 радиальные и кольцевые разрывы растяжение 6у и 66

внутрикамерная дифференциация, ритмичная рас-слоенность растяжение 6Г отраженной ВОЛ" ны

откольные разрывы

Дальняя от очага зона а? 1 о 8 Ь-1 уплощение частичный фильтрпрессинг застревание подвижных фаз и кристаллизация при повышенных РТ подъем подвижных фаз и дифференциация в каналах 1 о активизация существующих разрывов сжатие 6Г , растяжение ¿1»

а и 0 * 1

Ближняя к очагу-зона О? /—ч я I о •—' уплотнение • разогрев Гфильтрпрессинг, разделение компонентов миграция подвижных фаз система плоских камер радиальные разрывы дайковые каналы внутренние процессы (дегазация, кавитация и др.) внешнее механическое воздействие избыточное давление в системе камер сжатие ¿г - растяжение <Эу

сферические разрывы растяжение ¿г в волне разряжения

трубчатые каналы

Очаговая зона о а. сч о (Ч дробление, катаклаз, пластиче- сжатие 6Г И 6у

ское течение; разогрев

разуплотнение (дилатансия) (подчиненное уплотнение) хрупкое, квазихрупкое, пластическое разрушение, дегазация, гидратация, 'дегидратация фазовые переходы генерация волн напряжения и ударных волн

'Типы тел: разломы, блоки, складки, штокверки штоки и др.

Образование структур центрального типа происходило на протяжении всей геологической истории развития Земли и продолжается в настоящее время. На примере Балтийского щита показана их распространенность, эволюция в разрезе земной коры и в процессе смены тектонических режимов, роль в контроле разнообразных месторождений.

В составе класса структур центрального типа по особенностям морфологии, строения, рудоносности, зональному положению в импульсно-очаговой геодинамической системе выделены следующие их группы: I) штоки и штокверки изометричной формы; 2) откольные, кольцевые и радиальные разломы и соответствующие по форме силлы, дайки, гидротермальные тела; 3) вулканические постройки; 4) трубообразные структуры; 5) ло-политы и лакколиты; 6) магматические многофазные комплексы; 7) вулканические изометрические депрессии. При выделении групп структур учитывалась также важность некоторых структурных форм и сложившиеся традиции.

4.2. Штоки и штокверки. В составе данной группы рассматриваются только те из них, которые близки по форме к изометричным, имеют концентрически - зональное строение с постепенными переходами и образовались 1п ¿ии , а также штокообразные внедренные малые интрузии с резкими зонами ороговикования и закалки.

Со штокверками данного типа (Коунрад, Шерлова гора, Верхн.Кайракты) связаны многие сотни меднопорфировых, медно-молибденовых, вольфрамовых месторождений, сформировавшихся на глубине от 0,5-1 до 5 км в условиях локального высокоградиентного температурного режима. Главнейшая их закономерность - рудная зональность в границах отдельных рудных полей, месторождений и рудных провинций известна по работам А.И.Кривцова, Д.В.Рундквиста и других. Последовательный центростремительный ряд рудных элементов медно-молибденовых, вольфрам-сурмяно-ртутных и других штокверков отражает, по мнению автора, возрастание структурной рыхлости как самих элементов, так и их основных минералов-носителей; иногда в центре штокверков появляются парагенезисы, указывающие на разуплотнение. Минеральная зональность в целом соответству-

ет термодинамическим условиям очаговой и ближней к очагу зон (см.ЗЛ. ;3.2.).

Развитие импульсно-очаговой системы в условиях релдша тектоно-магматической активизации объясняет локальные и региональные особенности строения и размещения штокверков: изометрическую форму тел; сочетание вкрапленных и жильных типов руд; взаимосвязь разнообразных структурных и магматических факторов контроля; положение в пределах вулкано-тек-тонических депрессий, приуроченных к консолидированным (с последующей активизацией) блокам земной коры с сокращенной мощностью гранитного слоя и коры в целом; расположение большинства месторождений с возрастом 80-500 млн.лет в планетарных поясах мантийного заложения, совпадающих с поясами новейшей активности, высокой сейсмичности и проявления вулканизма; соответствующие им особенности геофизических полей.

Фильтрпрессингорая модель формирования поэлементно-дифференцированной колонны глубинных рудоносных растворов и диффузионно-дилатансионная модель флюидосбора и локализации порово-трещинных растворов гипабиссальной зоны учитывают различные возможные источники рудного вещества (малые интрузии, глубинные рудоносные растворы, вмещающие породы). С учетом конкретных обстановок кардинально решается вопрос образования трещиноватости в объеме штокверка. Обосновывается стадийная дилатансионная модель формирования первичной трещиноватости с участием (коунрадский тип) и без участия (караобинский тип) интрузий. Важная роль в развитии трещиноватости и дробления отводится волнам напряжения при потере устойчивости в центральной зоне штокверка.

В обобщенном виде, применительно к наиболее распространенным месторождениям типа Коунрад, Агарак, Гендерсон, формирование штокверк®происходит по следующей схеме: I) последовательный фильтрпрессинг и перемещение из глубинного очага к поверхности остаточных расплавов и дифференцированной колонны рудоносных флюидов под действием волн напряже-, ний; 2) раскрытие -и образование зон трещиноватости и дробления волнгнгшряжения при достижении гипозоны вершиной подводящего канала; 3) дилатансионное развитие (в пульсацион- .

- 31 -

ном режиме) и насыщение зоны трещиноватости во внутренней части постмагматическими (могут отсутствовать) и глубинными рудоносными растворами, во внешней - трещинно-поровыми растворами гипозоны,. формирование первичной рудной (раннего рассеянновкрапленного и угнетенного жильного типов руд) и метаморфической минеральной зональности; 4) потеря устойчивости "массива" трещиноватости й импульсное выделение энергии - образование концентрически-зонального поля РТ и основной массы пылевидно-вкрапленных руд; 5) перераспределение в зональном поле ТР (в пульсационном режиме на фоне релаксации напряжений) минеральных компонентов, формирование вторичной метаморфической зональности, прожилково-вкрапленных и жильных руд поздней стадии.

Изложенное показывает возможность положительного решения проблемы штокверков и ассоциирующихсяними штоков»при рассмотрении данной группы структур в качестве образований очаговой и ближней к очагу зон с вытекающими практическими последствиями.

4.3. Откольные. кольцевые и радиальные разломы, дайки и гидротермальные тела. Данная группа объединяет структуры центрального типа простой морфологии, на примере которых легче проследить происхождение деформаций и причины локализации подвижных фаз. Эти структуры пространственно и генетически связаны между собой и нередко образуют комплексы-системы, имеющие практическое и прикладное значение. Рекомендуется по наблюдениям на земной поверхности различать: Г) собственно кольцевые (субцилиндрические) разломы и дайки с вертикальным и крутым, выдержанным по контуру падением и 2) откольные - с центриклинальным, изменчивым по контуру и б разрезе (от крутого до полного) падением. Распространение, последовательность (радиальные, кольцевые) и степень развития данных структурных форм зависят от тектонического режима и консолидации пород рйзреза, влияющих на рассеивание энергии волн и деформационный процесс. На примере Норильского рудного района показаны закономерности строения и формирования силлов и субпластовых интрузий: изменение их мощности и протяженности в зависимости от глубины образова-

- 32 -

ния; расположение в виде двух ярусов различной глубинности; направленная миграция ярусов вверх по разрезу по мере накопления осадочно-вулканогенных толщ (изменения положения свободной поверхности и свойств среды). Эти закономерности, особенности внедрения магмы и образования пространства камер получают теоретическое обоснование в аспекте откольной модели деформационного процесса. Откольные разрывные нарушения, часто маркируемые силлами и гидротермальными породами, имеют важное значение в локализации целого ряда рудных месторождений. Эта особенность иллюстрируется медно-никеле-выми месторождениями Норильского и Печенгского рудных районов. В Талнахском рудном узле к крупному откольному разлому приурочена главная рудоносная интрузия. По периферии интрузии развиты брекчии и метасоматиты, представляющие приповерхностные очаги взрыва флюидов, скопившихся в местах ее выклинивания, на что указывает наличие над измененными породами просадочных клиновидных структур (отколов), ограниченных локальными откольными разломами. В Печенгском районе откольные нарушения вмещают "пласты" брекчиевых и массивных "отщепленных" руд. Известны многочисленные гидротермальные месторождения, контролируемые пологими разломами и зонами трещиноватости, соответствующими по всем признакам и параметрам откольным деформациям. К их числу принадлежат урановые месторождения кальдерного типа, полиметаллические месторождения атасуйского типа. Структуры некоторых рудных полей соответствуют модели многократного откольного разрушения (рудное поле Лебединское и др.) или представляют сочетание откольных разломов и трубообразных зон дробления (месторождение Речк). Наблюдается сходство меднопорфировых месторождений типа Актогай и Алмалыкского рудного узла со структурой полностью или частично разрушенного откола, которые могли образовываться по типу просадочных структур Тал-нахского рудного узла по кольцу над периферическим выклиниванием более крупного откольного разлома или выполняющей его интрузии.

Строение и соотношение с вмещающими породами простых структурных форм центрального типа указывают на их обуслов-

ленность зонами разряжения (разуплотнения) на фоне относительного сжатия (уплотнения) вмещающих пород. Пространственное сочетание таких форм в виде откольно-радиально-кольце-вых комплексов могло образоваться только в сложном поле напряжений (падающей, отраженной и поверхностной волн), возникающем под влиянием свободной поверхности.

4.4. Вулканические постройки центрального типа. Страто-вулканы, щитовые и иные вулканические постройки формируются под непосредственным влиянием свободной поверхности - самого верхнего звена импульсно-очаговой модели. Пространственное размещение и связь современного вулканизма и землетрясений рассмотрены выше (см.1.1,1,3.). Результаты изучения молодых и современных вулканов А.Н.Сириным, Ю.Н.Масуренко-вым, В.С.Шеймовичем и другими существенно изменили традиционные представления о конических постройках. Основу их составляет разветвленная дайково-силловая система, инъецированная в фундамент и продукты ранних извержений. Жерловые тела имеют подчиненное значение; их высокая автономия отражает генетическую сущность - обусловленность стержневыми зонами растяжения в фокусе отраженных волн от конической поверхности постройки. В связи с образованием мощного дайко-во-силлового панцыря, площадью 100 км^ и более, наблюдается смещение подводящей системы ("шагание" вулканов).

Детальные геолого-геофизические исследования автора в Печенгской, Норильской, Хараелахской вулканодепрессиях показывают, что палеовулканические постройки имеют не менее сложное строение. В вулканах, сложенных основными породами, шире развиты силлы, чем крутопадающая дайковая серия.Гидротермальные породы с рудной минерализацией в постройках приурочены к откольным и радиальным разломам и узлам их пересечения. Важным элементом строения и структурного контроля оруденения в них считаются кальдеры проседания. А.Н.Сирин на примере вулкана Плоского показал несостоятельность концепции образования кальдеры проседания в связи с опустошением промежуточной камеры. Имеющиеся данные свидетельствуют о подобии кальдер просадочного типа отколам, опущенным по ограничивающим их откольным разломам, аналогично клиновид-

- 34 -

нш просадочным блоках Талнахского рудного узла.

В формировании вулканов наглядно отражена движущая им-пудьсно-энергетическая сторона многих эндогенных процессов. Кратковременное бурное выделение механической анергии с более продолжительными периодами затшья в течение десятков тысяч лет приводит к образованию вулканической постройки диаметром 50 км и более и высотой 5 км, соизмеримой, например, с Хибинсйш массивом. Особую роль энергетического барьера играет свободная поверхность: отражает энергию в виде волн в недра, аккумулирует в положительных формах рельефа и лишь частично рассеивает в свободное пространство.

4.5. Трубчатые структуры. Образуют обособленные тела или входят в состав комплексов центрального типа. Большинство геологов признает эксплозивную концепцию формирования трубчатых структур, однако условия возникновения и протека*-ния'взрывного процесса изучены слабо.

Трубообразные тела на субвулканическом уровне надстраивают дайки; штоки, штокверки, но в редких случаях достигают поверхности. На спад динамической активности подвижных фаз в основном влияет повышенная трещиноватость с неплотно сжатыми стенками (пустотность), способствующая'дегазации, взрыву и при ограниченной подпитке системы - приостановке роста трубок. Хорошая изученность кимберлитовых (Айхал,Мир), железорудных (Коршуновская) и др. трубок позволяет реконструировать их формирование'. В околотрубной збне на участке перехода от дайки к диатреме разрушения идентичны наблюдаемым вблизи камеры удлиненного камуфлетного взрыва. Над корневой частью образуется, трубчатая зона дробления, дающая начало диатреце. Последняя состоит из двух типов чередующихся секций, отличающихся по внутреннему и околотрубному строению, которые можно интерпретировать как секции: I) взрыва и 2) быстрого подъема подвижных фаз в ближней зоне. Конусность диатремы (около 16°) обусловлена уменьшением литостатического давления и прочности пород. Раструб с конусностью 40-140°, венчающий диатрему, соответствует секции взрывного типа с-наложением на откольные разрушения; сочетание эксплозивных и откольных процессов приводит иног-

- 35 -

да к образованию воронки выброса и насыпного вала, аналогичного импактно-ударным структурам. К откольному типу относятся также концентрические в плане и серповидные в разрезе разломы, которые ограничивают просадочные блоки в околотрубном пространстве, имеющие поисковое значение. Секционное формирование диатремы в широком диапазоне РТ благоприятно для образования алмазов, что согласуется с их распределением.

Отсутствие пликативных деформаций соответствующего порядка во вмещающих породах при размерах трубок до 2 км в диаметре и по вертикали указывает на образование пространства камер преимущественно в результате уплотнения среды под действием волн. Возникающие вслед за этим в волне разряжения цилиндрические разломы (по контактам трубок) .некоторое время остаются открытыми и служат путями перемещения брекчированных пород вниз. Таким образом, основные особенности строения трубчатых тел находят объяснение в аспекте рассмотренного развития взрывного процесса.

4.6. Дополиты и лакколиты.3 Лополиты по форме подобны откольнда блокам; лакколиты в идеале представляют их зеркальное отражение в горизонтальной плоскости. Для многих лополитов характерна высокая дифференциация пород от средних к основным до ультраосновных, и ритмичная расслоенность. Иногда эта особенность объясняется внутрикамерной ликвацией, что не согласуется с обособленным нахождением тел, сложенных отдельными разновидностями, а также различным положением диффвренциатов антидромной направленности в разрезе массивов: прямым (сверху вниз), обратным и смешанным. Морфология лополитов определяется откольными разрушениями, а их формирование происходит подобно силлам с последовательным надстраиванием массивов в процессе непрерывного или прерывистого подъема колонны дифференцйатов. Тип надстраивания массивов зависит от способности перекртапцих и подстилающих пород уплотняться под действием волн напряжения и обеспечивать камерное пространство. Рассеивание дифференциатов в виде обособленных тел связано с миграцией очага на глубине, что важно для прогнозирования положения

крайних рудоносных магм. Характерно цепочечное, сближенное расположение небольших тел вдоль прямолинейных (луостарский тип) и дуговых (Мончегорский тип) разломов, отражающее энергетическую автономию структур центрального типа. Небольшие лополитообразные тела перекрывают друг друга, создавая видимость единого массива сложной формы. Расслоенность лопо-литов рассматривается на примере ЧинеЙского и Харловского массивов, в которых она подчеркивается титано-магнетитовыми залежами. В последнем - залежи образуют 3 ритма с мощными верхними и менее мощными последующими слоями, что сближает их с многократными откольными разрушениями или зонами кавитации и в сочетании с другими признаками (см. 3.4.2) указывает на формирование внутрикаыерной расслоенности при участии волн напряжения.

Лакколиты менее изучены. Традиционно их образование связывается с изгибом кровли над камерой, что без участия волн напряжения возможно лишь при ее мощности в десятки метров. Их особенности анализируются на примере массива Те-мирши (Центр.Казахстан), сложенного гранитоидами двух фаз. Его форма в значительной степени определяется откольньми разрушениями при активном динамическом воздействии магмы на вмещающие породы, что проявляется в образовании мощной зоны измененных пород в экзоконтактах интрузивных фаз и в слабом развитии или отсутствии расслоенности.

Рассмотренный способ формирования структур данной группы определяет главнейшие черты их строения и рудоносно-сти. Частая промышленная рудоносность лополитов объясняется становлением их на фоне эффективного уплотнения среды и спада давления в камере при участии волн напряжения в перераспределении и локализации рудных компонентов. Для лакколитов, как и штоков, собственно магматические месторождения не характерны в связи с высокой динамической активностью внутри-камерного расплава: в условиях открытой системы происходит удаление подвижных фаз и формирование гидротермальных растворов; в закрытой системе - рудные компоненты входят в качестве элементов-примесей в породные минералы и образуют акцессории.

- 37 -

4.7. Магматические комплексы центрального типа. К ним относятся многофазные массивы сложного строения. Один из способов их изучения - выявление в составе комплексов простых структурных форм и соотношения между ними. Широкое развитие геометрически завершенных магматических комплексов центрального типа, связанных с активизацией щиток и складчатых областей, объясняется слабым рассеиванием и поглощением волн напряжения акустически жесткими консолидированными породами.

На примере хорошо изученной Кольской провинции показаны общие особенности размещения и локализации щелочно-удьтраосновных массивов центрального типа. В качестве объектов для анализа и построений взяты Хибинский и Ловозерский массивы. Геолого-геофизические данные и палеореконструкции показывают, что Хибинский комплекс представлен сочетанием лополитов с прогнутой кровлей и силлов значительной мощности, соответствующих 7 известным интрузивным фазам и ряду субфаз. Силлообразные тела сложены крупнозернистыми породами жильного облика (хибиниты I фазы, рисчорриты), лополито-образные тела - трахитоидными и в условиях дефицита камерного пространства - массивными разновидностями (хибиниты второй фазы, фойяиты). Апатитовые рудные тела контролируются откольными разломами и сопровождаются брекчированием, про-садочными явлениями с образованием флексур. Характерно закономерное смещение геометрического центра каждого последующего тела относительно предыдущего, составляющее в сумме 16,6 км на СВ 70-80°, при четкой автономии форм, отражающей импульсно-очаговую природу энергетического источника. По формулам (см.3.4.) рассчитана глубина расположения от современной поверхности центров энергетического очага для каждого тела и установлена их направленная миграция с глубины - 34 (-24) до - 5,6 км. С глубиной очага корродируется геометрия (углы падения) расслоенности тел, что отражает ее обусловленность волнами напряжения, генерируемыми б очаге. Показана возможность реставрации палеорельефа свободной поверхности по геометрическим аномалиям (волнистости, углами падения) расслоенности тел. Эксцентриситет тел свя-

- 38 -

зан с анизотропиеи пород фундамента, определяющей асимметрию поля волн напряжений. По формуле (см.3.4.) определена глубина нижней кромки тел во время их образования. Из построений следует, что Хибинский комплекс сформировался в результате последовательного латерального смещения и надстраивания тел сверху на фоне уплотнения пород фундамента и проседания массива над пространственно мигрирующим очагом. В целом по форме он подобен лсшолитообразному телу с плоской кровлей, мощностью в центре 10-Н км, что согласуется с геофизическими построениями Г.Н.Шаблинского и др.

Ловозерский комплекс по строению и особенностям формирования несколько отличается от Хибинского, хотя по объемной форме также соответствует слабо асимметричному лопалиту, наклоненному к востоку, с мощностью в центре 5-6 км. На его примере дополнительно обсуждаются расслоенность, жильные тела пологих откольных разломов, возможная взаимосвязь с Хибинским комплексом. Обособление Ловозерского комплекса объясняется последующей закономерной миграцией основного энергетического очага вдоль разлома на 32 км к ВСВ в связи с предельным уплотнением колонны пород под Хибинским массивом. Глубина первоначального очага от современной поверхности под Ловозерским массивом оценивается в 16 кй, что с учетом состава пород позволяет рассматривать начало его развития на уровне образования 4-5 фаз Хибин. Выполаживание тел с глубиной, радиально-концентрическая периодичность строения и другие, вытекающие из построений закономерности, определяют особенности методического подхода при изучении комплексов данного типа, поисках и разведке связанных с ними .месторождений.

4.8. Вулканические депрессии центрального типа. В отличие от грабенов, они характеризуются изометричными очертаниями, постепенным центриклинальным погружением основания и таким же общим падением осадочно-вулканогенных комплексов. Вулканодепрессии-объединяют все рассмотренные группы структур центрального типа и связанные с ними месторождения. По основным критериям они соответствуют элементарной ячейке вулкано-тектонмческой системы, выделенной Ю.П.Масу-

- 39 -

ренковым и его коллегами. В работе сопоставляются геолого-геофизические особенности строения, рудоносности и формирования хорошо изученных Печенгской, Хараелахской, Норильской вулканодепрессий и структуры Садбери.

В результате переинтерпретации геолого-геофизичвских данных на основе дешифрирования аэроснимков выявлены дополнительные особенности строения Печенгской вулканодепрессии, составлена карта структур и разрез, который подтвердился Кольской сверхглубокой скважиной. На основании палеорекон-струкций Печенгская структура первоначально имела изомет-ричные очертания в плане, диаметром 80-90 км (на современном уровне среза - 60 км), и объемную форму шарового.сегмента. Антидромная направленность эволюции базальтоидной магмы с завершающими никеленосными дифференциалами, развитие откольных разломов и контроль ими оруденения, плавный прогиб фундамента с максимумом в центре до 10—II км и другие особенности рассматриваются как производные импульсно-очаговой геодинамической системы. По расчетам энергетический очаг длительное время располагался на глубине 60-70км. Уплотнение над ним горных пород под действием волн на 10% (что согласуется с увеличением скорости сейсмических ролн в гнейсо-гранитах фундамента до 7 км/с под центром структуры по сравнению с 6,5 км/с - по периферии) обеспечивает прогибание в центре на 6-7 км. Попытки связать увеличение скорости волн с наличием в основании структуры "базальтового слоя" не подтвердились Кольский скважиной.

Норильская и Хараелахская вулканодепрессии, размерами в поперечнике 80-120 км, обнаруживают многие черты сходства с Печенгской структурой, но имеютв центре амплитуду прогибания до 3 кы, что объясняется менее продолжительным функционированием очага и рассеиванием волн напряжений мощным (8-10 км) осадочным чехлом. В их пределах распространены вулканоструктуры, размерами 45-60 км и 25 км в поперечнике, и лЬкальные постройки, связанные с промежуточными очагами многоэтажной энергетической колонны. Разнопорядковые структуры определяют региональный и локальный контроль медно-никелевого оруденения.

- 40 -

Структура Садбери включает дифференцированный лополито-образный интрузив эллипсовидной формы в плане, с размерами осей 64 и27 км, и прогиб в его кровле, выполненный бронированными туфами и осадочными породами. Эта структура во многом сходна с рассмотренными вулканодепрессиями и помогает понять ряд процессов гипабиссального уровня. Особенности структуры: развитие откольных разломов с брекчированием и дроблением пород на разных глубинных уровнях, конусов дробления, "офсет". В их формировании участвовали ударные волны, широкому образованию которых способствовали благоприятные факторы: огромная энергия очага, высокая консолидация пород с открытой трещиноватостью в гипозоне (см.2.3. ,), наличие двух границ отражения волн напряжения и, соответственно, двух глубинных уровней откольных деформаций (см.4.3), дефицит подвижных фаз, в т.ч. рудоносных растворов на заключительной стадии.

Приведенные особенности в каждом вшеуказанном случае, в то же время характерны для структур данной группы в целом, но в зависимости от конкретных условий проявлены по-разному. Они отражают общность импульсно-очагового генезиса вулкано-депрессий и определяют их рудную специфику. Во всех данных структурах развиты три сходных типа структур медно-никеле-вых месторождений, связанных с: I) расслоенными массивами антидромного ряда, 2) откольными разломами, 3) подводящими трещинными каналами. Изложенные данные свидетельствуют о формировании вулканических депрессий центрального типа как при доминировании интрузивного, так и эффузивного магматизма в результате вертикального потока и дифференциации вещества в импульсно-очаговой энергетической системе на фоне общего уплотнения пород.

4.9. Особенности методического подхода при изучении и прогнозной оценке структур центрального типа. Особенности и закономерности-строения и рудоносности структур центрального типа, как производные импульсно-очаговой геодинаыиче-скоя системы, определяют общие и частные особенности методического подхода при изучении данных структур, прогнозной оценке, поисках и разведке связанных с ними месторовдений.

- 41 -

По сути общие металлогенические построения на основе данной модели близки основополагающему принципу регионального металлогенического анализа Ю.А.Билибина и принципам нелинейной металлогении, сформулированным А.Д.Щегловым и И.Н.Говоровым. Субвулканическая - гипабиссальная зона является вмещающей средой, на которую накладываются вещественно-структурные рудоносные комплексы мантийно-коровой или коревой импульсно-очаговой геодинамической системы. Среда может влиять на систему. Волны напряжений взаимодействуют с ней, используют ее неоднородности и "дефекты", что отражается на морфологии и положении в разрезе структур центрального типа. Возникающие в среде процессы при телескопировании энергетического очага на гипоглубинный уровень могут привести к концентрации рассеянного в ней рудного или иного минерального вещества-в дилатансионных очагах, откольных и радиальных разломах. На примере различных никеленосных провинций показано влияние геоструктур и вмещающей среды на форму интрузивных тел, структуры и типы медно-никеленых месторождений, что определяет методический подход при региональном прогноаировании и поисках.

Необходимые методическим приемом при прогнозировании и поисках является составление структурно-тектонических карт среднего и крупного масштаба, которые бы отражали региональные и локальные рудоконтролирующие критерии в аспекте импульсно-очаговой геодинамической системы и, прежде всего, разнопорядковые вещественно-структурные комплексы центрального типа и их составные формы. С этой целью автором на примере Печенгского и Норильского рудных районов разработана оперативная методика переинтерпретации геолого-геофизических данных на основе детального структурного дешифрирования аэрокосмоснимков. Выявлены геофизические и дешифровоч-ные признаки систематизации и классификации радиально-кон-центрических объектов и разломов.

Частные особенности методического подхода при поисках и разведке определяются особенностями и закономерностями строения и рудоносности рассмотренных групп структур центрального типа, их положением в импульсно-оныгт/вой геодина-

- 42 -

мической системе. Особенно важно знать, какой зоне принадлежат штоквёрки, учитывая из разнообразие. Это позволяет уже на ранней стадии разведки прогнозировать оруденение и форму тел на глубине. При прогнозировании структур медно-никелевых, титано-магнетитовых, апатитовых месторождений и формы тел на глубине необходимо учитывать морфологию интрузивных массивов, последовательность их надстраивания, геодинамические условия становления, направление миграции очага и пр. При контроле оруденения откольными нарушениями следует уделять внимание выполаживанию рудных тел с глубиной, наличию многоярусных залежей.

С целью оперативного выявления и оценки радиально-кон-центрических объектов при поисках штокверков и других месторождений следует использовать тепловые ИК - снимки в комплексе с другими дистанционными материалами. Эффективность такого подхода показана на примере Центрального Казахстана. В пределах Сарыкумской горстантиклинали, несмотря на хорошую изученность, выявлена новая структура и литогеохимиче-ским опробованием установлено наличие медно-молибденового оруденения с прямой зональностью, соответствующей штоквер-ковому типу.

С позиций волнового, неразномерного распределения напряжений находит теоретическое обоснование закономерное периодическое пространственное размещение геологических тел. В аспекте кмпульсно-очаговой модели необходимо учитывать две стороны этой общей-закономерности: I)' пространственную периодичность размещения структур центрального типа и месторождений соответствующего ранга в целом; 2) объемную радйально-концентрическую периодичность их внутренней структуры и локализации оруденения.

ЗШХИЕНИЕ

. Разработана и научно обоснована импульсно-очаговая геодинамическая модель структурсформирующих процессов. Физическая сущность модели - быстрое изменение ограниченного объема геологической среды при разуплотнении-уплотнении минерального вещества земной коры и верхней мантии. Генерируемые при этом волны напряжения переносят, перераспределя-

- 43 -

ют и рассеивают в окружающем пространстве сконцентрированную в очаге энергию, которая реализуется в деформационном процессе, образовании пространства камер и каналов, фильтр-прессинге и перемещении подвижных фаз, дифференциации и концентрации вещества, диссипации в тепловую энергию. Эти процессы составляют основу импульсно-очаговой геодинамической системы и формируют определенный класс структур центрального типа. ,

Теоретические разработки применены в практике при геолого-геофизическом изучении распространенных в земной коре структур центрального типа и связанных с ними эндогенных месторождений. На основе импульсно-очаговой геодинаыической модели процессов обобщены и обоснованы известные и вновь установленные особенности и закономерности строенад, рудо-носности и формирования данного класса структур. Разработаны методические рекомендации общего и частного подхода при комплексном геолого-геофизическом и аэрокосмическом изучении их строения и рудоносности.

Рассмотрение динамического воздействия волн напряжений на геологическую среду, разработка импульсно-очаговой геодинамической модели процессов представляет новое научное направление в геологии. Выполненные исследования совершенствуют основы научного прогноза, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и способствуют расширению минерально-сырьевой базы страны.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Об основной закономерности распределения деформаций в геологических телах. - Материалы к совещанию "Общие закономерности геологичесних явлений" вып.1, ВСЕГЕИ, Л., 1965. С.273-281 (совм. с Плотниковым Л.М.).

2. О тектонической трещиноватости архейских пород Кольского полуострова. - В сб. "Древнейшие осадочно-вулка-ногенные и метаморфические комплексы Кольского полуострова". "Наука", М., 1966. С.107-118.

3. 0 механизме образования структур центрального типа. - Советская геология, № 9, 1968. С.139-146.

- 44 -

4. Роль волн напряжений в образовании структур центрального типа и перераспределении вещества в земной коре. -Материалы к совещанию "Давления и механические напряжения

в развитии состава, структуры и рельефа литосферы". Л., 1969. С.50-58 (совм. с Плотниковым Л.М., Юревичем Г.Г.).

5. Об отражениях в геологических объектах волновой природы механических напряжений. - Там же. С.46-50 (совм. с Плотниковым Л.М.).

6. Неравномерность распределения механических напряжений в геологических телах и ее последствия. - Там же. С.5-8 (совм. с Плотниковым Л.М., Юревичем Г.Г.).

7. Древние разломы восточной части Балтийского щита и движения по ним. - ДАН СССР. T.I9I, » 2, 1970. С.418-421.

8. Механизм образования структур Центрального типа. -Советская геология, № 2, 1971. 0.75-84 (совм. с Плотниковым Л.М., Юревичем Г.Г.).

9. Опыт тектонического и металлогенического районирования восточной части Балтийского щита по региональным геофизическим данным. - В сб. "Вопросы разведочной геофизики". Вып.12, "Недра", Л., 1971. С.202-212 (совм. с Головиным И.В. Некрасовой К.А. и др.).

10. Региональные критерии прогноза зон древних щитов, благоприятных для медно-никелевого оруденения (по геолого-геофизическим данным). - "Основы научного прогноза рудных и нерудных полезных ископаемых (материалы к совещанию)". 1., 1971. С.229-230 (совм. с Головиным Л.В., Колесник H.H. и др.).

11. Концентрически-зональные структуры, как гипоцентры землетрясений. - "Внутренняя геодинамика". Тезисы второго совещания по геодинамике. Вып.2, Ы.-Д., 1971. C.9-II.

12. Динамика перераспределения вещества в тектоносфе-ре. - Там же. Вып.З. С.3-5 (совм. с Юревичем Г.Г.).

v 13. Размеры дизъюнктивов как отражение механики геологических тел и оболочек Земли. - "Механика литосферы". Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. Mi, 1974. С.43-45.

14. Механические предпосылки дифференциации вещества

- 45 -

вулкано-тектонических структур. - Там же. С.121-124.

15. История тектонического развития. Глава УЛ. - В кн. "Тектоника восточной части Балтийского щита". "Недра", Л.. 1974. С.247-256.

16. К методике изучения вулкано-тектанических и магматических структур центрального типа в связи с никеленос-ностью. - "Совершенствование методов прогноза месторождений полезных ископаемых на территории Северо-Запада РСФСР". Тезисы докладов научно-технической конференции 16-18 декабря, 1974. Л., 1974. С.46-5С.

17. Об исследовании симметрии физических полей при изучении геологических образований. - Симметрия структур геологических тел". Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. Вып.1. М., 1966. С.63-65.

18. К методике интерпретации геофизических данных при классификации тектонических нарушений (на примере докембрия восточной части Балтийского щита). - "Геофизические исследования при крупномасштабном картировании месторождений". Тезисы Всесоюзного совещания. Л., 1976, С.25-28.

19. Использование геофизических данных при классификации разломов. - Советская геология, № 10, 1976. С.136-144.

20. Балтийский щит. - В кн. "Разломы и горизонтальные движения платформенных областей СССР". "Наука", М., 1977. С.77-89.

21. Особенности строения Печенгской структуры и размещения медно-никелевого оруденения. - Геология рудных место-роадений, » 5, 1977. С.43-54.

22. Особенности формирования и размещения сульфидных медно-никелевых месторождений. - Всесоюзный симпозиум "Петрологические основы формирования сульфидных медно-никелевых месторождений и критерии их прогноза". Петрозаводск, 1978. С.161-164 (совм. с Шадриным Л.М.).

23. Концентрические структуры медно-никелевых месторождений и методы их выявления. - Там же. С.125-127 (совм. с Ивановым Ы.К., Ковалевой Г.А.).

24. Общие особенности строения и никеленосности Печенгской, Садбери и Норильской структур. - ДАН СССР. Т.251,Р 5,

i960. C.I2II-I2I5 Ссовм. с Сироткиной Т.В., Сусловым I.H.)

25. Карта разломов территории СССР и сопредельных стран м-б 1:25000000. М., 1980. (Коллектив авторов. Гл.ред. Сидоренко A.B.).

26. Использование аэрофотоснимков и геолого-геофизических данных при иэучонии структур палеовудканических комплексов (на примере Норильского района). - В сб. "Дистанционные методы в геологических исследованиях". Л., 1980.

С.26-38 (совм. с Фивегом С.М.).

27. Радиально-кольцевые комплексы структур Норильского района и их нихеленосность. - ДАН СССР. Т.257, » I, 1981. С.196-201. (совм. с Фивегом С.М.).

28. Тепловая аэросъемка при изучении тектонических структур в аридной зоне. - Советская геология, £ 12, 1961. C.I07-II6 (совд. с Шилиным Б.В.).

29. Возможности тепловой аэросъемки при поисках рудных объектов^&ридной зоне. - Советская геология, № I, 1985 С.I18-124.

30. Оптико-электронная обработка и анализ аэро- и космических снимков при решении геологических задач, - "Методика и технические средства геокнднкациокного'дешифрирования". Тезисы совещания. Свердловск, 1986. С.53-56 (совм. с Янутием Д.А.).

31. Структурные методы оценки рудоносности. Изучение разрывных.нарушений и их рудоносности. - В кн.."Анализ рудоносности перспективных площадей Балтийского щита" Тр. ВСЕГЕИ. Т.235, "Недра". Л., 1986. C.I46-I6I (совм. с Поповым В.Е.).

32. Импульсно-очаговые структуры и проблемы их рудоносности. "Недра", Л., 1988, 232 с.

Отпечатано на ротапринте в картолитографии ВНИГНИ Л-67822 от 8.12.88 зак.№189 тираж 100 экз.